आज, मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, कम्युनिकेशन चॅनेल, इंटरनेट तंत्रज्ञान आणि कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या जलद विकासामुळे, स्मार्ट घरांचा विषय अधिकाधिक प्रासंगिक होत आहे. पाषाण युगापासून मानवी घरांमध्ये लक्षणीय बदल झाले आहेत आणि औद्योगिक क्रांती 4.0 आणि इंटरनेट ऑफ थिंग्जच्या युगात ते आरामदायक, कार्यक्षम आणि सुरक्षित झाले आहे. स्मार्टफोन वापरून जगातील कोठूनही नियंत्रित केलेल्या जटिल माहिती प्रणालीमध्ये अपार्टमेंट किंवा देशाच्या घराचे रूपांतर करणारे उपाय बाजारात येत आहेत. शिवाय, मानवी-मशीन परस्परसंवादासाठी यापुढे प्रोग्रामिंग भाषांचे ज्ञान आवश्यक नाही - उच्चार ओळखणे आणि संश्लेषण अल्गोरिदममुळे, एखादी व्यक्ती त्यांच्या मूळ भाषेत स्मार्ट होमशी बोलते.

सध्या बाजारात असलेल्या काही स्मार्ट होम सिस्टीम क्लाउड व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणालीचा तार्किक विकास आहे, ज्याच्या विकासकांना केवळ देखरेखीसाठीच नव्हे तर दूरस्थ वस्तूंचे व्यवस्थापन करण्यासाठी सर्वसमावेशक समाधानाची आवश्यकता जाणवली.

आम्‍ही तुमच्‍या लक्ष्‍यांसाठी तीन लेखांची मालिका सादर करत आहोत, जे तुम्‍हाला क्‍लाउड स्‍मार्ट होम सिस्‍टमच्‍या सर्व मुख्‍य घटकांबद्दल सांगतील, जे लेखकाने व्‍यक्‍तीश: विकसित केले आहेत आणि कार्यान्वित केले आहेत. पहिला लेख स्मार्ट होममध्ये स्थापित केलेल्या टर्मिनल क्लायंट उपकरणांसाठी समर्पित आहे, दुसरा क्लाउड स्टोरेज आणि डेटा प्रोसेसिंग सिस्टमच्या आर्किटेक्चरसाठी आणि शेवटी, मोबाइल आणि स्थिर उपकरणांवर सिस्टम व्यवस्थापित करण्यासाठी क्लायंट ऍप्लिकेशनसाठी समर्पित आहे.

स्मार्ट होम उपकरणे

प्रथम, सामान्य अपार्टमेंट, डचा किंवा कॉटेजमधून स्मार्ट घर कसे बनवायचे याबद्दल बोलूया. हे करण्यासाठी, नियमानुसार, खालील उपकरणे घरात ठेवणे आवश्यक आहे:

विविध पर्यावरणीय मापदंड मोजणारे सेन्सर;
बाह्य वस्तूंवर कार्य करणारे अॅक्ट्युएटर;
एक नियंत्रक जो सेन्सर मोजमाप आणि एम्बेडेड लॉजिकनुसार गणना करतो आणि अॅक्ट्युएटर्सना आदेश जारी करतो.

खालील आकृती स्मार्ट होमचे आकृती दर्शवते, ज्यावर बाथरूममध्ये पाणी गळतीसाठी सेन्सर (1) बाथरूममध्ये, तापमान (2) आणि लाइटिंग (3) बेडरूममध्ये, एक स्मार्ट सॉकेट (4) स्वयंपाकघरात आणि एक हॉलवेमध्ये व्हिडिओ पाळत ठेवणारा कॅमेरा (5).

सध्या, RF433, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth आणि WiFi प्रोटोकॉल वापरून कार्यरत वायरलेस सेन्सर मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. त्यांचे मुख्य फायदे म्हणजे स्थापना आणि वापर सुलभता, तसेच कमी किंमत आणि विश्वासार्हता, कारण उत्पादक त्यांची उपकरणे मोठ्या प्रमाणावर बाजारपेठेत आणण्यासाठी आणि त्यांना सरासरी वापरकर्त्यासाठी प्रवेशयोग्य बनवण्यासाठी प्रयत्नशील आहेत.

सेन्सर्स आणि अ‍ॅक्ट्युएटर, नियमानुसार, वायरलेस इंटरफेसद्वारे स्मार्ट होम कंट्रोलर (6) शी जोडलेले असतात - एक विशेष मायक्रो कॉम्प्युटर जो या सर्व उपकरणांना एकाच नेटवर्कमध्ये एकत्र करतो आणि त्यांचे नियंत्रण करतो.

तथापि, काही उपाय एकाच वेळी सेन्सर, एक अॅक्ट्युएटर आणि कंट्रोलर एकत्र करू शकतात. उदाहरणार्थ, एक स्मार्ट प्लग शेड्यूलनुसार चालू किंवा बंद करण्यासाठी प्रोग्राम केला जाऊ शकतो आणि क्लाउड व्हिडिओ पाळत ठेवणारा कॅमेरा मोशन डिटेक्टर सिग्नलवर आधारित व्हिडिओ रेकॉर्ड करू शकतो. सर्वात सोप्या प्रकरणांमध्ये, आपण वेगळ्या नियंत्रकाशिवाय करू शकता, परंतु अनेक परिस्थितींसह एक लवचिक प्रणाली तयार करणे आवश्यक आहे.

स्मार्ट होम कंट्रोलरला जागतिक नेटवर्कशी जोडण्यासाठी, नियमित इंटरनेट राउटर (7) वापरला जाऊ शकतो, जो कोणत्याही घरात एक सामान्य घरगुती उपकरण बनला आहे. येथे स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या बाजूने आणखी एक युक्तिवाद आहे - जर इंटरनेटचे कनेक्शन तुटले असेल तर, स्मार्ट होम क्लाउड सेवेमध्ये नसून कंट्रोलरमध्ये संग्रहित लॉजिक ब्लॉकमुळे सामान्यपणे कार्य करत राहील.

