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1 Home Automation in ottica Do It Yoursefl soluzioni Open Source e Low Cost Tesina per corso di Sistemi a MicroProcessore di Silvio Vallorani Docente: Chiar.mo Professor Bruno Riccò 23 ottobre 2013 Università degli Studi di Bologna, Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea Magistrale in Sistemi Elettronici per l Elaborazione dell Informazione

2 Indice 1 Introduzione 1 2 La Domotica oggi Principali tecnologie presenti sul mercato Spazio per soluzioni Do It Yourself Piattaforme Open Arduino BeagleBoard e BeagleBone Raspberry Pi DIY: Esempi di progetti esistenti ArduDome OpenSprinkler Pi Ninja Blocks Conclusioni 24 A Ultime novità 25 ii

3 Capitolo 1 Introduzione La Domotica, dall unione delle parole domus e robotica, è la scienza interdisciplinare che si occupa dello studio delle tecnologie atte a migliorare la qualità della vita nella casa e più in generale negli ambienti antropizzati. Nata allo scopo di studiare, trovare strumenti e strategie - per migliorare la qualità della vita; migliorare la sicurezza; semplificare la progettazione, l installazione, la manutenzione e l utilizzo della tecnologia; ridurre i costi di gestione; convertire i vecchi ambienti e i vecchi impianti - la Domotica richiede l apporto di molte tecnologie e professionalità e svolge un ruolo importante nel rendere intelligenti apparecchiature, impianti e sistemi. Figura 1.1: Caratteristiche della Domotica Si parla quindi di Casa Intelligente o Home Automation indicando un ambiente domestico - opportunamente progettato e tecnologicamente attrezzato - il quale mette a disposizione dell utente impianti che permettono di 1

4 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 2 espandere le caratteristiche funzionali tradizionali, dove apparecchiature e sistemi sono in grado di eseguire azioni in parziale autonomia (secondo reazioni a parametri ambientali di natura fissa e prestabilita) o programmate dall utente o, recentemente, in completa autonomia (secondo reazioni a parametri ambientali dirette da programmi dinamici che cioè si creano o si migliorano in autoapprendimento). Figura 1.2: Un possibile schema concettuale di Home Automation La casa intelligente può essere controllata dall utilizzatore tramite opportune interfacce utente (come pulsanti, telecomando, touch screen, tastiere, riconoscimento vocale, etc.), che stabiliscono il contatto (invio di comandi e ricezione informazioni) con il sistema intelligente di controllo, basato su un unità di elaborazione centrale oppure su un sistema distribuito. I diversi elementi del sistema sono connessi tra di loro e con il sistema di controllo tramite vari tipi di interconnessione (ad esempio rete locale, onde convogliate, onde radio, bus dedicato, etc.). Il sistema di controllo centralizzato, oppure l insieme delle periferiche in un sistema ad intelligenza distribuita, provvede a svolgere i comandi impartiti dall utente (ad esempio accensione luce cucina oppure apertura tapparella sala), a monitorare continuamente i parametri ambientali (come allagamento oppure presenza di gas), a gestire in maniera autonoma alcune regolazioni (ad esempio temperatura) e a generare eventuali segnalazioni all utente o ai servizi di teleassistenza. I sistemi di automazione sono di solito predisposti affinché ogniqualvolta venga azionato un comando, all utente ne giunga comunicazione attraverso un segnale visivo di avviso/conferma dell operazione effettuata (ad esempio LED colorati negli interruttori, cambiamenti nella grafica del touch screen) oppure, nei casi di sistemi per disabili, con altri tipi di segnalazione (ad esempio sonora). Un sistema domotico si completa, di solito, attraverso uno o più strumenti di comunicazione con il mondo esterno (ad esempio invio di messaggi tele-

