Контроллер видеонаблюдения что это

Контроллер как важная часть системы контроля доступа

Из этой схемки видно, как можно подключить к нему всяческие устройства:

На самой плате есть электрическая пищалка, которая издает звук при открытии замка и упрощает программирование. Обычно ее динамик заклеен бумажкой, если отклеить ее, то звук получается достаточно громкий. Так же, внизу есть разъемчик с джампером для управления режимами работы контроллера. Как и куда ставить джампер исчерпывающе написано в документации к устройству.

При монтаже контроллера, однако, есть один нюанс, о котором в многочисленных обзорах данной модели не пишут. Бывает так, что пользователи начинают жаловаться на то, что работает устройство не больше месяца, потом пищит, но двери не открывает. На нашей схеме указано, что необходимо установить защитный диод и где он должен находиться. Зачем он нужен? Дело в том, что замок накапливает энергию и периодически происходят выбросы обратной полярности во время разрыва цепи. Полупроводниковый ключ контроллера некоторое время держится, а потом умирает. Только возьмите диод помощнее и правильно подключите.

Вывод: при правильном подходе контроллер ТМ Z-5R очень надежен, энергоэкономичен, недорог, функций и удобств предоставляет немало для такой миниатюрной игрушки.

Вся информация, размещенная на сайте, носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) ГК РФ. Производитель оставляет за собой право изменять характеристики товара, его внешний вид и комплектность без предварительного уведомления продавца.

Источник

Контроллеры для умного дома: краткий обзор

Контроллер для умного дома — это мультифункциональный блок управления, контролирующий устройства, которые подключены к нему. Он отвечает на все сигналы, поступающие с датчиков системы «умный дом», а также высылает отчёты о состоянии подключенных устройств. Собрать контроллер можно самостоятельно, но гораздо проще купить его в магазине.

В статье рассказывается, на что следует обратить внимание при выборе устройства. Также приводится несколько советов для дальнейшей установки.

Принцип работы

С помощью контроллера для умного дома автоматизируются многие привычные процессы. Для этого можно оставить данные, которые были установлены по умолчанию, либо настроить систему конкретно под свои нужды. Так, следует запланировать выполнение различных действий в конкретные временные рамки, установив график работы приборов.

Централизованный и децентрализованный комплекс

Существует два вида системы управления:

Централизованная система, как правило, более функциональна, нежели региональная.

Варианты подключения

Подключить контроллер к сети умного дома можно следующими способами:

Как сделать правильный выбор

При выборе контроллера следует обратить внимание на его размер, уровень автоматизма, самоконтроля и точность управления. Последний пункт легко проверить по отзывам.

Существуют очень дорогие контроллеры для больших и многофункциональных систем умного дома. Но всегда можно найти аналог дешевле, и соответственно, с менее широкими возможностями.

Также важно обратить внимание на функционал. Не все контроллеры могут выполнять эти действия:

Популярные модели контроллеров

Несколько популярных моделей контроллеров умного дома.

Рекомендуем побольше узнать о Мажордомо умный дом, ПО, которое поможет объединить все компоненты умного дома в единую экосистему.

Контроллеры Овен ОВЕН ПЛК100/150/154 работают на протоколе Modbus и поддерживает от двух до четырёх каналов связи. Этого достаточно для двухэтажного дома. Кроме базовых параметров, устройство контролирует подогрев пола, освещение на улице и охранную систему.

Имеет веб-интерфейс RS-485. Он состоит из шести блоков управления, с помощью которых можно запрограммировать систему «умный дом» под свои нужды. GSM-модуль присылает на телефон отчёты и экстренные смс-сообщения об аварийных происшествиях, поломках датчиков.

VeraEdge

Связь проходит по протоколу Z-Wave, поддерживается Wi-Fi. Разработчики использовали новую платформу SoC, её частота работы — 600 МГц. Оперативная память — 128 Мб. Это гарантирует высокую производительность контроллера. Можно одновременно регулировать до 200 приборов, даже находясь вне дома.

Один из недостатков — отсутствие встроенного блока бесперебойного питания. Но его можно купить отдельно.

Arduino

В комплектацию контроллера входят датчики, сенсоры и сигнализирующие индикаторы. Управление осуществляется с помощью специальной программы, которую нужно установить на компьютер или телефон. Благодаря понятному веб-интерфейсу, настроить устройство сможет каждый. Обеспечивается беспроводная связь с системой «умный дом», есть хороший сигнал.