स्मार्ट होम कंट्रोलर

या लेखात चर्चा केलेल्या क्लाउड स्मार्ट होम सिस्टमसाठी कंट्रोलर सिंगल-बोर्ड मायक्रो कॉम्प्युटरवर आधारित विकसित केले आहे. रास्पबेरी Pi 3 मॉडेल B+, जे मार्च 2018 मध्ये रिलीज झाले होते आणि स्मार्ट होम टास्कसाठी पुरेशी संसाधने आणि कार्यप्रदर्शन आहे. यामध्ये 53-बिट ARMv64-A आर्किटेक्चरवर आधारित क्वाड-कोर कॉर्टेक्स-A8 प्रोसेसर, 1.4 GHz, तसेच 1 GB RAM, Wi-Fi 802.11ac, ब्लूटूथ 4.2 आणि USB 2.0 द्वारे ऑपरेटींग एक गिगाबिट इथरनेट अडॅप्टर समाविष्ट आहे. .

कंट्रोलर असेंबल करणे अगदी सोपे आहे - मायक्रो कॉम्प्युटर (1) प्लास्टिकच्या केसमध्ये स्थापित केले आहे (2), नंतर सॉफ्टवेअरसह मायक्रोएसडी स्वरूपात 8 GB मेमरी कार्ड (3) आणि USB Z-Wave नेटवर्क कंट्रोलर (4) मध्ये स्थापित केले आहे. संबंधित स्लॉट. स्मार्ट होम कंट्रोलर 5V, 2.1A पॉवर अडॅप्टर (5) आणि USB - मायक्रो-USB केबल (6) द्वारे वीज पुरवठ्याशी जोडलेले आहे. प्रत्येक कंट्रोलरकडे एक अद्वितीय ओळख क्रमांक असतो, जो प्रथम लॉन्च केल्यावर कॉन्फिगरेशन फाइलमध्ये लिहिलेला असतो आणि क्लाउड स्मार्ट होम सेवांशी संवाद साधण्यासाठी आवश्यक असतो.

या लेखाच्या लेखकाने ऑपरेटिंग सिस्टमवर आधारित स्मार्ट होम कंट्रोलर सॉफ्टवेअर विकसित केले आहे लिनक्स रास्पबियन स्ट्रेच. यात खालील मुख्य उपप्रणालींचा समावेश आहे:

स्मार्ट होम उपकरणे आणि क्लाउडसह परस्परसंवादासाठी सर्व्हर प्रक्रिया;
कंट्रोलरचे कॉन्फिगरेशन आणि ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स सेट करण्यासाठी ग्राफिकल यूजर इंटरफेस;
कंट्रोलर कॉन्फिगरेशन संचयित करण्यासाठी डेटाबेस.

डेटाबेस एम्बेडेड डीबीएमएसवर आधारित स्मार्ट होम कंट्रोलर लागू केला जातो SQLite आणि सिस्टम सॉफ्टवेअरसह SD कार्डवरील फाइल आहे. हे कंट्रोलर कॉन्फिगरेशनसाठी स्टोरेज म्हणून काम करते - कनेक्ट केलेले उपकरणे आणि त्याच्या सद्य स्थितीबद्दल माहिती, तार्किक उत्पादन नियमांचा एक ब्लॉक, तसेच अनुक्रमणिका आवश्यक असलेली माहिती (उदाहरणार्थ, स्थानिक व्हिडिओ संग्रहणाची फाइल नावे). कंट्रोलर रीबूट केल्यावर, ही माहिती जतन केली जाते, ज्यामुळे पॉवर अयशस्वी झाल्यास कंट्रोलर पुनर्संचयित करणे शक्य होते.

ग्राफिकल इंटरफेस मायक्रोफ्रेमवर्क वापरून PHP 7 मध्ये स्मार्ट होम कंट्रोलर विकसित केला आहे सडपातळ. वेब सर्व्हर अनुप्रयोग चालविण्यासाठी जबाबदार आहे. lighttpd, त्याच्या चांगल्या कार्यप्रदर्शनामुळे आणि कमी संसाधन आवश्यकतांमुळे अनेकदा एम्बेडेड उपकरणांमध्ये वापरले जाते.

(चित्र उच्च रिझोल्यूशनमध्ये उघडण्यासाठी त्यावर क्लिक करा)

ग्राफिकल इंटरफेसचे मुख्य कार्य म्हणजे स्मार्ट होम उपकरणे (आयपी पाळत ठेवणारे कॅमेरे आणि सेन्सर) कंट्रोलरशी जोडणे. वेब ऍप्लिकेशन SQLite डेटाबेसमधून कंट्रोलर आणि त्याच्याशी कनेक्ट केलेल्या डिव्हाइसेसचे कॉन्फिगरेशन आणि वर्तमान स्थिती वाचते. कंट्रोलर कॉन्फिगरेशन बदलण्यासाठी, ते सर्व्हर प्रक्रियेच्या RESTful API इंटरफेसद्वारे JSON स्वरूपात नियंत्रण आदेश पाठवते.

सर्व्हर प्रक्रिया

सर्व्हर प्रक्रिया - एक प्रमुख घटक जो स्मार्ट होमचा आधार असलेल्या माहिती प्रक्रिया स्वयंचलित करण्यावर सर्व मुख्य कार्य करतो: संवेदी डेटा प्राप्त करणे आणि त्यावर प्रक्रिया करणे, एम्बेडेड लॉजिकवर अवलंबून नियंत्रण क्रिया जारी करणे. सर्व्हर प्रक्रियेचा उद्देश स्मार्ट होम इक्विपमेंटशी संवाद साधणे, उत्पादन लॉजिकल नियमांची अंमलबजावणी करणे, ग्राफिकल इंटरफेस आणि क्लाउडकडून आदेश प्राप्त करणे आणि प्रक्रिया करणे हा आहे. विचाराधीन स्मार्ट होम कंट्रोलरमधील सर्व्हर प्रक्रिया C++ मध्ये विकसित केलेल्या मल्टी-थ्रेडेड ऍप्लिकेशनच्या रूपात लागू केली जाते आणि स्वतंत्र सेवा म्हणून लॉन्च केली जाते. systemd ऑपरेटिंग सिस्टम लिनक्स रास्पबियन.