5 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 3 fonici preregistrati, SMS, generazione automatica di pagine web o ) per permetterne il controllo e la visualizzazione dello stato anche da remoto. Dispositivi di questo tipo, chiamati gateway o residential gateway svolgono la funzione di avanzati router permettendo la connessione di tutta la rete domestica al mondo esterno. Ad un livello superiore si parla di Automazione degli Edifici o Building Automation. L edificio intelligente, con il supporto delle nuove tecnologie, permette la gestione coordinata, integrata e computerizzata degli impianti tecnologici (climatizzazione, distribuzione acqua, gas ed energia, impianti di sicurezza), delle reti informatiche e delle reti di comunicazione, allo scopo di migliorare la flessibilità di gestione, il comfort, la sicurezza e per migliorare la vivibilità dell ambiente lavorativo o abitativo all interno degli edifici. Figura 1.3: Principio del Building Automation A differenza della Home Automation, settore in fase di piena espansione, la Building Automation è già consolidata da diversi anni, anche per questo è opinione diffusa che prodotti di questo settore, adattati su scala ridotta, possano essere applicati nella Domotica. L automazione degli edifici è giustamente considerata di livello superiore rispetto alla Domotica, per questo, oltre che alla tipica applicazione in ambienti commerciali e industriali, la prima può essere vista come centralizzazione condominiale di diversi apparati del secondo tipo. In questo tipo di scenario, il punto di forza della Building Automation risiede nel fatto che in un condominio è necessario fornire tutta una serie di servizi (per esempio distribuzione acqua, gas, energia elettrica, segnale televisivo/satellitare,

6 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 4 riscaldamento, etc.) agli ambienti contenuti (per esempio appartamenti o uffici) e così questi impianti beneficiano - dal punto di vista del costo - del fatto di essere comunitari, ovvero il costo ripartito su ogni utente è irrisorio se comparato al beneficio. Per questo è sempre più frequente sentir parlare di servizi che da tipicamente personali diventano offerti in comunione come il condizionamento dell ambiente, dell acqua potabile, l antintrusione, la videosorveglianza, la connessione internet etc. Al livello inferiore - la Domotica - deve poi ri-distribuire tali servizi alle unità abitative nonché offrire eventuali sotto servizi alle varie stanze. Si capisce dunque come questo settore offra incredibili opportunità per grandi e medie aziende: la maggior parte delle grandi produttrici di materiale elettrico ha in catalogo prodotti per il Building Automation e ci sono anche aziende nate proprio per investire in questa area. Uno dei problemi principali, nell ottica della Domotica, è la possibiltà di introdurre un elemento nel sistema preesistente potendolo scegliere in base ad esigenze personali e senza vincoli di interoperabilità. In altre parole manca uno standard ufficiale che metta in accordo tutte le aziende garantendo al consumatore la funzionalità del prodotto, qualsiasi sia l impianto installato nella propria abitazione. Nessuna azienda già leader nel mercato ha interesse a mettere da parte le proprietà intellettuali o rischiare di rendere obsoleta parte del proprio catalogo per adeguarsi ad un eventuale protocollo di comunicazione standard, ragione per cui tutte lottano per affermare quello internamente adottato come standard definitivo col risultato di un rallentamento de facto nella diffusione in ambiente domestico di questi apparati.

7 Capitolo 2 La Domotica oggi Di Domotica ed Home Automation si parla ormai da oltre 20 anni e le aziende affermatesi in questo settore continuano ad alimentarne il fervore pubbicizzando sempre più il concetto di Smart House unito a quello dell Internet Of Things. L ingresso nella società, ma ormai anche nella cultura, dell elettronica pervasiva e della connettività ovunque ne favorisce l espansione e cresce con essa il desiderio di rendere Smart tutto ciò che ci circonda in quanto visto come sinonimo di eccellenza. Superata tuttavia l eccitazione derivante da campagne pubblicitarie (a volte di discutibile etica) mirate ad accendere l idea che queste innovazioni sono oramai indispensabili, resta il concetto interessante, innovativo e verosimilmente utile. 2.1 Principali tecnologie presenti sul mercato Enorme è la mole di possibili scelte cui l acquirente può indirizzarsi e nelle quali rischia di trovarsi totalmente smarrito. Principale causa di questa ambiguità è senza dubbio la mancanza di un unico standard cui tutti i produttori si uniformino. In Tabella 2.1 sono elencati alcuni dei principali attori del mercato. Tecnologia INSTEON Z-Wave X10 Canale Trasmissivo Radio + Onde Convogliate Radio Onde Convogliate Tabella 2.1: Principali Tecnologie Al primo posto abbiamo INSTEON che combina nel proprio ed omonimo 5