Siemens

Контроллер актуален для дома и промышленных предприятий, он состоит из двух основных компонентов. Первый компонент — клавиатура и дисплей, отвечающие за ввод и вывод данных. Второй же необходим для подключения к сети и осуществления дальнейшего контроля через качественный проводной интерфейс.

Поддерживает ПО Soft Comfort, благодаря которому легко создавать индивидуальные сценарии и целые алгоритмы работы. Система периодически обновляется и становится более простой в использовании.

Где купить

Приобрести устройства управления можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых приборов есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Рекомендации по установке контроллеров

Советы по выбору и установке контроллеров:

Советуем прочитать: обратите внимание на рекомендации о монтаже всей системы в совокупности, о том как установить умный дом.

Использование системы «умный дом» сильно облегчает жизнь её владельцев. Скоро она будет активно встраиваться повсюду, ведь прогресс не стоит на месте. С каждым годом увеличивается вариативность интерфейсных процессоров и модулей, упрощается процесс настройки и появляются контроллеры, доступные по цене каждому.

Видео по теме

Источник

Как работает контроллер для умного дома? Рейтинг популярных моделей

Контроллер умного дома представляет собой «мозг» смарт-системы, управляя входящими в неё устройствами в соответствии с заложенным сценарием. Постараемся подробнее разобраться, что это за прибор, каков принцип его работы и на какие параметры следует обращать внимание при выборе контроллера.

Что собой представляет контроллер для умного дома?

Система smart-house основана на максимальном уровне автоматизации всех бытовых процессов, а также в предоставлении возможности удалённого управления домашними бытовыми приборами. В этот высокотехнологичный комплекс могут входить самые различные устройства – начиная от осветительных лампочек и заканчивая сложными климатическими системами или охранным оборудованием.

Но «мозгом» любого умного дома является контроллер (центральный хаб ), выступающий в роли посредника между пользователем и каждым из умных устройств. Конструктивно он состоит из нескольких компонентов:

Как работает контроллер умного дома?

Управление смарт-приборами через контроллер осуществляется двумя основными способами:

Принцип работы контроллера умного дома выглядит следующим образом. Пользователь создаёт сценарий работы для каждого прибора по своим потребностям. Например, в него могут закладываться такие действия: 6-00 – срабатывает будильник, открываются шторы, включается чайник или кофеварка. К моменту возвращения владельца домой, контроллер, согласно программе, может согреть воду в бойлере душевой, вскипятить чайник, включить придомовое освещение.

Программирование процессора производится либо в ручном, либо в удалённом режимах. В первом случае необходимые параметры вводятся непосредственно на приборе, с помощью кнопок или сенсорного дисплея. Второй вариант предусматривает соединение с мобильным устройством владельца через Wi-Fi, Bluetooth, сотовую сеть. Благодаря установленной на смартфон программе-фреймворку пользователь может создавать различные сценарии, изменять и корректировать их в удалённом режиме.

Также, со смартфона или ПК возможно осуществлять непосредственно управление компонентами умного дома, выбирая нужные приборы из списка. Программа-фреймворк посылает команду о необходимых действиях со смартфона на центральный хаб. Устройство передачи, после получения сигнала, отправляет его на процессор. Здесь происходит его расшифровка, обработка и он, через тот же приёмопередаточный модуль, передаётся в закодированном виде нужному смарт-прибору. Таким образом, удалённый сигнал от пользователя превращается в конкретное действие.

Подобным образом, находясь за десятки километров от дома, его владелец может полить огород, включить вентиляцию или отопление. Также, через удалённую связь с контроллером, пользователь в онлайн-режиме получает информацию о параметрах деятельности всех устройств системы Smart Home. К примеру, сможет отслеживать температуру в доме, просматривать изображение с камер видеонаблюдения, получать различные уведомления от центрального процессора.

Как выбрать оптимальное место размещения контроллера?

По своему размещению контроллеры умного дома бывают:

Централизованные контрольно-управляющие устройства обладают высокой производительностью. Их работа основывается на достаточно мощном процессоре с собственной операционной системой. Подобные приборы осуществляет управление всеми компонентами, входящими в комплекс Smart Home. Устанавливать их нужно с таким расчётом, чтобы обеспечить максимально устойчивую связь со всеми сопряжёнными с ним элементами, расположенными как вне помещения, так и внутри дома.