सर्व्हर प्रक्रियेचे मुख्य ब्लॉक्स आहेत:

संदेश व्यवस्थापक;
आयपी कॅमेरा सर्व्हर;
Z-वेव्ह डिव्हाइस सर्व्हर;
उत्पादन तार्किक नियमांचे सर्व्हर;
कंट्रोलरच्या कॉन्फिगरेशनचा डेटाबेस आणि तार्किक नियमांचा ब्लॉक;
ग्राफिकल इंटरफेससह परस्परसंवादासाठी RESTful API सर्व्हर;
क्लाउडशी संवाद साधण्यासाठी MQTT क्लायंट.

सर्व्हर प्रोसेस ब्लॉक्स स्वतंत्र थ्रेड्स म्हणून लागू केले जातात, ज्यामधील माहिती JSON फॉरमॅटमध्ये (किंवा प्रोसेस मेमरीमध्ये या फॉरमॅटचे प्रतिनिधित्व करणारी डेटा स्ट्रक्चर्स) मेसेजच्या स्वरूपात ट्रान्सफर केली जाते.

सर्व्हर प्रक्रियेचा मुख्य घटक आहे संदेश व्यवस्थापक, जे सर्व सर्व्हर प्रक्रिया ब्लॉक्सवर JSON संदेशांना रूट करते. JSON संदेश माहिती फील्डचे प्रकार आणि ते स्वीकारू शकणारी मूल्ये टेबलमध्ये सूचीबद्ध आहेत:

डिव्हाइस प्रकार
प्रोटोकॉल
संदेश प्रकार
डिव्हाइस राज्य
आदेश

कॅमेरा
onvif
सेन्सर डेटा
on
प्रवाहित (चालू/बंद)

सेन्सर
zwave
आदेश
बंद
रेकॉर्डिंग (चालू/बंद)

प्रभावी
एमकॅट
व्यवसाय लॉजिक नियम
प्रवाहित (चालू/बंद)
evice(जोडा/काढून टाका)

व्यवसाय तर्क
कॉन्फिगरेशन डेटा
रेकॉर्डिंग (चालू/बंद)

ब्लूटूथ
डिव्हाइस राज्य
त्रुटी

वायफाय

उदाहरणार्थ, कॅमेरा मोशन डिटेक्टरचा संदेश यासारखा दिसतो:

{
	"vendor": "*****",
	"version": "3.0.0",
	"timestampMs": "1566293475475",
	"clientType": "gateway",
	"deviceId": "1616453d-30cd-44b7-9bf0-************",
	"deviceType": "camera",
	"protocol": "onvif",
	"messageType": "sensorData",
	"sensorType": "camera",
	"label": "motionDetector",
	"sensorData": "on"
}

उत्पादन तर्क

डिस्पॅचरकडून संदेश प्राप्त करण्यासाठी किंवा पाठविण्यासाठी, सर्व्हर प्रक्रिया ब्लॉक विशिष्ट प्रकारच्या संदेशांची सदस्यता घेते. सबस्क्रिप्शन हा प्रकारचा उत्पादन तार्किक नियम आहे "जर तर...", JSON फॉरमॅटमध्ये सादर केले आहे आणि सर्व्हर प्रोसेस ब्लॉकमध्ये मेसेज हँडलरची लिंक आहे. उदाहरणार्थ, IP कॅमेरा सर्व्हरला GUI आणि क्लाउडकडून आदेश प्राप्त करण्यास अनुमती देण्यासाठी, तुम्हाला खालील नियम जोडण्याची आवश्यकता आहे:

{
	"if": {
	    "and": [{
		"equal": {
		    "deviceId": "1616453d-30cd-44b7-9bf0-************"
		}
	    },
	    {
		"equal": {
		    "messageType": "command"
		}
	    }
	    ]
	},
	"then": {
	    "result": "true"
	}
}

मध्ये निर्दिष्ट केलेल्या अटी असल्यास पूर्ववर्ती (डावीकडे) नियम खरे आहेत, मग ते समाधानी आहे परिणामी (उजवीकडे) नियम, आणि हँडलरला JSON संदेशाच्या मुख्य भागामध्ये प्रवेश मिळतो. पूर्ववर्ती लॉजिकल ऑपरेटरला समर्थन देते जे JSON की-व्हॅल्यू जोड्यांची तुलना करतात:

"समान" समान;
"not_equal" च्या समान नाही;
कमी "कमी";
अधिक "मोठे";
"less_or_equal" पेक्षा कमी किंवा समान;
"ग्रेटर_किंवा_समान" पेक्षा मोठे किंवा समान.

बुलियन बीजगणित ऑपरेटर वापरून तुलना परिणाम एकमेकांशी संबंधित असू शकतात:

आणि "आणि"
किंवा "किंवा";
"नाही".

अशा प्रकारे, पोलिश नोटेशनमध्ये ऑपरेटर आणि ऑपरेंड लिहून, आपण मोठ्या संख्येने पॅरामीटर्ससह बर्‍याच जटिल परिस्थिती तयार करू शकता.

तंतोतंत समान यंत्रणा, JSON संदेश आणि JSON स्वरूपातील उत्पादन नियमांवर आधारित, उत्पादन लॉजिक सर्व्हर ब्लॉकमध्ये ज्ञानाचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी आणि स्मार्ट होम सेन्सरच्या संवेदी डेटाचा वापर करून तार्किक निष्कर्ष काढण्यासाठी वापरली जाते.