8 CAPITOLO 2. LA DOMOTICA OGGI 6 protocollo di comunicazione sia la radio diffusione che la tecnica ad onde convogliate; l uso combinato dei due mezzi permette lo scambio di informazioni simulcast per una migliore affidabilità del sistema. L azienda vanta un enorme catalogo di dispositivi in commercio con un ampio ventaglio di opzioni, alcune anche piuttosto economiche. Le reti realizzate con questa tecnologia sono ad intelligenza distribuita non ponendo un limite teorico all espandibilità. Pecca di INSTEON è la sua chiusura: per garantire interoperabilità con prodotti di altri brand è necessario un apparato intermediario fra le due reti distinte. Una tecnologia molto diffusa è la Z-Wave; messa a punto dalla collaborazione di diverse aziende - fondatrici della Z-Wave Alliance - utilizza per la comunicazione solo le onde radio. Il vantaggio di questa tecnologia è che chiunque può realizzare un prodotto compatibile e chiederne la certificazione alla alliance, permettendo l entrata nel mercato anche a piccole e medie aziende. Una caratteristica limitante è invece la necessità di un nucleo centrale di controllo che deve avere al suo interno la lista di tutti i nodi della rete, essendo la comunizione gestita ad instradamento dei pacchetti; questo pone inoltre un limite alla dimensione della rete stessa. Di notevole importanza è anche la X10, decisamente datata rispetto alle altre ha avuto un ruolo da pioniera nel settore. Sfrutta la tecnica delle onde convogliate, che richiede filtri ed accoppiatori di fase, ed un protocollo di comunicazione semplice ma piuttosto lento. Gli enormi vantaggi sono la natura totalmente aperta della tecnologia ed il costo molto molto ridotto, tuttavia la scarsa banda disponibile la rende decisamente obsoleta per le esigenze odierne oltre a diversi problemi intrinsechi nell interfacciamento alla rete elettrica che richiedono soluzioni più o meno eleganti. La serie di aspetti negativi cui è soggetta la X10 ha fatto sì che il brand originale di fatto non esista più, ma l enorme diffusione tuttora presente, sopratutto negli Stati Uniti, di prodotti compatibili richiedono quantomeno di saperne l esistenza. L universo delle possibili tecnologie adottabili per l Home Automation è tutt altro che esaurito: ad affiancare i principali attori del mercato c è una costellazione di altre tecnologie più o meno diffuse ed adottate. Un elenco non esaustivo è riportato in Tabella 2.2. Impianti che fanno uso di cablaggio autonomo sono relativamente economici di per se, ma richiedono costi aggiuntivi per la realizzazione fisica del cablaggio: realizzazione delle tracce nei muri, posa dei cavi e costo degli stessi. La comunicazione tramite segnale InfraRosso non ha i costi aggiuntivi del cablaggio, ma pone un enorme limite: il nodo trasmittente e il nodo ricevente devono essere visibili l un l altro. La tecnologia UPB (Universal Powerline Bus) nasce come evoluzione della