Децентрализованные модели представляют собой более простые устройства, обладающие меньшими возможностями, чем централизованные. В децентрализованной системе умного дома имеется несколько таких контроллеров, каждый из которых отвечает за работу определённой группы смарт-устройств. Устанавливать их нужно с таким расчётом, чтобы они имели хорошую связь с теми приборами, за действия которых отвечают.

Также при установке нужно соблюдать несколько общих правил:

Основные характеристики, которые нужно учитывать при выборе устройства

Главный параметр, который нужно учитывать при покупке контроллера для умного дома — это техническая совместимость устройства с прочими элементами системы. Если выбранный вами центральный хаб и другие смарт-приборы работает на взаимно не поддерживаемых протоколах, то возможно возникновение проблем совместимости. Связь между приборами и контроллером может либо вообще не устанавливаться, либо поступающие сигналы неправильно интерпретироваться.

Далее нужно определиться, будет ли в вашем доме централизованная, или децентрализованная система Smart Home. Исходя из этого, рекомендуется подбирать и управляющий контроллер. Централизованный вариант подходит, если вы желаете управлять всеми умными приборами с одного хаба, используя для этого единственное мобильное приложение. Децентрализованная система рекомендована, если отдельные группы смарт-устройств располагаются далеко друг от друга. В этом случае для приборов, расположенных на улице, в гараже, внутри дома, лучше устанавливать отдельные хабы управления.

Также при покупке центрального хаба для оснащения умного дома, нужно отдавать предпочтение продукции компаний, хорошо зарекомендовавших себя на рынке умной электроники.

Рейтинг лучших моделей контроллеров для умного дома

Напоследок рассмотрим топ-рейтинг лучших контроллеров, имеющихся сегодня в продаже.

Контроллер для управления устройствами ZigBee ELARI Smart Gateway

Этот центральный хаб позволяет координировать работу смарт-устройств, действующих на основе платформы ELARI SmartHome. Всего он способен контролировать работу до 200 приборов одновременно, в соответствии с заложенным сценарием, или по поступающим удалённым командам пользователя. Основные технические характеристики:

Контроллер умного дома Fibaro Home Center Light

Данный процессор является главным «мозгом» смарт-системы FIBARO, и управляется при помощи одноимённого мобильного приложения. Отличается высокой производительностью, простотой интерфейса настроек, возможностью использования, как беспроводных, так и проводных каналов связи. Способен управлять 230 приборами, работающими по протоколу Z-Wave.

Размеры – 9х9х3,3см.
Встроенный процессор – Cortex A8 на720 МГц.
Тип связи – беспроводной по Wi-Fi, GSM, и широкополосный проводной по кабелю или DSL.
Цена – 27-28 тыс. руб.

Контроллер Xiaomi Aqara Cube Smart Home Controller White (MFKZQ01LM)

Данный контроллер представляет собой не самостоятельно управляющее устройство, а компонент децентрализованной системы. Умный куб от Xiaomi может сопрягаться с центральным хабом, либо использоваться отдельно для управления ограниченным числом умных устройств. В зависимости от положения кубика в пространстве, активируется управление тем или иным смарт-прибором (по числу граней), работающим по протоколу ZeegBee. С его помощью можно включать или выключать соединённую с ним бытовую технику, регулировать параметры её работы. Для удалённого управления хабом с мобильного устройства используется приложение MiHome.

Источник

Облачный Умный Дом. Часть 1: Контроллер и датчики

Сегодня, благодаря бурному развитию микроэлектроники, каналов связи, Интернет-технологий и Искусственного Интеллекта, тема умных домов становится все более и более актуальной. Человеческое жилище претерпело существенные изменения со времен каменного века и в эпоху Промышленной Революции 4.0 и Интернета Вещей стало удобным, функциональным и безопасным. На рынок приходят решения, превращающие квартиру или загородный дом в сложные информационные системы, управляемые из любой точки мира с помощью смартфона. Причем, для человеко-машинного взаимодействия уже не требуются знания языков программирования, — благодаря алгоритмам распознавания и синтеза речи человек говорит с умным домом на родном языке.

Некоторые системы умного дома, представленные сейчас на рынке, являются логичным развитием систем облачного видеонаблюдения, разработчики которых осознали необходимость в комплексном решении не только для контроля, но и для управления удаленными объектами.

