Building automation con Titino ed Arduino

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1 Building automation con Titino ed Arduino Il progetto Titino nasce dopo una prima analisi delle soluzioni di building automation già esistenti e consolidate sul mercato, che hanno le seguenti criticità: elevato prezzo dei materiali, scarsa espandibilità verso altri componenti non direttamente supportati e uno standard di tecnologia consolidato. Da qui si è scelto di cercare la soluzione a questi due aspetti. La scelta dell hardware di controllo ed automazione è ricaduta sulla piattaforma Arduino, che ha i seguenti punti di forza: basso costo, semplicità nella programmazione fiorente comunità che vi ruota intorno (senza trascurare il fatto che si tratta di un progetto tutto Italiano di cui parleremo in seguito); Semplicità nel montaggio, considerato che per le prese, i punti luce ed i pulsanti a muro si può mantenere quanto già presente in loco, con piccoli adattamenti nel cablaggio, in quanto possono essere utilizzati modelli provenienti da qualsiasi serie commerciale per impianti domestici, senza la necessità di un nuovo acquisto di materiale ad hoc. Una installazione Titino.Eu prevede l impiego di uno o più nodi di controllo ed automazione (formati da un kit di Titino+ Arduino) denominati titino-point, a

2 seconda delle dimensioni e della disposizione dell impianto elettrico eventualmente esistente, e di un pc-micro pc-server, collegati tra loro tramite una comune rete RS-485. Ai nodi (o points) domotici vengono collegati i pulsanti dell impianto, che saranno l interfaccia principale utilizzata in casa, e una serie di relé che comandano le utenze (prese o luci). Uno dei punti chiave del progetto è la decentralizzazione della logica non solo di gestione ma anche di programmazione delle schede in, che porta i seguenti benefici che tutti gli altri sistemi ad oggi non hanno: Semplicità nell installazione degli apparati domotici. Tale sistema può essere installato da un elettricista professionista, senza la necessità di conoscenze spinte di elettronica ed informatica, in quanto la programmazione degli apparati e dei relativi attuatori di comando e di controllo ad essi associati potrà avvenire in remoto. Ovviamente dovranno essere rispettati i semplici schemi di montaggio basati su 2-4 fili per attuatore/controllore. Maggiore semplicità nell individuazione dei malfunzionamenti e relativo intervento mirato. La gestione dei titino-point remotizzata permette di isolare il malfunzionamento di una parte del sistema e di evitare che lo stesso non infici il funzionamento del resto dell impianto. Per ottenere questo risultato, è necessario che, in ogni titino-points, venga programmato in remoto (rispetto ad altri sistemi domotici), una logica di base locale che gli consente di gestire autonomamente ciò che ad esso è direttamente collegato, anche qualora il nodo venga isolato dagli altri o il server non sia raggiungibile, eliminando, di fatto, il single point of failure tipico dei sistemi domotici con logica centralizzata all interno del pannello di controllo. Possibilità di poter collegare a tali controllori una vastissima gamma di attuatori e sensori attualmente in commercio, a basso costo, senza la necessità di dover ricostruire gli impianti elettrici esistenti. Tale sistema può essere sovrapposto appunto ad impianti elettrici tradizionali, con la possibilità di gestire gli stessi in maniera sia tradizionale, che domotizzata. Possibilità di funzionamento anche in assenza di tensione a 220VAC. L intero impianto domotico è alimentato con una tensione tra 5 e 12 V DC. Questo significa che l impianto può essere alimentato da batterie tampone (esempio quello

3 dell impianto di allarme) e pertanto tutte le funzionalità dei Titino points, degli attuatori e controllori sono sempre garantire. Inoltre si stanno sperimentando nuovi micro-pc adibiti come server (Raspberry-PI) che sono anch essi alimentati con tensione a 5 VDC ed a bassissimo consumo, che hanno la possibilità memorizzare le informazioni provenienti dalla rete domotica. Ridottissime dimensioni del Titino Point, che può essere tranquillamente posta all interno delle cassette elettriche. Lo standard convenzionali a 220 V AC. è totalmente compatibile con gli impianti elettrici Schema a blocchi di un titino-point Il cuore del nodo è proprio un sistema di interfaccia di comunicazione/programmazione chiamato Titino, interfacciato al famosissimo controllore Arduino (Uno/Duemilanove) che incorpora il microprocessore ATmel ATMega328. Tale microprocessore viene programmato con l apposito firmware Titino.eu che mette a disposizione, secondo la configurazione effettuata sulla EEPROM (integrata nella CPU), le operazioni basilari da svolgere al verificarsi di un evento locale (es. pressione di un pulsante). Ogni Titino point può gestire fino a 16 attuatori/controllori contemporaneamente Tali schede sono collegate tra loro attraverso una rete seriale basata sullo standard, che consente al singolo nodo di essere controllato da un altro nodo o dal server (anch esso collegato in ed in rete ethernet attraverso una normalissima connessione di rete via cavo o wi-fi), ma anche di controllare un altro nodo remoto qualora la configurazione lo preveda.