9 CAPITOLO 2. LA DOMOTICA OGGI 7 Tecnologia Cablato InfraRosso UPB WiFi ZigBee Canale Trasmissivo Cavi dedicati Ottico Onde Convogliate Radio Radio Tabella 2.2: Altre Tecnologie disponibili X10, ne eredita la tecnica ad Onde Convogliate e ne migliora le prestazioni a scapito di un maggiore costo dei dispositivi. Utilizzare lo standard WiFi, oramai presente nella stragrande maggioranza degli edifici, sopratutto in quelli in cui c è interesse ad integrare funzionalità Smart, potrebbe sembrare un ottima soluzione. Tuttavia questo protocollo è poco efficiente a livello energetico e trova spazio solo in reti in cui il numero di dispositivi presenti è molto ridotto. ZigBee è invece un protocollo radio aperto e a basso consumo, messo a punto dalla ZigBee Alliance e idoneo ad essere utilizzato in reti di controllo. La comunicazione avviene per instradamento dei pacchetti, ciò richiede (come per la Z-Wave, ma anche per la WiFi) un nodo centrale che funge da coordinatore, nel quale devono essere listati tutti i nodi presenti nella rete. Oltre al nodo centrale, sono previste altre due tipologie di dispositivo: FFD (full-function devices) che possono effettuare anche operazioni di routing, permettendo di coprire vaste aree e RFD (reduced-function devices) che sono semplici nodi funzionali. Come per la Z-Wave, è possibile far certificare i propri prodotti dalla ZigBee Alliance aprendo possibilità di mercato a nuovi attori. 2.2 Spazio per soluzioni Do It Yourself Come detto finora, l universo della Domotica è costellato di tecnologie, ognuna con i propri vantaggi e svantaggi, adottate da molteplici aziende che hanno scelto di far parte di questo mercato, mercato che ancora oggi stenta ad esplodere e nel quale i principali attori investono nella convinzione che di qui a poco si vivrà una nuova rivoluzione tecnologica. Contemporaneamente il mondo dell elettronica (e non solo) sta vivendo un altro tipo di rivoluzione: l Open Hardware. É ormai convenzione comune associare il concetto di Open al Software e alle varie licenze di distribuzione dello stesso, in realtà Open può essere esteso a praticamente tutto ciò che viene realizzato; in particolare si può parlare di Open Project nel senso più generale possibile.

10 CAPITOLO 2. LA DOMOTICA OGGI 8 Nel campo dell elettronica Embedded, il mondo Open sta risquotendo enorme successo. Sono nate e ormai consolidate diverse piattaforme Embedded Open, dove per Open si intende che tutta la parte progettuale della Piattaforma è assolutamente aperta. In realtà, in alcune di queste piattaforme insistono dei circuiti integrati i cui dettagli implementativi non sono resi noti dalle case produttrici e per i quali risulta dunque difficile realizzare driver/firmware privi di blob di codice proprietario (criptato o concesso in licenze chiuse) che siano altrettanto efficienti o che comunque sfruttino le elevate capacità di elaborazione per cui tale integrato è stato scelto. Piattaforme di questo genere, Open o Pseudo-Open che siano, sono accomunate dal fatto che si crea loro intorno una comunità di esperti o semplici appassionati che ogni giorno e da qualunque parte del Mondo contribuisce come può alla crescita del progetto. E chiaro dunque come questo tipo di sistemi siano perfetti candidati per sviluppare progetti di Domotica Fai Da Te o Do It Yourself. Il basso costo dell Hardware, la comunità che circonda il progetto sempre pronta a sostenere nello sviluppo ed il giusto equilibrio tra volontà e competenze sono gli ultimi ingredienti necessari.