Вашему вниманию предлагается цикл из трех статей, где будет рассказано о всех основных компонентах системы облачного умного дома, лично разработанной автором и запущенной в эксплуатацию. Первая статья посвящена оконечному клиентскому оборудованию, устанавливаемому внутри умного дома, вторая — архитектуре системы облачного хранения и обработки данных, и, наконец, третья — клиентскому приложению для управления системой на мобильных и стационарных устройствах.

Оборудование для умного дома

Сперва поговорим о том, как из обыкновенной квартиры, дачи или коттеджа сделать умный дом. Для этого, как правило, требуется разместить в жилище следующее оборудование:

В настоящее время широкое распространение получили беспроводные датчики, работающие по протоколам RF433, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth и WiFi. Их главные преимущества — удобство монтажа и использования, а также дешевизна и надежность, т.к. производители стремятся вывести свои устройства на массовый рынок и сделать их доступными рядовому пользователю.

Датчики и исполнительные устройства, как правило, подключаются по беспроводному интерфейсу к контроллеру умного дома (6) — специализированному микрокомпьютеру, объединяющему все эти устройства в единую сеть и управляющему ими.

Впрочем, некоторые решения могут совмещать в себе датчик, исполнительное устройство и контроллер одновременно. Например, умная розетка может быть запрограммирована на включение или выключение по расписанию, а камера облачного видеонаблюдения умеет записывать видео по сигналу детектора движения. В простейших случаях можно обойтись без отдельного контроллера, но для создания гибкой системы со множеством сценариев он необходим.

Для подключения контроллера умного дома к глобальной сети может быть использован обычный Интернет-роутер (7), который уже давно стал привычным бытовым прибором в любом доме. Здесь есть еще один аргумент в пользу контроллера умного дома — если пропадет связь с Интернет, то умный дом продолжит работу в штатном режиме благодаря блоку логики, хранящейся внутри контроллера, а не в облачном сервисе.

Контроллер умного дома

Контроллер для системы облачного умного дома, рассматриваемой в данной статье, разработан на основе одноплатного микрокомпьютера Raspberry Pi 3 model B+, который был выпущен в марте 2018 года и обладает достаточными ресурсами и производительностью для задач умного дома. В его состав входит четырехядерный процессор Cortex-A53 на 64-битной архитектуре ARMv8-A, с тактовой частотой 1.4 ГГц, а также 1 ГБ ОЗУ, Wi-Fi 802.11ac, Bluetooth 4.2 и гигабитный адаптер Ethernet, работающий через шину USB 2.0.

Сборка контроллера очень проста — микрокомпьютер (1) устанавливается в пластиковый корпус (2), далее в него в соответствующие слоты устанавливается 8 ГБ карта памяти в формате microSD с программным обеспечением (3) и USB-контроллер сети Z-Wave (4). Контроллер умного дома подключается к электросети через адаптер питания 5В, 2.1А (5) и кабель USB — micro-USB (6). Каждый контроллер имеет уникальный идентификационный номер, который записывается в файле конфигурации при первом запуске и необходим для взаимодействия с сервисами облачного умного дома.

Программное обеспечение контроллера умного дома разработано автором данной статьи на основе операционной системы Linux Raspbian Stretch. Оно состоит из следующих основных подсистем:

База данных контроллера умного дома реализована на основе встраиваемой СУБД SQLite и представляет собой файл на SD-карте с системным ПО. Она служит хранилищем конфигурации контроллера — информации о подключенном оборудовании и его текущем состоянии, блока логических продукционных правил, а также информации, требующей индексации (например, имен файлов локального видеоархива). При перезагрузке контроллера эта информация сохраняется, что делает возможным восстановление работоспособности контроллера в случае сбоев электропитания.

Графический интерфейс контроллера умного дома разработан на языке PHP 7 с использованием микрофреймворка Slim. За работу приложения отвечает веб-сервер lighttpd, часто применяющийся во встраиваемых устройствах благодаря своей хорошей производительности и низким требованиям к ресурсам.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Основной функцией графического интерфейса является подключение оборудования умного дома (IP-камер видеонаблюдения и датчиков) к контроллеру. Веб-приложение считывает конфигурацию и текущее состояние контроллера и подключенных к нему устройств из БД SQLite. Для изменения конфигурации контроллера оно посылает управляющие команды в формате JSON через интерфейс RESTful API серверного процесса.