मोबाईल ऍप्लिकेशन वापरून, वापरकर्ता परिस्थिती निर्माण करतो ज्यानुसार स्मार्ट होम कार्य करत असावे. उदाहरणार्थ: “पुढचा दरवाजा उघडण्यासाठी सेन्सर ट्रिगर झाला असेल तर हॉलवेमध्ये लाईट चालू करा”. अॅप्लिकेशन डेटाबेसमधून सेन्सर (ओपनिंग सेन्सर) आणि अॅक्ट्युएटर (स्मार्ट सॉकेट किंवा स्मार्ट लॅम्प) चे अभिज्ञापक वाचतो आणि JSON फॉरमॅटमध्ये लॉजिकल नियम तयार करतो, जो स्मार्ट होम कंट्रोलरला पाठवला जातो. आमच्या मालिकेच्या तिसर्‍या लेखात या यंत्रणेची अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल, जिथे आम्ही स्मार्ट होम व्यवस्थापित करण्यासाठी क्लायंट ऍप्लिकेशनबद्दल बोलू.

वर चर्चा केलेली उत्पादन लॉजिक यंत्रणा लायब्ररी वापरून कार्यान्वित केली आहे रॅपिडजेएसओएन — C++ मध्ये JSON फॉरमॅटसाठी SAX पार्सर. अनुक्रमिक वाचन आणि उत्पादन नियमांच्या अ‍ॅरेचे पार्सिंग तुम्हाला पूर्ववर्तींमध्ये डेटा तुलना फंक्शन सहजपणे लागू करण्यास अनुमती देते:

void CRuleEngine::Process(PProperties pFact)
{
    m_pActions->clear();

    rapidjson::Reader   reader;
    for(TStringMap::value_type& rRule : m_Rules)
    {
        std::string sRuleId   = rRule.first;
        std::string sRuleBody = rRule.second;

        CRuleHandler            ruleHandler(pFact);
        rapidjson::StringStream ruleStream(sRuleBody.c_str());
        rapidjson::ParseResult  parseResult = reader.Parse(ruleStream, ruleHandler);
        if(!parseResult)
        {
            m_Logger.LogMessage(
                        NLogger2::ePriorityLevelError,
                        std::string("JSON parse error"),
                        "CRuleEngine::Process()",
                        std::string("RuleId: ") + sRuleId);
        }

        PProperties pAction = ruleHandler.GetAction();
        if(pAction)
        {
            pAction->Set("ruleId", sRuleId);
            m_pActions->push_back(pAction);
        }
    }
}

तो आहे pFact — JSON संदेशातील की-व्हॅल्यू जोड्या असलेली रचना, मी_नियम — उत्पादन नियमांची स्ट्रिंग अॅरे. इनकमिंग मेसेज आणि उत्पादन नियम यांची तुलना फंक्शनमध्ये केली जाते वाचक. पार्स(नियम प्रवाह, नियम हँडलर)कुठे नियम हाताळणारा बुलियन आणि तुलना ऑपरेटरचे तर्क असलेली एक वस्तू आहे. sRuleId — एक अनन्य नियम अभिज्ञापक, ज्यामुळे स्मार्ट होम कंट्रोलर डेटाबेसमध्ये नियम संग्रहित आणि संपादित करणे शक्य आहे. m_pActions — तार्किक अनुमानांच्या परिणामांसह एक अॅरे: नियम बेसचे परिणाम असलेले JSON संदेश आणि पुढे संदेश व्यवस्थापकाकडे पाठवले जातात जेणेकरून सदस्य थ्रेड त्यावर प्रक्रिया करू शकतील.

RapidJSON कार्यप्रदर्शन फंक्शनशी तुलना करता येते strlen(), आणि किमान सिस्टम संसाधन आवश्यकता एम्बेडेड उपकरणांमध्ये या लायब्ररीचा वापर करण्यास परवानगी देतात. JSON फॉरमॅटमधील संदेश आणि तार्किक नियमांचा वापर तुम्हाला स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या सर्व घटकांमधील माहितीची देवाणघेवाण करण्याची लवचिक प्रणाली लागू करण्यास अनुमती देतो.

Z-वेव्ह सेन्सर्स आणि अॅक्ट्युएटर्स

स्मार्ट होमचा मुख्य फायदा म्हणजे तो स्वतंत्रपणे बाह्य वातावरणातील विविध पॅरामीटर्स मोजू शकतो आणि परिस्थितीनुसार उपयुक्त कार्ये करू शकतो. हे करण्यासाठी, सेन्सर आणि अॅक्ट्युएटर स्मार्ट होम कंट्रोलरशी जोडलेले आहेत. सध्याच्या आवृत्तीत, ही प्रोटोकॉल वापरून चालणारी वायरलेस उपकरणे आहेत झेड-वेव्ह विशेष आवंटित वारंवारता वर 869 मेगाहर्ट्झ रशियासाठी. ऑपरेट करण्यासाठी, ते जाळीच्या नेटवर्कमध्ये एकत्र केले जातात, ज्यामध्ये कव्हरेज क्षेत्र वाढविण्यासाठी सिग्नल रिपीटर असतात. डिव्हाइसेसमध्ये विशेष ऊर्जा बचत मोड देखील असतो - ते बहुतेक वेळ स्लीप मोडमध्ये घालवतात आणि जेव्हा त्यांची स्थिती बदलते तेव्हाच माहिती पाठवते, ज्यामुळे अंगभूत बॅटरीचे आयुष्य लक्षणीय वाढू शकते.