11 Capitolo 3 Piattaforme Open In questo capitolo vengono presentate alcune Open Platform di particolare successo, ognuna delle quali presenta caratteristiche e peculiarità differenti dalle altre, e che sono state scelte in quanto candidate a diverse parti della rete domotica. Questo non vuole comunque essere un elenco esauriente né tantomeno un consiglio per gli acquisti: esistono una varietà di progetti aventi caratteristiche analoghe a quelli qui presentati. 3.1 Arduino Conosciuto in tutto il Mondo e di indiscusso successo è il progetto Arduino. Nasce nel 2005 in Italia all Interaction Design Institute di Ivrea dove il team di sviluppo decide di avviarlo con lo scopo di rendere disponibile ai propri studenti un sistema di prototipazione rapido più economico dei prodotti commerciali dell epoca. Ne risulta un progetto stabile, di facile utilizzo, e significativamente più economico degli equivalenti commerciali, tanto che, dopo averlo commercializzato, a Ottobre 2008 erano già stati venduti oltre esemplari in tutto il Mondo. Le informazioni e il progetto della scheda elettronica di Arduino sono aperti e distribuiti liberamente con licenza Creative Commons, si tratta quindi di Open Hardware che chiunque può adattare alle proprie esigenze e/o creare nuovi dispositivi Arduino compatibili. La parte Hardware di base consiste di un microcontrollore con pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e quando necessario un interfaccia USB che permette la comunicazione con il computer. All Hardware viene affiancato un IDE (Integrated Development Environment) multipiattaforma (per Linux, Apple Macintosh e Windows). Questo Software permette anche ai novizi di scrivere programmi con un linguaggio semplice e intuitivo derivato da C e C++ chiamato Wiring, corre- 9

12 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 10 dato da tutte le librerie necessarie per gestire le varie periferiche integrate. Anch esso è Open e distribuito con licenza GPLv2, quindi liberamente scaricabile e modificabile. Una delle versioni più diffuse di questa piattaforma è Arduino UNO di cui è possibile vedere una foto in Figura 3.1, il nome UNO deriva dal fatto che al momento della sua commercializzazione il team di sviluppo ha deciso che l IDE, ormai giunto a ragionevole maturazione, possa essere rilasciato alla sua versione v1.0. Figura 3.1: Foto della scheda Arduino UNO Le caratteristiche principali di Arduino UNO sono: Microcontrollore: ATmega328 Tensione di lavoro: 5V Tensione di Alimentazione (raccomandata): 7-12V Tensione di Alimentazione (limiti): 6-20V Pin di I/O Digitale: 14 (di cui 6 utilizzabili per PWM) Pin di Ingresso Analogico: 6 Corrente DC erogabile dai Pin di I/O: 40 ma Corrente DC erogabile dai Pin a 3.3V: 50 ma

13 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 11 Memoria Flash: 32 KB (ATmega328) di cui 0.5 KB sono occupati dal bootloader Memoria SRAM: 2 KB (ATmega328) Memoria EEPROM: 1 KB (ATmega328) Frequenza di Clock: 16 MHz Grazie alle sue caratteristiche, modeste ma complete, semplici ed Open, la piattaforma Arduino è particolarmente indicata a ricoprire il ruolo di enddevice in una eventuale rete di automazione della casa. Ci sono diverse soluzioni, denominate shield e comprendenti sensori, trasduttori e/o espansioni, realizzate per essere facilmente collegate impilandole al pin-out delle schede Arduino rendendo la prototipazione della rete piuttosto agevole. Tuttavia un nodo finale di una rete di controllo e automazione non necessita del pin-out completo di schede come Arduino UNO: in commercio ci sono decine di progetti Arduino compatibili ma ridotti all osso, che offrono le peculiarità di Arduino ma con pochi pin per connettere sensori e trasduttori così da ottenere schede dalle dimensioni molto molto ridotte, anche grandi come una moneta. Questo permette la realizzazione DIY di nodi di controllo piccoli e/o funzionali senza dover realizzare il progetto da zero, cosa che resta comunque possibile usando come punto di partenza le schede già esistenti in quanto progetti Open. Ulteriori informazioni su Arduino possono essere trovate sul sito ufficiale: 3.2 BeagleBoard e BeagleBone La BeagleBoard è un computer completo su singola scheda a basso consumo ed Open Hardware, prodotta da Texas Instruments in collaborazione con Digi-Key e Newark Element14. La BeagleBoard è stata progettata pensandola per lo sviluppo di Software Open Source oltre che per dimostrare le potenzialità del SystemOnChip TI OMAP3530. Il progetto nasce da un piccolo team di ingegneri allo scopo di realizzare una scheda educativa, proposta da Texas Instrument, utilizzabile in scuole ed università di tutto il Mondo per insegnare il concetto di Open Hardware e le potenzialità del Software Open Source. Viene comunque venduta anche a privati con la licenza Creative Commons Share-Alike. Introdotta nel 2008 alla sua prima versione, la BeagleBoard esiste oggi in due varianti particolarmente interessanti: BeagleBoard-xM e BeagleBone Black

