Jedným z najrozšírenejších systémov monitoringu a riadenia domácnosti, ako aj fotovoltickej elektrárne a rôznych smart-technológií, je Home Assistant. Systém, ktorý môže fungovať na rôznych zariadeniach, ktorý si môžete vybudovať sami alebo ktorý pre vás môže spojazdniť a prevádzkovať nejaká firma. Systém je schopný riadiť jednu zásuvku alebo aj celý bytový dom a priľahlú záhradu.
Ako to už býva pri modulárnych a otvorených systémoch, možnosti systému sú obmedzené len fantáziou toho, kto systém inštaluje a konfiguruje. Okrem jadra programátorov a vývojárov systému na ňom spolupracuje aj komunita spriaznených a nadšených užívateľov a pridávať rôzne moduly na základe známej špecifikácie môžu aj samotní užívatelia, ak narazia na „problém“, ktorý ešte nikto neriešil, a chcú do systému kontroly a riadenia pridať povedzme nový typ čističky vzduchu alebo zakomponovať do svojho smart-domu nový typ robotickej kosačky alebo neznámy typ termostatu na radiátor. V podstate čokoľvek si dokážete predstaviť, dokážete s týmto systémom aj uskutočniť.
Auto textu si systém Home Assistant zvolil po dôkladnom štúdiu jeho vlastností aj porovnaním s „konkurenčnými“ systémami a pred uvedením do prevádzky vo svojej domácnosti ho testoval na Raspberry Pi počítačoch v rôznych verziách a na rôznych operačných systémoch. V ďalšom pokračovaní seriálu sa preto budeme zaoberať už len týmto systémom, avšak na internete je k dispozícii nespočetné množstvo iných článkov a webov, popisujúcich vlastnosti a použitie Home Assistant aj jemu podobných systémov na zber údajov a ovládanie smart-vecí. Home Assistant nie je jediný taký systém a rozhodne si nedovoľujeme tvrdiť, že je najlepší. No autorovi vyhovuje a preto ho ďalej používa a rozširuje. A v ďalších textoch zverejňuje okrem všeobecných informácií aj svoje osobné skúsenosti, typy a odskúšané postupy.
Čo je Home Assistant
Home Assistant je výkonná open-source platforma pre inteligentnú domácnosť, ktorá umožňuje lokálne ovládanie a centralizovanú automatizáciu zariadení od rôznych výrobcov (svetlá, termostaty, kamery) v jedinom rozhraní, pričom kladie dôraz na súkromie a flexibilitu, čo používateľom dáva plnú kontrolu nad ich smart domácnosťou bez závislosti na cloude.
Kľúčové vlastnosti:
Open-Source: Bezplatný softvér vyvíjaný komunitou, čo zaručuje neustále zlepšovanie a širokú podporu.
Lokálne ovládanie: Zariadenia komunikujú priamo, čo zaisťuje rýchlosť a spoľahlivosť, aj keď internet vypadne.
Vysoká kompatibilita: Integruje sa s tisíckami zariadení a služieb (Z-Wave, Zigbee, Matter, Google Home, Alexa, Apple HomeKit).
Centralizácia: Ovládate všetko z jedného miesta – aplikácie, webového rozhrania alebo hlasových príkazov.
Automatizácia: Umožňuje vytvárať zložité scenáre (napr. „keď prídem domov, zapni svetlá a pusti hudbu“).
Súkromie: Dáta zostávajú u vás doma, nie v cloude, čím chráni vaše súkromie.
Ako to funguje:
Inštaluje sa na vlastný hardvér (napr. Raspberry Pi, dedikovaný mini PC), čím vznikne váš osobný server inteligentnej domácnosti, ktorý spravuje všetky pripojené zariadenia. Home Assistant Green je príkladom špeciálneho hardvéru navrhnutého na beh Home Assistantu.
Pre koho je?
Pre nadšencov domácich automatizácií, ktorí chcú mať plnú kontrolu, flexibilitu a bezpečnosť, a nechcú byť obmedzení jednou značkou alebo cloudovými službami.
Ako pracuje Home Assistant
Aby tento systém skutočne fungoval, potrebuje k svojmu chodu tri veci. Tou prvou sú smart-veci, ako napríklad smart-zásuvka, umožňujúca zapínať a vypínať pripojený elektrospotrebič, ale tiež merať napätie, prechádzajúci prúd aj celkový dodaný elektrický výkon (povedzme za mesiac, rok). Alebo smart-vypínač svetiel, ktorý vie na základe dennej doby zapnúť svetlá na plný alebo znížený výkon či podľa prítomnej osoby v miestnosti (v spolupráci s iným snímačom a smartfónom danej osoby) meniť farbu osvetlenia. Smart-teplomer, podľa ktorého sa zapína či vypína klimatizácia, alebo snímač otvorených okien, ktorý môže spolupracovať so smart-termostatom a ovládať kúrenie, aj s informáciami od smart-teplomera. Ale aj hlásič dymu či senzor kvality vzduchu a mnoho mnoho ďalších.