तुम्हाला आता बाजारात मोठ्या प्रमाणात विविध Z-Wave उपकरणे सापडतील. चला काही उदाहरणे पाहू या:

Zipato PAN16 स्मार्ट सॉकेट खालील पॅरामीटर्स मोजू शकतो: इलेक्ट्रिकल नेटवर्कमधील विजेचा वापर (kWh), पॉवर (W), व्होल्टेज (V) आणि करंट (A). यात अंगभूत स्विच देखील आहे ज्याद्वारे आपण कनेक्ट केलेले विद्युत उपकरण नियंत्रित करू शकता;
निओ कूलकॅम लीक सेन्सर रिमोट प्रोबचे संपर्क बंद करून सांडलेल्या द्रवाची उपस्थिती ओळखतो;
जेव्हा धुराचे कण गॅस विश्लेषक चेंबरमध्ये प्रवेश करतात तेव्हा Zipato PH-PSG01 स्मोक सेन्सर ट्रिगर होतो;
निओ कूलकॅम मोशन सेन्सर मानवी शरीरातील इन्फ्रारेड रेडिएशनचे विश्लेषण करतो. याव्यतिरिक्त एक प्रकाश सेन्सर आहे (Lx);
मल्टीसेन्सर फिलिओ PST02-A तापमान (°C), प्रकाश (%), दरवाजा उघडणे, खोलीत एखाद्या व्यक्तीची उपस्थिती मोजते;
Z-Wave USB Stick ZME E UZB1 नेटवर्क कंट्रोलर, ज्याला सेन्सर जोडलेले आहेत.

हे खूप महत्वाचे आहे की डिव्हाइसेस आणि कंट्रोलर समान वारंवारतेवर कार्य करतात, अन्यथा ते कनेक्शनच्या क्षणी एकमेकांना दिसणार नाहीत. एका झेड-वेव्ह नेटवर्क कंट्रोलरशी 232 पर्यंत डिव्हाइस कनेक्ट केले जाऊ शकतात, जे अपार्टमेंट किंवा देशाच्या घरासाठी पुरेसे आहे. नेटवर्क कव्हरेज क्षेत्राचा विस्तार करण्यासाठी, एक स्मार्ट सॉकेट सिग्नल रिपीटर म्हणून वापरला जाऊ शकतो.

मागील परिच्छेदामध्ये चर्चा केलेल्या स्मार्ट होम कंट्रोलर सर्व्हर प्रक्रियेमध्ये, Z-वेव्ह सर्व्हर Z-वेव्ह उपकरणांशी संवाद साधण्यासाठी जबाबदार आहे. सेन्सर्सकडून माहिती प्राप्त करण्यासाठी ते लायब्ररी वापरते OpenZWave C++ मध्ये, जे Z-Wave नेटवर्क USB कंट्रोलरशी संवाद साधण्यासाठी इंटरफेस प्रदान करते आणि विविध सेन्सर्स आणि अॅक्ट्युएटर्ससह कार्य करते. सेन्सरद्वारे मोजलेले पर्यावरणीय पॅरामीटरचे मूल्य Z-Wave सर्व्हरद्वारे JSON संदेशाच्या स्वरूपात रेकॉर्ड केले जाते:

{
	"vendor": "*****",
	"version": "3.0.0",
	"timestampMs": "1566479791290",
	"clientType": "gateway",
	"deviceId": "20873eb0-dd5e-4213-a175-************",
	"deviceType": "sensor",
	"protocol": "zwave",
	"messageType": "sensorData",
	"homeId": "0xefa0cfa7",
	"nodeId": "20",
	"sensorType": "METER",
	"label": "Voltage",
	"sensorData": "229.3",
	"units": "V"
}

त्यानंतर तो सर्व्हर प्रक्रियेच्या संदेश व्यवस्थापकाकडे पाठविला जातो जेणेकरून ग्राहक थ्रेड्स ते प्राप्त करू शकतील. मुख्य ग्राहक उत्पादन लॉजिक सर्व्हर आहे, जो लॉजिक नियमांच्या पूर्ववर्तीमधील संदेश फील्ड मूल्यांशी जुळतो. नियंत्रण आदेश असलेले निष्कर्ष निकाल संदेश व्यवस्थापकाकडे परत पाठवले जातात आणि तेथून Z-Wave सर्व्हरवर जातात, जे त्यांना डीकोड करून Z-Wave नेटवर्क USB नियंत्रकाकडे पाठवतात. मग ते अॅक्ट्युएटरमध्ये प्रवेश करतात, ज्यामुळे पर्यावरणीय वस्तूंची स्थिती बदलते आणि स्मार्ट होम अशा प्रकारे उपयुक्त कार्य करते.

(चित्र उच्च रिझोल्यूशनमध्ये उघडण्यासाठी त्यावर क्लिक करा)

स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या ग्राफिकल इंटरफेसमध्ये Z-वेव्ह उपकरणे जोडणे केले जाते. हे करण्यासाठी, डिव्हाइसेसच्या सूचीसह पृष्ठावर जा आणि "जोडा" बटणावर क्लिक करा. RESTful API इंटरफेसद्वारे अॅड कमांड सर्व्हर प्रक्रियेत प्रवेश करते आणि नंतर संदेश व्यवस्थापकाद्वारे Z-Wave सर्व्हरला पाठवले जाते, जे Z-Wave नेटवर्क USB कंट्रोलरला डिव्हाइस जोडण्यासाठी विशेष मोडमध्ये ठेवते. पुढे, Z-Wave डिव्हाइसवर तुम्हाला सेवा बटणाच्या द्रुत दाबांची मालिका (3 सेकंदात 1,5 दाबा) तयार करण्याची आवश्यकता आहे. USB कंट्रोलर डिव्हाइसला नेटवर्कशी जोडतो आणि Z-Wave सर्व्हरला त्याबद्दलची माहिती पाठवतो. त्या बदल्यात, नवीन डिव्हाइसच्या पॅरामीटर्ससह SQLite डेटाबेसमध्ये एक नवीन एंट्री तयार करते. निर्दिष्ट वेळेच्या अंतरानंतर, ग्राफिकल इंटरफेस Z-Wave डिव्हाइस सूची पृष्ठावर परत येतो, डेटाबेसमधील माहिती वाचतो आणि सूचीमध्ये नवीन डिव्हाइस प्रदर्शित करतो. प्रत्येक डिव्हाइसला स्वतःचा अद्वितीय अभिज्ञापक प्राप्त होतो, जो उत्पादन अनुमान नियमांमध्ये आणि क्लाउडमध्ये काम करताना वापरला जातो. या अल्गोरिदमचे ऑपरेशन यूएमएल आकृतीमध्ये दर्शविले आहे:

(चित्र उच्च रिझोल्यूशनमध्ये उघडण्यासाठी त्यावर क्लिक करा)

आयपी कॅमेरे कनेक्ट करत आहे

या लेखात चर्चा केलेली क्लाउड स्मार्ट होम सिस्टम ही क्लाउड व्हिडिओ देखरेख प्रणालीचे अपग्रेड आहे, लेखकाने देखील विकसित केले आहे, जी अनेक वर्षांपासून बाजारात आहे आणि रशियामध्ये अनेक स्थापना आहेत.

क्लाउड व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणालीसाठी, एक गंभीर समस्या म्हणजे उपकरणांची मर्यादित निवड ज्यासह एकत्रीकरण केले जाऊ शकते. क्लाउडशी कनेक्ट करण्यासाठी जबाबदार सॉफ्टवेअर व्हिडिओ कॅमेरामध्ये स्थापित केले आहे, जे त्याच्या हार्डवेअरवर - प्रोसेसर आणि विनामूल्य मेमरीची रक्कम ताबडतोब गंभीर मागणी करते. हे मुख्यतः नियमित IP कॅमेऱ्यांच्या तुलनेत क्लाउड CCTV कॅमेर्‍यांची जास्त किंमत स्पष्ट करते. याव्यतिरिक्त, कॅमेरा फाइल सिस्टम आणि सर्व आवश्यक विकास साधनांमध्ये प्रवेश मिळविण्यासाठी सीसीटीव्ही कॅमेरा उत्पादक कंपन्यांशी वाटाघाटीचा एक लांब टप्पा आवश्यक आहे.

दुसरीकडे, सर्व आधुनिक आयपी कॅमेर्‍यांमध्ये इतर उपकरणे (विशेषतः व्हिडिओ रेकॉर्डर) सह परस्परसंवादासाठी मानक प्रोटोकॉल आहेत. अशा प्रकारे, मानक प्रोटोकॉलद्वारे कनेक्ट होणार्‍या आणि IP कॅमेर्‍यांकडून क्लाउडवर व्हिडिओ प्रवाह प्रसारित करणार्‍या वेगळ्या नियंत्रकाचा वापर क्लाउड व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणालीसाठी महत्त्वपूर्ण स्पर्धात्मक फायदे प्रदान करतो. शिवाय, जर क्लायंटने आधीपासून साध्या आयपी कॅमेर्‍यांवर आधारित व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणाली स्थापित केली असेल, तर ते विस्तृत करणे आणि पूर्ण क्लाउड स्मार्ट होममध्ये बदलणे शक्य होईल.

आयपी व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणालीसाठी सर्वात लोकप्रिय प्रोटोकॉल, आता अपवादाशिवाय सर्व आयपी कॅमेरा उत्पादकांद्वारे समर्थित आहे. ओएनव्हीआयएफ प्रोफाइल एस, ज्यांचे तपशील वेब सेवा वर्णन भाषेत अस्तित्वात आहेत डब्ल्यूएसडीएल. टूलकिटमधील उपयुक्तता वापरणे gSOAP आयपी कॅमेर्‍यांसह कार्य करणार्‍या सेवांसाठी स्त्रोत कोड व्युत्पन्न करणे शक्य आहे:

$ wsdl2h -o onvif.h 
	https://www.onvif.org/ver10/device/wsdl/devicemgmt.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver10/events/wsdl/event.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver10/media/wsdl/media.wsdl 
	https://www.onvif.org/ver20/ptz/wsdl/ptz.wsdl

$ soapcpp2 -Cwvbj -c++11 -d cpp_files/onvif -i onvif.h

परिणामी, आम्हाला C++ मध्ये हेडर “*.h” आणि स्त्रोत “*.cpp” फाइल्सचा संच मिळतो, ज्या थेट ऍप्लिकेशन किंवा वेगळ्या लायब्ररीमध्ये ठेवल्या जाऊ शकतात आणि GCC कंपाइलर वापरून संकलित केल्या जाऊ शकतात. अनेक फंक्शन्समुळे, कोड मोठा आहे आणि अतिरिक्त ऑप्टिमायझेशन आवश्यक आहे. Raspberry Pi 3 मॉडेल B+ मायक्रोकॉम्प्युटरमध्ये हा कोड कार्यान्वित करण्यासाठी पुरेशी कार्यक्षमता आहे, परंतु कोड दुसर्‍या प्लॅटफॉर्मवर पोर्ट करण्याची आवश्यकता असल्यास, योग्य प्रोसेसर आर्किटेक्चर आणि सिस्टम संसाधने निवडणे आवश्यक आहे.

स्थानिक नेटवर्कवर कार्यरत असताना ONVIF मानकांना समर्थन देणारे IP कॅमेरे पत्त्यासह विशेष मल्टीकास्ट गटाशी जोडलेले असतात. 239.255.255.250. एक प्रोटोकॉल आहे डब्ल्यूएस-डिस्कव्हरी, जे तुम्हाला स्थानिक नेटवर्कवरील डिव्हाइसेसचा शोध स्वयंचलित करण्याची परवानगी देते.