14 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 12 rispettivamente riportate in Figura 3.2 A e B. Così come per Arduino, anche per le BeagleBoard e BeagleBone sono state realizzate delle espansioni impilabili che qui vengono chiamate Caps. Figura 3.2: Foto della scheda BeagleBoard-xM (A) e BeagleBone Black (B) Di seguito sono elencate le caratteristiche principali di queste due schede. BeagleBoard-xM: SoC: TI DM3730 CPU: 1 GHz ARM Cortex-A8 GPU: PowerVR SGX e DSP TMS320C64x+ RAM: 512 MB DDR2 Porte USB 2.0: 4 Uscite Video: DVI-D, S-Video Uscite Audio: jack stereo 3,5 mm Memorizzazione: Connettore MMC/SD Networking: 1 porta Ethernet 10/100

15 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 13 Periferiche di basso livello: McBSP, DSS, I2C, UART, LCD, McSPI, PWM, JTAG, Camera Interface BeagleBone Black: SoC: TI AM3359 CPU: 1 GHz ARM Cortex-A8 GPU: PowerVR SGX530 RAM: 512 MB DDR3 Porte USB 2.0: 2 Uscite Video: HDMI Uscite Audio: HDMI Memorizzazione: 2GB emmc on-board flash ad 8-bit Networking: 1 porta Ethernet 10/100 Periferiche di basso livello: 4x UART, 8x PWM, LCD, GPMC, MMC1, 2x SPI, 2x I2C, Convertitore A/D, 2xCAN Bus, 4 Timers Queste schede supportano nativamente diversi Sistemi Operativi Unix-Like come Fedora Core, Android (code named rowboat), Ubuntu, opensuse e Ångström, ma esiste supporto non ufficiale anche per FreeBSD, OpenBSD, QNX, MINIX 3 e Windows Embedded. La potenza di calcolo che offrono e la versatilità dei Sistemi Operativi supportati sono ottime caratteristiche che rendono queste piattaforme appetibili come Centrali di Controllo della rete Domotica DIY. Per approfondire basta visitare il sito: 3.3 Raspberry Pi Raspberry Pi è un altro esempio di computer completo su singola scheda delle dimensioni di una carta di credito, sviluppato nel Regno Unito dalla Raspberry Pi Foundation con l intenzione di promuovere l insegnamento dell informatica di base nelle scuole. L idea nasce nel 2006 quando Eben Upton, fondatore ed amministratore della fondazione, mette insieme un gruppo di lavoro composto da insegnanti, accademici ed appassionati di informatica allo scopo di realizzare un computer