Všetky informácie od smart-periférií prijíma a vyhodnocuje centrála, ktorá tiež na základe nastavených algoritmov podľa týchto získaných informácií vydáva perifériám aj príkazy na zmenu stavu (zapni, vypni, stlm..,) a samozrejme ukladá získané hodnoty, aby ich bolo možné pre užívateľa zobraziť v prehľadnej podobe. Centrálou sa rozumie samotný software Home Assistant inštalovaný na nejakom druhu počítača.
Smart-komponenty medzi sebou aj s centrálou komunikujú bezdrôtovo, preto je potrebný medzi nimi spojovací článok. Takzvaný koordinátor. Stačí jeden pre celý systém a je pripojený k počítaču s Home Assistant (HA).
Napájanie zariadení
Komunikácia medzi zariadeniami pracuje na frekvencii 2,4 GHz, teda v pásme Wifi, ale využíva osobitný a energeticky úsporný režim, označovaný ako systém ZigBee. Teda smart-zásuvku nie je možné pripojiť priamo do domácej wifi siete, ale len do siete ZigBee, teda do Internetu vecí, oddelenej siete od siete počítačov a tlačiarní doma. Smart-komponenty pripojené na elektrické vodiče (zásuvky, vypínače, žiarovky…) sú napájané z tejto siete, rôzne malé senzory a snímače sú napájané batériami, zväčšia dvomi alkalickými mikrotužkami 1,5V (typ AAA) alebo plochými gombíkovými batériami. Zariadenia sú navrhnuté tak, aby s týmto napájaním vydržali pracovať minimálne jeden rok, ale niektoré zariadenia nepotrebujú výmenu batérií ani dva roky.
Napájanie NimH akumulátormi nie je vhodné, pretože napätie článkov je nižšie (typicky 1,2 V) a zariadenia „majú pocit“, že batérie sú vybité. A hoci majú stále dosť napätia aj energie i po istom čase používania, nie je napätie dosť vysoké pre správnu funkciu zariadenia. A je ich preto potrebné meniť oveľa skôr, spravidla už po niekoľkých mesiacoch. Ak máte takýchto senzorov niekoľko desiatok, stávate sa v snahe ušetriť za batérie použitím nabíjacích akumulátorov otrokom svojho systému domácej automatizácie.
Smart-zariadenia vedia stav svojej batérie hlásiť centrále, takže si viete zobraziť stav niektorých alebo všetkých batérií v niektorých alebo všetkých zariadeniach a máte tak prehľad o ich stave. Ale tiež môžete nastaviť Home Assistant tak, aby vás upozornil, keď stav batérie klesne pod určitú hodnotu, prednastavená je na 20%. A záleží len na vás, či to bude len zobrazenie na jednej z pracovných plôch, alebo máte túto informáciu dostať do smartfónu do aplikácie HA, prípadne mailom. Tým predídete znefunkčneniu niektorého komponentu v celom systéme a tým aj čiastočnému znefunkčneniu celého Home Assistant.
Komunikácia medzi zariadeniami
Zariadenia komunikujú medzi sebou bezdrôtovo a s ohľadom na nízky príkon, aby batérie dlho vydržali, vysielajú svoje „správy“ centrále nie nepretržite, ale v dávkovom režime. Buď v nastavenom intervale alebo pri zmene stavu (otvorenie okna, pokles teploty…). Preto majú aj nízky vysielací výkon. A zariadenia ďalej od koordinátora a centrály systému HA by mohli mať problém s dosahom. To je vyriešené tak, že zariadenia napájané nie z batérií, ale z elektrickej siete, slúžia zároveň ako retranslátory. Teda okrem toho, že posielajú svoje signály o stave a zmenách, vedia prijať signály aj z batériových zariadení vo svojom okolí a poslať ich centrále, rovnako tak vedia pre tieto pripojené batériové veci prijať povely a poslať im ich. Home Assistant dokáže prehľadne zobraziť mapu, ako sú ktoré zariadenia a senzory systému vzájomne prepojené a kadiaľ „cestuje“ signál konkrétneho smart-zariadenia.
Týmto spôsobom dokáže systém HA dovysielať svoj signál aj na veľmi vzdialené miesta, kde by ani bežná wifi už nemala dosah. Ako sú napríklad rôzne poschodia jednej budovy či terasa na vzdialenom konci záhrady. Podmienkou je, aby na trase bolo dosť zariadení, schopných preposielať signály, teda pripojených k elektrickej sieti. To sa dá zariadiť napríklad použitím ZigBee smart-zásuvky, ktorá sa na nič nepoužíva, len ako „zosilňovač“ signálu. Riešenie za pár eur. Alebo extender signálu, ten však vyžaduje napájanie z USB nabíjačky mobilov, pripojenej do siete 230 V.