4 La gestione della Rete dei Titino-Points Il bus mette in comunicazione i vari elementi di gestione dell impianto per garantirne il funzionamento anche nel caso di un black-out elettrico in cui il network Ethernet non sarebbe disponibile, in quanto gli apparati di rete sarebbero spenti. Al contrario, il bus RS485, essendo gestito direttamente dalle schede Arduino connesse ad un alimentatore con batteria tampone, può continuare a funzionare. Tale bus può anche essere utilizzato per veicolare i dati da altre apparecchiature (es. stazioni meteo, sensori ambientali, etc.). La gestione dei Titino-points, avviene attraverso un server WEB INTRANET quindi situato all interno dell edificio e non gestito da operatori esterni di informatica (si stanno effettuando sviluppi su micro server quali e ). Lo stesso è connesso alla linea ADSL ed è accessibile, con i vincoli e le dovute protezioni di accesso settate, attraverso un portale web intranet (che si trova sempre sul server), aprendo la possibilità di gestire tutte funzionalità dell edificio attraverso pagine web. L interrogazione del building web può avvenire quindi attraverso PC, tablet, smartphone con la possibilità di costruire app dedicate che puntano a tale server. Il controllo remoto dell impianto domotico, gestito dai client mediante l interfaccia Web, mette a disposizione numerose funzioni di gestione delle singole utenze, ma anche funzionalità più complesse come: scenari d uso degli ambienti, monitoraggio dei consumi e dei dati ambientali, gestione dei profili di climatizzazione, programmi di irrigazione, interazione con l impianto di allarme gestione dei profili e sistemi di accesso, tutte le possibili gestioni remotizzate, etc.

5 Il Web Server utilizza il DBMS per recuperare i dati di configurazione e di stato attuale del sistema per costruire l interfaccia da visualizzare sul client. L utente, attraverso i controlli dell interfaccia, impartisce i comandi da eseguire al Web Server che si occupa di tradurli, attraverso i dati di configurazione presenti sul DBMS, ed inviarli al nodo di competenza. Il nodo, ricevuto un comando dal network, a sua volta lo interpreta e lo esegue variando lo stato di una o più utenze. Ad ogni cambiamento di stato di un utenza, sia attraverso comando remoto che locale (pressione di un pulsante), il nodo invia un messaggio al server (servizio Listener) che si occupa di registrare la variazione sul DBMS. In questo modo il dato registrato è sempre allineato con la stato reale dell impianto consentendo quindi, anche a tutti i client connessi in quel momento, di visualizzare la situazione sempre aggiornata. La gamma di attuatori e controllori Come detto nella parte introduttiva è presente in commercio una vastissima gamma di controllori e attuatori, compatibili con Titino Point: Controllori: Sensori di temperatura ed umidità Sensori di luce Sensori rilevamento atmosferico (pioggia, pressione, etc)

6 Sensore di presenza Sensori di fumi e gas Pulsante e touch sensor Atri rilevatori e Telecamere Attuatori Micro Servo e Servo Relay

7 Mosfet Led Piattaforme utilizzate Titino ha selezionato il frame work ( quale base per la realizzazione dei propri sistemi di automazione perché specificatamente progettato per la realizzazione di sistemi domotici distribuiti serverless basati su architettura ARM (Arduino). Si tratta di un progetto open-source, che garantisce quindi la massima trasparenza e controllo sul prodotto, progettato e realizzato da un team italiano ed attivamente supportato dal team di progetto e da una community ormai a livello internazionale. Il frame work contiene pre-programmate tutte le logiche di building automation (gestione di carichi semplici e con timer, gestione tapparelle, gestione led bianchi ed rgb, controlli di presenza, digital and analog data acquisition, ecc.) ed è basato su nodi indipendenti che comunicano fra loro, realizzando una rete complessa di automazione, tramite qualsiasi media (485, eth, wifi, low power rf, ecc.) utilizzando un protocollo ottimizzato ed efficiente che richiede una ridottissima larghezza di banda.

8 La rete di automazione può essere totalmente controllata tramite l applicazione Android il cui supporto è già presente nel frame work e non richiede alcuna attività ne di sviluppo ne di configurazione perché supportata da logiche plug&play. Tramite la App è possibile verificare lo stato della rete (es: lo stato acceso/spento delle luci, lo stato aperto/chiuso delle finestre, la temperature ed in genere ogni misura rilevata dai sensori). Inoltre è disponibile un plugin per la connessione della rete souliss con il famoso software di automazione domotica ( che può essere installato sia su mini-pc che su micro server rasperry pi che permette di realizzare interfacce web e mobili molto sofisticate, dashboard di monitoraggio, storicizzazione dei dati con grafici di analisi, regole per automazione e scenari complessi.