16 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 14 che potesse essere fonte di ispirazione per i ragazzi. Inizialmente pensarono di basare il progetto sul microcontrollore Atmel ATmega644 per passare poi a versioni basate su architettura ARM; già da quelli con microcontrollare ATmega tutti gli schematici che si sono susseguiti sono stati messi liberamente a disposizione per il download, dando così una veste Open al Raspberry Pi. Il primo prototipo avente un core ARM è stato montato in un involucro delle dimensioni di una chiavetta USB ed aveva una porta USB ad una estremità ed una porta HDMI all altra. Nel 2011 il progetto giunge a due versioni finali, la A e la B, molto simili fra loro, entrambe della dimensione di una carta di credito ma con alcune caratteristiche migliori nelle B, di cui si può vedere una foto in Figura 3.3, con lo scopo di immetterle sul mercato al costo rispettivamente di 25$ e 35$. Per tutto il 2011 prosegue lo sviluppo di prototipi di test e debug, permettendo di arrivare alla produzione di massa senza difetti e di dimostrarne le effettive capacità, facendo girare la distribuzione Linux Debian, eseguendo Quake 3 a risoluzione di 1080px, riproducendo video MPEG-4 in Full HD attraverso la porta HDMI oltre che eseguendo vari benchmark. Alcuni pezzi delle prime versioni sono stati poi messi all asta su e-bay durante la prima settimana del 2012; uno di essi è stato acquistato anonimamente e donato al museo presente nel centro britannico del Computing History di Suffolk. Figura 3.3: Foto della scheda Raspberry Pi Rev. B Il buonissimo rapporto prezzo/prestazioni, la strategia di marketing pre produzione vincente e le caratteristiche Open del progetto ne hanno garantito un

17 CAPITOLO 3. PIATTAFORME OPEN 15 successo incredibile, tanto che a Settembre del 2012 sono già state vendute circa unità. Le caratteristiche del Raspberry Pi versione B sono: SoC: Broadcom BCM2835 (CPU, GPU, DSP, SDRAM, 1 porta USB) CPU: core ARM1176JZF-S che lavora a 700 MHz GPU: Broadcom VideoCore IV che lavora a 250 MHz OpenGL ES 2.0 (24 GFLOPS) decder ed encoder MPEG-2, VC-1 e h.264/mpeg-4 a 1080px e 30fps SDRAM: 512 MB (condivisa con la GPU) porte USB 2.0: 2 (grazie ad un hub integrato) Ingresso Video: un connettore di tipo CSI per modulo cam Uscite Video: RCA Composita, HDMI (con 14 risoluzioni possibili) e DSI per pannelli LCD Uscite Audio: jack stereo 3,5 mm, HDMI e I2S audio Memorizzazione: slot per schede SD/MMC/SDIO Networking: 1 adattatore 10/100 Ethernet-USB alla terza porta USB dell hub integrato Periferiche di basso livello: 8 x GPIO, UART, I2C bus, SPI bus con due chip selects Consumo: 700 ma (3.5 W) Alimentazione: 5 V tramite MicroUSB o connettore GPIO Il basso costo unito alle ottime prestazioni di Raspberry Pi lo candidano sia al ruolo di gestore e controllore per reti domotiche di piccole e medie dimensioni, sia di nodo della rete particolarmente evoluto (ad esempio di videosorveglianza). Sul sito possono essere recuperate tutte le ulteriori informazioni necessarie:

18 Capitolo 4 DIY: Esempi di progetti esistenti Quelli presentati nel capitolo precedente non esauriscono la lista di sistemi Single-Board, espandibili, Open Hardware e gestiti da comunità che prediligono Software/Firmware Open Source; tuttavia, date le caratteristiche soddisfacenti, i costi relativamente bassi e il grosso successo riscosso sono stati adottati per una molteplicità di progetti DIY. Alcuni di essi sono semplici weekend projects di appassionati che hanno dato vita alla propria idea per poi metterla a disposizione di tutti sul web chiudendone così lo sviluppo; altri, invece, realizzati da gruppi entusiasti e lungimiranti, hanno trovato investitori e sono sfociati in start-up. A seguire saranno presentati alcuni di questi esempi. 4.1 ArduDome ArduDome: Domotica Open Source con Arduino UNO + Raspberry Pi + PHP + JSON + jquery. Luca Soltoggio, un appassionato di elettronica che ha semplicemente scelto di rendere disponibili i propri progetti sul suo blog (http://arduinoelettronica.com) ha deciso di sviluppare ArduDome in quanto, come dice lui stesso: Cercavo su internet un sistema per controllare Arduino via web, il tutto però doveva essere estrememanete flessibile, semplice, adattabile ad uno smartphone ma soprattutto doveva avere una comunicazione bidirezionale e un refresh automatico. aggiunge poi: 16