Veľmi podobne vyzerajú aj smart-zariadenia, komunikujúce priamo cez wifi. Buď sú pripojené do domácej wifi siete alebo ovládané zo smartfonu, niekedy pripojeného na ich vlastnú sieť. Tieto však vyžadujú inak konfigurovaný systém a my sa nimi zaoberať nebudeme.
Aký počítač pre ústredňu Home Assistant
V zásade nie je ústredňa Home Assistant náročná na výpočtový výkon, ale s rastúcim počtom pripojených smart-zariadení do siete Zigbee rastie aj náročnosť na tento parameter. Takým orientačným počtom pripojených periférií, pri ktorom rozlišujeme systém HA na malý a plnohodnotný, ale aj s väčšími nárokmi, je cca 20 ks. Pričom malý systém môžeme využiť na skúšanie, „hranie“ sa so systémom a testovanie rôznych konfigurácií. Samozrejme aj na bežné pracovné nasadenie, keď sa spokojíme s menším počtom pripojených prvkov.
Raspberry Pi
Tento naozaj malý počítač je až neuveriteľne výkonný na svoje rozmery. Pôvodne bol vyvinutý na skúšanie a učenie sa práce s programovaním, ale jeho modulárnosť a nízka spotreba elektriny aj nízka cena ho urobila nesmierne populárnym medzi staviteľmi rôznych programovaných zariadení a modelov. Nečudo, že si k nemu našli cestu aj autori systému Home Assistant a užívatelia ho radi používali.
Od obľúbenej verzie II cez III, s rôznymi veľkosťami pamäte RAM až po verziu IV jeho výkon rástol, žiaľ od tretej verzie aj cena, čím sa stalo, že v podobnej cene si môže užívateľ vybrať viac technických riešení s oveľa väčším výkonom. Navyše Raspberry Pi trpí na jeden neduh, spojený s jeho pôvodne nízkou cenou, univerzálnosťou a jednoduchosťou pri inštalácii a používaní. Jeho hlavným a bootovacím (štartovacím) dátovým úložiskom je micro SD karta, aká sa používa aj v smartfónoch a digitálnych fotoaparátoch. Dnes už vysoké rýchlosti zápisu a veľké objemy dát ju robia veľmi prístupnou a žiadanou. Avšak systém Home Assistant zapisuje na túto kartu veľké množstvo dát, získaných zo senzorov a periférnych zariadení, čo zapríčiňuje občas znefunkčnenie SD karty. A tým aj celého systému HA. A stratu historických dát.
Dnes existujú spôsoby, ako k Raspberry Pi pripojiť SD disk a prípadne systém HA z neho aj štartovať, čo odstraňuje občasné problémy spojené s haváriou SD karty. No cenove sa dostávame niekam, kde sa už pohybujú plnohodnotné PC, a tie majú podstatne väčší výkon aj spoľahlivosť.
Okrem Raspberry Pi sú v rovnakej triede dostupné aj jemu podobné mikropočítače, ako napr. Orange Pi, Banana Pi, Odroid a mnohé ďalšie, s rôznymi výkonmi aj s rôznymi cenami. S ohľadom na doterajšie skúsenosti aj neustály vývoj (a zvyšovanie nárokov na zdroje) HA odporúčame používať takéto vývojové počítače len na testovanie schopností HA a jeho vhodnosti pre vaše potreby. Lebo ak sa vám systém zapáči, iste budete chcieť zapojiť ďalšie a ďalšie periférie, vytvárať ďalšie a ďalšie automatizačné scenáre a keď narazíte na limity výkonu, tak či tak premigrujete celý systém na silnejší počítač. S fungujúcim systémom je to síce otázka naozaj pár desiatok minút, tak to môžete brať ako súčasť svojho vzdelávania. Ale nič slabšie, ako Raspberry Pi IV so 4 alebo 8 GB RAM neodporúčame. A potom už nízka spotreba 5-10 W sa stáva minulosťou, takže ani tento argument už dnes neplatí.
Microdesktop PC
Microdesktop PC alebo aj označované ako Small Form Factor (SFF) počítače sú plnohodnotné a výkonné počítače, používané prevážne v kanceláriách, využívajúce výhody súčasnej miniaturizácie. Absencia CD/DVD mechaniky a nahradenie veľkých 5,25″ pevných diskov miniatúrnymi elektronickými diskami typu SD a súčasne znižovanie energetických nárokov procesorov a rast ich výkonu, teda nepotrebnosť veľkých a hlučných ventilátorov, dokázali dostať veľký výkon do malého priestoru. Počítače už neležia na zemi, nerobia hluk. Dokonca ich je možné upevniť na VESA držiaky vzadu na monitory.