Серверный процесс

Серверный процесс — ключевой компонент, выполняющий всю основную работу по автоматизации информационных процессов, составляющих основу умного дома: получение и обработку сенсорных данных, выдачу управляющих воздействий в зависимости от заложенной логики. Назначение серверного процесса — взаимодействие с оборудованием умного дома, выполнение продукционных логических правил, получение и обработка команд от графического интерфейса и облака. Серверный процесс в рассматриваемом контроллере умного дома реализован как многопоточное приложение, разработанное на языке С++ и запускаемое как отдельный сервис systemd операционной системы Linux Raspbian.

Основными блоками серверного процесса являются:

Главным компонентом серверного процесса является диспетчер сообщений, который маршрутизирует сообщения в формате JSON для всех блоков серверного процесса. Типы информационных полей JSON-сообщения и значения, которые они могут принимать, перечислены в таблице:

Например, сообщение от детектора движения камеры выглядит следующим образом:

Продукционная логика

Чтобы получить или отправить сообщение от диспетчера, блок серверного процесса подписывается на сообщения определенного типа. Подписка представляет собой продукционное логическое правило типа «Если …, то … », представленное в JSON формате, и ссылку на обработчик сообщения внутри блока серверного процесса. Например, чтобы сервер IP-камеры мог получать команды от графического интерфейса и облака, нужно добавить следующее правило:

Если условия, указанные в антецеденте (левой части) правила являются истинными, то выполняется консиквент (правая часть) правила, и обработчик получает доступ к телу JSON-сообщения. В антецеденте поддерживаются логические операторы, выполняющие сравнение JSON-пар «ключ-значение»:

Точно такой же механизм, основанный на JSON-сообщениях и правилах продукций в JSON формате, применяется в блоке сервера продукционной логики для представления знаний и осуществления логического вывода с использованием сенсорных данных с датчиков умного дома.

Пользователь с помощью мобильного приложения составляет сценарии, по которым должен функционировать умный дом. Например: «Если сработал датчик открытия входной двери, то включить свет в прихожей». Приложение считывает из базы данных идентификаторы датчиков (датчик открытия) и исполнительных устройств (умная розетка или умная лампа) и формирует логическое правило в формате JSON, которое пересылается в контроллер умного дома. Более подробно этот механизм будет рассмотрен в третьей статье нашего цикла, где пойдет речь о клиентском приложении для управления умным домом.

Рассмотренный выше механизм продукционной логики реализован с помощью библиотеки RapidJSON — SAX-парсера формата JSON на языке С++. Последовательное чтение и разбор массива продукционных правил позволяет легко реализовать функцию сопоставления данных внутри антецедентов:

Здесь pFact — структура, содержащая пары «ключ-значение» из JSON-сообщения, m_Rules — строковый массив продукционных правил. Сопоставление входящего сообщения и правила продукции производится в функции reader.Parse(ruleStream, ruleHandler), где ruleHandler — это объект, содержащий логику булевых операторов и операторов сравнения. sRuleId — уникальный идентификатор правила, благодаря которому возможно хранить и редактировать правила внутри базы данных контроллера умного дома. m_pActions — массив с результатами логического вывода: JSON-сообщениями, содержащими консиквенты из базы правил и пересылаемые далее в диспетчер сообщений, чтобы потоки-подписчики могли их обработать.

Производительность RapidJSON сопоставима с функцией strlen(), а минимальные требования к системным ресурсам позволяют использовать эту библиотеку во встраиваемых устройствах. Использование сообщений и логических правил в JSON-формате позволяет реализовать гибкую систему информационного обмена между всеми компонентами контроллера умного дома.

Датчики и исполнительные устройства Z-Wave

Главное преимущество умного дома в том, что он умеет самостоятельно измерять различные параметры внешней среды и выполнять полезные функции в зависимости от ситуации. Для этого к контроллеру умного дома подключаются датчики и исполнительные устройства. В текущей версии — это беспроводные устройства, работающие по протоколу Z-Wave на специально выделенной частоте 869 МГц для России. Для своей работы они объединяются в mesh-сеть, в которой присутствуют ретрансляторы сигнала, чтобы увеличить зону покрытия. Также устройства имеют специальный режим энергосбережения — большую часть времени они проводят в спящем режиме и отправляют информацию только при изменении своего состояния, что позволяет существенно продлить жизнь встроенной батареи.