19 CAPITOLO 4. DIY: ESEMPI DI PROGETTI ESISTENTI 17 L esigenza che avevo io in particolare era che se modificavo lo stato di una uscita non da remoto, ma localmente (tramite un pulsante per esempio), l interfaccia doveva presentarmi quasi in tempo reale tale modifica esattamente sul tasto di accensione o spegnimento dell interfaccia senza dover refreshare nulla. Non avendo trovato nulla che facesse al suo caso ha quindi deciso di realizzarlo autonomamente. Per rendere fattibili le caratteristiche desiderate ha scelto di utilizzare un lato server abbastanza completo, tale da poter servire pagine web dinamiche, programmate in PHP e JavaScript (AJAX) sfruttando la libreia jquery. Specificando che andrebbe bene un qualsiasi PC, ha deciso di utilizzare un Raspberry Pi per l implementazione del server che va collegato tramite porta USB ad Arduino UNO. L interfaccia web, ottimizzata per essere visualizzata su smartphone, si presenta come in Figura 4.1. Figura 4.1: Interfaccia Web di ArduDome Il funzionamento si divide in 3 parti funzionali: il codice eseguito da Arduino, lo script PHP del server e l interfaccia web. Il codice in esecuzione su Arduino è basato sulla capacità di ricevere un comando via seriale. Il protocollo scelto per questa comunicazione prevede comandi di 7 caratteri che devono iniziare con *CMD e terminare con /. Tra *CMD e /, va inserito il numero del pin sul quale si vuole agire seguito dall azione: V = value (read) legge il valore dell input analogico

20 CAPITOLO 4. DIY: ESEMPI DI PROGETTI ESISTENTI 18 S = status (read) legge lo stato dell uscita digitale H = high (write) porta il PIN digitale su ON L = low (write) porta il PIN digitale su OFF T = toggle (write) inverte il PIN digitale Lo script PHP fa da ponte tra l interfaccia web e Arduino tramite seriale (USB). Se lanciato senza parametri, restituisce una stringa JSON con lo stato delle uscite digitali e i valori delle porte analogiche. Se lanciato con il metodo GET, necessita di due parametri: pin (da P02 a P013) e cmd (0 o 1). Ad esempio, la richiesta invierà alla scheda Arduino il comando *CMD13H/ che porterà il PIN13 su HIGH. Infine, l interfaccia web, basata su HTML, jquery ed AJAX, chiama ogni 5 secondi lo script PHP ed aggiorna le pagine con i valori corretti letti da Arduino e quando si agisce sull interfaccia, ad esempio un bottone viene clickato, cambiando il valore o lo stato del relativo pin, l azione viene intercettata da AJAX che chiama di nuovo lo script PHP ma col metodo GET passandogli come parametri il pin da modificare e il valore da settare. Una semplicissima applicazione DIY, completa anche se piuttosto limitata, che mostra quante e quali possono essere le potenzialità dell Open Hardware e del Software Open Source nel settore della domotica usando Raspberry Pi in unione con Arduino UNO. Tutto il codice è reso disponibile tramite il blog (in hosting di GitHub), liberamente utilizzabile ed ampliabile da chiunque ne abbia bisogno. 4.2 OpenSprinkler Pi Un altro progetto, più evoluto del precedente, è OpenSprinkler Pi (OSPi). Un sistema avanzato di irrigazione inizialmente nato come sistema a se Arduino compatibile per mano di Ray, un hobbista che sul proprio sito (http://rayshobby.net) permette anche di acquistare le sue creazioni, e successivamente rielaborato da Ray stesso concependone una versione che sia un espansione del Raspberry Pi. Nel progetto di Ray tutto l Hardware è Open così come il Software in modo che chiunque possa realizzare autonomamente la propria scheda e farci girare il programma. Tra le caratteristiche di questo progetto c è anche qui il controllo remoto webbased, ciò richiede il server web con tutto il corredo di tecnologie che rendono

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