Pre domácu automatizáciu sa kupujú zľahka použité SFF počítače z druhej ruky, často za cenu nižšiu, ako „nadupané“ Raspberry Pi. Stačí nižšia výkonová trieda SFF, napr. procesor Intel i3, kľudne aj šiestej generácie 😉 Jediné, čo dôrazne odporúčame, zakúpiť do takéhoto bazárového počítača nový SD disk, lebo oproti starým majú nové typy vyššie rýchlosti a lepšiu životnosť. Získate tak za pár eur skutočné „lietadlo“, ktoré navyše je tiché, nehreje sa a jeho spotreba dosahuje pri použití s HA najviac dvojnásobok spotreby energie Rasperry Pi. Navyše, ak sa vám bude zdať HA pomalý, ľahko viete v takom SFF počítači doplniť alebo vymeniť pamäť RAM za väčšiu.
Mnohé z týchto malých počítačov dokážu používať naraz dva SD disky v režime RAID 1, teda v režime zrkadlenia. Teda všetky dáta sa ukladajú na oba disky súčasne, a v prípade poruchy jedného z nich všetko funguje ďalej a po výmene vadného disku za nový sa naň „vo voľných chvíľach“ počítača skopírujú dáta z druhého disku, aby bol ich obsah identický. Rieši to mnoho „horúcich chvíľ“, ktoré môže spôsobiť výpadok hardware pre Home Assistant.
Ultra-compact Form Factor
Naozaj malé kompaktné PC s často neuveriteľným výkonom (samozrejme záleží od konfigurácie). Najznámejším zástupcom tejto kategórie počítačov je Intel NUC.
Rôzne typy môžu používať jeden alebo viac diskov SD, môžu ale nemusia byť schopné prevádzkovať RAID 1, majú rôzne externé konektory. A samozrejme rôzne výkony. Podobne ako v predchádzajúcej kategórii, už s procesorom i3 šiestej generácie, čo je celkom starý typ, dokážete mať k dispozícii výkon, ktorý neviete využiť. A tým pádom aj nízku spotrebu elektriny. Zato dostávate neuveriteľnú spoľahlivosť. A pri kúpe bazárového kúska platí to, čo vyššie. Vymeňte SD disk a máte k dispozícii výkonný a stabilný hardware pre vaše pokusy ale aj reálne nasadenie Home Assistant vo vašej domácnosti.
Kompletné zariadenia Home Assistant
Za celým systémom HA stojí firma, ktorá žije z predaja služieb podpory, poskytovania cloudového úložiska dát pre tých, ktorí chcú mať život jednoduchší a dáta v internete im nevadia, a z predaja hotových riešení. Aktuálne sú v ponuke dva systémy.
Home Assistant Yelow je takmer kompletná krabička servera domácej automatizácie. Takmer znamená, že je potrebné do nej dokúpiť výpočtový modul Raspberry Pi, aby bola funkčná. A potom už len zapojiť napájanie a kábel domácej počítačovej siete, tento môže byť dokonca zdrojom napájania cez PoE. Hneď po zapojení môžete s Home Assistant začať pracovať.
Home Assistant Green je dodávaný kompletný s parametrami:
1.8 GHz Quad-core ARM processor
4 GB RAM
32 GB eMMC Storage
USB 2.0 ports ×2 for use with Home Assistant Connect ZBT-1 and more
Gigabit Ethernet port for fast communication
Large aluminum heatsink for noiseless CPU cooling
Po pripojení napájania a ethernet kábla domácej počítačovej siete automaticky nájde všetky vaše už používané a zapojené do napájania smart-veci a môžete začať budovať centralizovanú smart-domácnosť.
Na záver
Ako vidíte, prevádzkovať systém domáceho monitoringu a automatizácie je možné na veľmi širokej škále zariadení. A hardware nemusí byť drahý, takže vás budovanie smart-domácnosti nezruinuje. Lebo software je zdarma, len sa budete musieť čo-to naučiť, ak si chcete monitoring vybudovať vlastnými rukami a vlastnou hlavou 😉 Výhodou potom bude, že si viete sami urobiť zmeny v nastaveniach alebo si viete sami pridať ďalšie automatizačné komponenty.
Pozývame vás na dobrodružnú cestu budovania domácnosti s internetom vecí, ktoré vám uľahčia a spríjemnia život. V ďalšom pokračovaní začneme s inštaláciou Home Assistant na vybraný hardware.
Viac o týchto odkazoch si prečítajte na stránke Affiliate odkazy.