На рынке сейчас можно найти достаточно большое количество различных устройств Z-Wave. В качестве примера рассмотрим несколько:

В серверном процессе контроллера умного дома, рассмотренном в предыдущем пункте, за взаимодействие с устройствами Z-Wave отвечает сервер Z-Wave. Для получения информации с датчиков он использует библиотеку OpenZWave на языке С++, которая предоставляет интерфейс для взаимодействия с USB-контроллером сети Z-Wave и работает со множеством датчиков и исполнительных устройств. Значение параметра внешней среды, измеренной датчиком, записывается сервером Z-Wave в виде JSON-сообщения:

Далее оно пересылается в диспетчер сообщений серверного процесса, чтобы потоки-подписчики могли его получить. Основным подписчиком является сервер продукционной логики, который сопоставляет значения полей сообщения в антецедентах логических правил. Результаты логического вывода, содержащие команды управления, пересылаются обратно в диспетчер сообщений и оттуда попадают в сервер Z-Wave, который их декодирует и отсылает в USB-контроллер сети Z-Wave. Далее они попадают в исполнительное устройство, которое меняет состояние объектов внешней среды, и умный дом, таким образом, совершает полезную работу.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Подключение устройств Z-Wave производится в графическом интерфейсе контроллера умного дома. Для этого нужно перейти на страничку со списком устройств и нажать кнопку «Добавить». Команда добавления через интерфейс RESTful API попадает в серверный процесс и, затем, пересылается диспетчером сообщений серверу Z-Wave, который переводит USB-контроллер сети Z-Wave в специальный режим добавления устройств. Далее, на устройстве Z-Wave нужно произвести серию быстрых нажатий (3 нажатия в течении 1,5 секунд) сервисной кнопки. USB-контроллер подключает устройство в сеть и отправляет информацию о нем в сервер Z-Wave. Тот, в свою очередь, создает новую запись в БД SQLite с параметрами нового устройства. Графический интерфейс по истечении заданного интервала времени возвращается на страничку списка устройств Z-Wave, считывает информацию из БД и отображает новое устройство в списке. Каждое устройство при этом получает свой уникальный идентификатор, который используется в правилах продукционного логического вывода и при работе в облаке. Работа этого алгоритма показана на UML-диаграмме:

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Подключение IP-камер

Система облачного умного дома, рассматриваемая в данной статье, является модернизацией системы облачного видеонаблюдения, также разработанной автором, которая уже несколько лет присутствует на рынке и имеет множество инсталляций в России.

Для систем облачного видеонаблюдения одной из острых проблем является ограниченный выбор оборудования, с которым можно произвести интеграцию. Программное обеспечение, отвечающее за подключение к облаку, устанавливается внутри видеокамеры, что сразу же предъявляет серьезные требования к ее аппаратной начинке — процессору и количеству свободной памяти. Этим, главным образом, и объясняется более высокая цена камер облачного видеонаблюдения по сравнению с обычными IP-камерами. Кроме этого, требуется длительный этап переговоров с компаниями-производителями камер видеонаблюдения для получения доступа к файловой системе камеры и всех необходимых средств разработки.

С другой стороны, все современные IP-камеры имеют стандартные протоколы для взаимодействия с другим оборудованием (в частности, видеорегистраторами). Таким образом, использование отдельного контроллера, осуществляющего подключение по стандартному протоколу и трансляцию видеопотоков с IP-камер в облако, предоставляет существенные конкурентные преимущества для систем облачного видеонаблюдения. Более того, если у клиента была уже установлена система видеонаблюдения на основе простых IP-камер, то появляется возможность ее расширения и превращения в полноценный облачный умный дом.

Самый популярный протокол для систем IP-видеонаблюдения, поддерживаемый сейчас всеми без исключения производителями IP-камер, — это ONVIF Profile S, спецификации которого существуют на языке описания веб-сервисов WSDL. С помощью утилит из инструментария gSOAP возможно сгенерировать исходный код сервисов, работающих с IP-камерами:

В результате мы получаем набор заголовочных «*.h» и исходных «*.cpp» файлов на языке С++, который можно поместить прямо в приложение или отдельную библиотеку и откомпилировать с помощью компилятора GCC. Из-за множества функций код получается большим и требует дополнительной оптимизации. Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 model B+ обладает достаточной производительностью, чтобы исполнять этот код, но в случае, если возникнет необходимость портировать код на другую платформу, необходимо правильно подобрать процессорную архитектуру и системные ресурсы.