स्मार्ट होम कंट्रोलरचा ग्राफिकल इंटरफेस PHP मध्ये आयपी कॅमेर्‍यांसाठी शोध कार्य लागू करतो, जे XML संदेशांद्वारे वेब सेवांशी संवाद साधताना अतिशय सोयीचे असते. मेनू आयटम निवडताना उपकरणे > आयपी कॅमेरे > स्कॅनिंग आयपी कॅमेरे शोधण्यासाठी अल्गोरिदम लाँच केला आहे, परिणाम टेबलच्या स्वरूपात प्रदर्शित करतो:

(चित्र उच्च रिझोल्यूशनमध्ये उघडण्यासाठी त्यावर क्लिक करा)

जेव्हा तुम्ही कंट्रोलरमध्ये कॅमेरा जोडता, तेव्हा तुम्ही सेटिंग्ज निर्दिष्ट करू शकता ज्यानुसार तो क्लाउडशी संवाद साधेल. तसेच या टप्प्यावर, त्याला स्वयंचलितपणे एक अद्वितीय डिव्हाइस अभिज्ञापक नियुक्त केले जाते, ज्याद्वारे ते नंतर क्लाउडमध्ये सहजपणे ओळखले जाऊ शकते.

पुढे, जोडलेल्या कॅमेऱ्याचे सर्व पॅरामीटर्स असलेल्या JSON फॉरमॅटमध्ये संदेश तयार केला जातो आणि RESTful API कमांडद्वारे स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या सर्व्हर प्रक्रियेला पाठवला जातो, जिथे कॅमेरा पॅरामीटर्स डीकोड केले जातात आणि अंतर्गत SQLite डेटाबेसमध्ये सेव्ह केले जातात आणि खालील प्रक्रिया थ्रेड लाँच करण्यासाठी देखील वापरले जाते:

व्हिडिओ आणि ऑडिओ प्रवाह प्राप्त करण्यासाठी RTSP कनेक्शन स्थापित करणे;
G.711 mu-Law, G.711 A-Law, G.723, इ. फॉरमॅट्समधून ट्रान्सकोडिंग ऑडिओ. AAC स्वरूपात;
H.264 फॉरमॅटमध्ये व्हिडिओ प्रवाह आणि AAC फॉरमॅटमधील ऑडिओ FLV कंटेनरमध्ये ट्रान्सकोड करणे आणि RTMP प्रोटोकॉलद्वारे क्लाउडवर प्रसारित करणे;
ONVIF प्रोटोकॉलद्वारे IP कॅमेरा मोशन डिटेक्टरच्या एंडपॉइंटशी कनेक्शन स्थापित करणे आणि वेळोवेळी मतदान करणे;
वेळोवेळी लघुप्रतिमा पूर्वावलोकन प्रतिमा तयार करणे आणि MQTT प्रोटोकॉलद्वारे क्लाउडवर पाठवणे;
स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या SD किंवा फ्लॅश कार्डवर MP4 स्वरूपात स्वतंत्र फाइल्सच्या स्वरूपात व्हिडिओ आणि ऑडिओ प्रवाहांचे स्थानिक रेकॉर्डिंग.

सर्व्हर प्रक्रियेत कॅमेरे, ट्रान्सकोड, प्रक्रिया आणि रेकॉर्ड व्हिडिओ प्रवाहांशी कनेक्शन स्थापित करण्यासाठी, लायब्ररीतील कार्ये वापरली जातात. एफएफएमपीईजी 4.1.0.

कार्यप्रदर्शन चाचणी प्रयोगात, 3 कॅमेरे नियंत्रकाशी जोडलेले होते:

HiWatch DS-I114W (रिझोल्यूशन - 720p, कॉम्प्रेशन फॉरमॅट - H.264, बिटरेट - 1 Mb/s, साउंड G.711 mu-Law);
मायक्रोडिजिटल MDC-M6290FTD-1 (रिझोल्यूशन - 1080p, कॉम्प्रेशन फॉरमॅट - H.264, बिटरेट - 1 Mb/s, आवाज नाही);
Dahua DH-IPC-HDW4231EMP-AS-0360B (रिझोल्यूशन - 1080p, कॉम्प्रेशन फॉरमॅट - H.264, बिटरेट - 1.5 Mb/s, AAC ऑडिओ).

सर्व तीन प्रवाह एकाच वेळी क्लाउडवर आउटपुट केले गेले होते, ऑडिओ ट्रान्सकोडिंग फक्त एका कॅमेर्‍यावरून केले गेले आणि स्थानिक संग्रहण रेकॉर्डिंग अक्षम केले गेले. CPU लोड अंदाजे 5%, RAM वापर 32 MB (प्रति प्रक्रिया), 56 MB (OS सह एकूण) होता.

अशा प्रकारे, अंदाजे 20 - 30 कॅमेरे स्मार्ट होम कंट्रोलरशी कनेक्ट केले जाऊ शकतात (रिझोल्यूशन आणि बिटरेटवर अवलंबून), जे तीन मजली कॉटेज किंवा लहान गोदामासाठी व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणालीसाठी पुरेसे आहे. अधिक कार्यक्षमतेची आवश्यकता असलेल्या कार्यांसाठी, तुम्ही मल्टी-कोर इंटेल प्रोसेसर आणि Linux Debian Sarge OS सह नेटटॉप वापरू शकता. कंट्रोलरचे सध्या चाचणी ऑपरेशन सुरू आहे आणि त्याच्या कार्यप्रदर्शनावरील डेटा अपडेट केला जाईल.

मेघाशी संवाद

क्लाउड-आधारित स्मार्ट होम क्लाउडमध्ये वापरकर्त्याचा डेटा (व्हिडिओ आणि सेन्सर मोजमाप) संग्रहित करते. क्लाउड स्टोरेजच्या आर्किटेक्चरची आमच्या मालिकेतील पुढील लेखात अधिक तपशीलवार चर्चा केली जाईल. आता स्मार्ट होम कंट्रोलरकडून क्लाउडवर माहिती संदेश प्रसारित करण्यासाठी इंटरफेसबद्दल बोलूया.