IP-камеры, поддерживающие стандарт ONVIF, при функционировании в локальной сети подключаются к специальной мультикастовой группе с адресом 239.255.255.250. Существует протокол WS-Discovery, который позволяет автоматизировать поиск устройств в локальной сети.

В графическом интерфейсе контроллера умного дома реализована функция поиска IP-камер на языке PHP, который очень удобен при взаимодействии с веб-сервисами посредством XML-сообщений. При выборе пунктов меню Устройства > IP-камеры > Сканирование запускается алгоритм поиска IP-камер, выводящий результат в виде таблицы:

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

При добавлении камеры в контроллер можно указать настройки, в соответствии с которыми она будет взаимодействовать с облаком. Также на этом этапе ей автоматически присваивается уникальный идентификатор устройства, по которому ее в дальнейшем можно будет легко иденифицировать внутри облака.

Далее формируется сообщение в формате JSON, содержащее все параметры добавляемой камеры, и отправляется в серверный процесс контроллера умного дома через команду RESTful API, где параметры камеры декодируются и сохраняются во внутренней БД SQLite, а также используются для запуска следующих потоков обработки:

Для установления соединения с камерами, транскодирования, обработки и записи видеопотоков в серверном процессе используются функции из библиотеки FFmpeg 4.1.0.

В эксперименте на тестирование производительности к контроллеру были подключены 3 камеры:

Все три потока одновременно выводились в облако, транскодирование звука осуществлялось только с одной камеры, запись локального архива была отключена. Загрузка CPU составила примерно 5%, использование RAM — 32 МБ (на процесс), 56 МБ (всего вместе с ОС).

Таким образом, к контроллеру умного дома можно подключить примерно 20 — 30 камер (в зависимости от разрешения и битрейта), что достаточно для системы видеонаблюдения трехэтажного коттеджа или небольшого склада. В задачах, где требуется большая производительность, можно использовать неттоп с многоядерным процессором Intel и ОС Linux Debian Sarge. В настоящее время контроллер проходит опытную эксплуатацию, и данные о производительности его работы будут уточняться.

Взаимодействие с облаком

Облачный умный дом хранит пользовательские данные (видео и измерения датчиков) в облаке. Более подробно архитектура облачного хранилища будет рассмотрена в следующей статье нашего цикла. Сейчас поговорим об интерфейсе передачи информационных сообщений от контроллера умного дома в облако.

Состояния подключенных устройств и измерения датчиков передаются по протоколу MQTT, который часто применяется в проектах Интернета Вещей из-за простоты и энергоэффективности. MQTT использует клиент-серверную модель, когда клиенты подписываются на определенные топики внутри брокера и публикуют свои сообщения. Брокер рассылает сообщения всем подписчикам по правилам, определяемым уровнем QoS (Quality of Service):

Для передачи сообщений о состоянии контроллера умного дома используется механизм сохраненных сообщений retained messages протокола MQTT. Это позволяет правильно отслеживать моменты переподключений при сбоях электропитания.

MQTT-клиент был разработан на основе реализации библиотеки Eclipse Paho на языке С++.

Медиапотоки H.264 + AAC отправляются в облако по протоколу RTMP, где за их обработку и хранение отвечает кластер медиасерверов. Для оптимального распределения нагрузки в кластере и выбора наименее загруженного медиасервера контроллер умного дома делает предварительный запрос к облачному балансировщику нагрузки и только после этого отправляет медиапоток.

Заключение

В статье была рассмотрена одна конкретная реализация контроллера умного дома на базе микрокомпьютера Raspberry Pi 3 B+, который умеет получать, обрабатывать информацию и управлять оборудованием по протоколу Z-Wave, взаимодействовать с IP-камерами по протоколу ONVIF, а также обменивается данными и командами с облачным сервисом по протоколам MQTT и RTMP. Разработан движок продукционной логики на основе сопоставления логических правил и фактов, представленных в JSON формате.

Сейчас контроллер умного дома проходит опытную эксплуатацию на нескольких объектах в Москве и Подмосковье.

В следующей версии контроллера планируется подключение устройств других типов (RF, Bluetooth, WiFi, проводные). Для удобства пользователей процедура подключения датчиков и IP-камер будет перенесена в мобильное приложение. Также есть идеи по оптимизации кода серверного процесса и портировании программного обеспечения на операционную систему OpenWrt. Это позволит сэкономить на отдельном контроллере и перенести функционал умного дома в обычный бытовой роутер.

Источник