कनेक्ट केलेल्या उपकरणांची स्थिती आणि सेन्सर मोजमाप प्रोटोकॉलद्वारे प्रसारित केले जातात एमक्यूटीटी, जे त्याच्या साधेपणामुळे आणि ऊर्जा कार्यक्षमतेमुळे अनेकदा इंटरनेट ऑफ थिंग्ज प्रकल्पांमध्ये वापरले जाते. MQTT क्लायंट-सर्व्हर मॉडेल वापरते, जेथे क्लायंट ब्रोकरमधील विशिष्ट विषयांचे सदस्यत्व घेतात आणि त्यांचे संदेश प्रकाशित करतात. ब्रोकर सर्व सदस्यांना QoS (सेवेची गुणवत्ता) स्तराद्वारे निर्धारित नियमांनुसार संदेश पाठवतो:

QoS 0 - जास्तीत जास्त एकदा (डिलिव्हरीची हमी नाही);
QoS 1 - किमान एकदा (वितरण पुष्टीकरणासह);
QoS 2 - अगदी एकदा (अतिरिक्त वितरण पुष्टीकरणासह).

आमच्या बाबतीत, आम्ही वापरतो ग्रहण मच्छर. विषयाचे नाव हे स्मार्ट होम कंट्रोलरचे युनिक आयडेंटिफायर आहे. सर्व्हर प्रक्रियेतील MQTT क्लायंट या विषयाची सदस्यता घेतो आणि संदेश व्यवस्थापकाकडून येणारे JSON संदेश त्यात भाषांतरित करतो. याउलट, MQTT ब्रोकरकडून आलेले मेसेज मेसेज मॅनेजरकडे पाठवले जातात, जे नंतर सर्व्हर प्रक्रियेत त्याच्या सदस्यांना मल्टीप्लेक्स पाठवतात:

स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या स्थितीबद्दल संदेश प्रसारित करण्यासाठी, जतन केलेल्या संदेशांची यंत्रणा वापरली जाते राखून ठेवलेले संदेश MQTT प्रोटोकॉल. हे आपल्याला पॉवर फेल्युअर दरम्यान रीकनेक्शनच्या वेळेचे योग्यरित्या निरीक्षण करण्यास अनुमती देते.

MQTT क्लायंट लायब्ररी अंमलबजावणीवर आधारित विकसित केले गेले ग्रहण पाहो C++ भाषेत.

H.264 + AAC मीडिया प्रवाह RTMP प्रोटोकॉलद्वारे क्लाउडवर पाठवले जातात, जेथे मीडिया सर्व्हरचा एक क्लस्टर त्यांच्यावर प्रक्रिया आणि संचयित करण्यासाठी जबाबदार असतो. क्लस्टरमध्ये लोडचे चांगल्या प्रकारे वितरण करण्यासाठी आणि कमीत कमी लोड केलेला मीडिया सर्व्हर निवडण्यासाठी, स्मार्ट होम कंट्रोलर क्लाउड लोड बॅलन्सरला प्राथमिक विनंती करतो आणि त्यानंतरच मीडिया प्रवाह पाठवतो.

निष्कर्ष

लेखात रास्पबेरी Pi 3 B+ मायक्रोकॉम्प्युटरवर आधारित स्मार्ट होम कंट्रोलरच्या एका विशिष्ट अंमलबजावणीचे परीक्षण केले आहे, जे Z-Wave प्रोटोकॉलद्वारे माहिती प्राप्त करू शकते, प्रक्रिया करू शकते आणि उपकरणे नियंत्रित करू शकते, ONVIF प्रोटोकॉलद्वारे आयपी कॅमेर्‍यांशी संवाद साधू शकते आणि डेटाची देवाणघेवाण देखील करू शकते. क्लाउडसह आदेश. MQTT आणि RTMP प्रोटोकॉलद्वारे सेवा. JSON फॉरमॅटमध्ये सादर केलेल्या तार्किक नियम आणि तथ्यांच्या तुलनेवर आधारित उत्पादन लॉजिक इंजिन विकसित केले गेले आहे.

स्मार्ट होम कंट्रोलरची सध्या मॉस्को आणि मॉस्को प्रदेशातील अनेक साइट्सवर चाचणी सुरू आहे.

कंट्रोलरची पुढील आवृत्ती इतर प्रकारच्या डिव्हाइसेस (आरएफ, ब्लूटूथ, वायफाय, वायर्ड) कनेक्ट करण्याची योजना आखत आहे. वापरकर्त्यांच्या सोयीसाठी, सेन्सर आणि आयपी कॅमेरे जोडण्याची प्रक्रिया मोबाइल ऍप्लिकेशनमध्ये हस्तांतरित केली जाईल. सर्व्हर प्रोसेस कोड ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी आणि ऑपरेटिंग सिस्टमवर सॉफ्टवेअर पोर्ट करण्यासाठी देखील कल्पना आहेत ओपनडब्ल्यूआरटी. हे तुम्हाला वेगळ्या कंट्रोलरवर बचत करण्यास आणि स्मार्ट होमची कार्यक्षमता नियमित घरगुती राउटरमध्ये स्थानांतरित करण्यास अनुमती देईल.

स्त्रोत: www.habr.com

क्लाउड स्मार्ट होम. भाग 1: कंट्रोलर आणि सेन्सर्स

स्मार्ट होम उपकरणे

स्मार्ट होम कंट्रोलर

सर्व्हर प्रक्रिया

उत्पादन तर्क

Z-वेव्ह सेन्सर्स आणि अॅक्ट्युएटर्स

आयपी कॅमेरे कनेक्ट करत आहे

मेघाशी संवाद

निष्कर्ष

एक टिप्पणी जोडा Отменить ответ