Veliké rozšíření možností centrální jednotky pomocí využití protokolů Z-Wave a ZigBee

Centrální jednotka zvládá komunikaci nejen se zařízeními a senzory připojenými přes wifi/ethernet, ale také přes (v dnešní době více a více rozšířené) protokoly Z-wave a Zigbee.

Na základě přání zákazníků jsem začal hledat senzory a zařízení, která jsou energeticky nenáročná - například v případě teplotních čidel fungování na baterii alespoň jeden rok.

ZigBee sensor teploty a vlhkosti Xiaomi - rozměr je 3,5cm x 3,5cm x 1cm

Obě technologie, které jsem začal využívat a integrovat do centrální jednotky mají hodně společného:

• velmi malá spotřeba energie tudíž i nízké náklady na provoz
• bezdrátová komunikace mezi zařízeními je spolehlivá a bezpečná
• vzájemná spolupráce mezi výrobky mnoha různých značek
• ovládat lze na dálku pomocí připojení na internet, ale i přímo z domova
• snadná instalace a integrace do systému centrální jednotky ChytreNaDomacnost.cz
• možnost propojit velké množství zařízení
• velké množství dostupných zařízení
• nízké pořizovací náklady

Z-Wave zásuvka firmy Fibaro s měřením spotřeby energie

Jaká zařízení lze obsluhovat?

Protokol Z-Wave i ZigBee využívají:

• termostaty
• čidla (teplota, vlhkost, intenzita světla, CO2),
• senzory pohybu
• alarmy
• osvětlení
• klimatizace
• vzduchotechnika
• měřiče spotřeby energie
• IP kamery
• zámky na dveře
• elektrické zásuvky
• ovladače audio/video techniky 
• moduly pro ovládání žaluzií, rolet a garážových vrat
• multifunkční tlačítka
• a další

radiátorová hlavice Z-Wave firmy Fibaro

Jak funguje bezdrátové spojení?

Z-Wave:

V Evropě využívá bezdrátový přenos na frekvenci 868,42 MHz. Je proto rezistentní vůči rušení od WiFi na frekvencích 2,4 i 5 GHz, stejně jako mikrovlnek a dalších zařízení. Běžný dosah řídící jednotky je 100 metrů ve venkovním prostoru a 50 m uvnitř budovy. Jelikož je však využívána topologie sítě typu Mesh, jednotlivá zařízení si předávají signál také mezi sebou a tím efektivně dosah navyšují – čím více máte zařízení, tím větší máte dosah.

Z hlediska dopadů na lidský organismus je důležité také minimální vyzařování. Produkty Z-Wave mají 4000× nižší vyzařování ve srovnání s mobilními telefony.

ZigBee:

Pracuje v bezlicenčních pásmech (generální povolení) přibližně 868 MHz, 902–928 MHz a 2,4 GHz. Přenosová rychlost činí 20, 40, 250 kbit/s.  Na malé vzdálenosti do 75 metrů.

V současné době se na vývoji a rozvoji tohoto standardu podílí více než šedesát firem a mezi nimi jsou i přední světové firmy z oboru automatizace (Honeywell, Motorola, Philips, Samsung, Omron, ABB, Siemens). ZigBee je navržen jako jednoduchá a flexibilní technologie pro tvorbu i rozsáhlejších bezdrátových sítí u nichž není požadován přenos velkého objemu dat a také využívá topologii sítě typu Mesh.

princip Mesh topologie ZigBee/Z-Wave

Komunikace zařízení ZigBee a Z-Wave s Centrální jednotkou

Každý z protokolů komunikuje přes vlastní kontroler, který je připojen do Centrální jednotky  USB portem nebo GPIO sběrnicí. Dále je integrace do celého systému provedena protokolem MQTT.
Tím je zabezpečeno, že jakékoliv zařízení může ovládat/využívat zařízení jiné.

Příkladem může být teplotní čidlo Xiaomi (ZigBee) umístěné v pracovně. Naměřenou teplotu sdílí s celým systémem a můžeme nadefinovat podmínku, že pokud zde klesne teplota např. pod 18°C odešle se informace do bezdrátové hlavice radiátoru (Z-Wave) a ta radiátor otevře a začne se v místnosti topit. Po dosažení teploty 20°C obdrží hlavice informaci, že má přestat topit.

Využití bezdrátových zásuvek (např. Fibaro nebo CoolCam - Z.Wave) lze využít buď k zapínání/vypínání v určitý čas, nebo na základě nějaké události/hodnoty z čidel, případně vzdáleným zapnutím/vypnutím. Přidanou hodnotou je měření aktuálního/celkového příkonu, proudu a napětí zařízení, které je do zásuvky připojeno.

V článku o měření energií jsem zmiňoval možnost využít naměřené hodnoty vodoměru/plynoměru k vyhodnocení případné havarie. K zamezení větších škod je možné do celého systému integrovat "zavírač ventilů", který využívá právě technologii Z-Wave.

Smarthome Zavírač ventilů voda/plyn Z-Wave Plus

Velkou výhodou ZigBee a Z-Wave zařízení oproti wifi je velmi nízká spotřeba čidel. Baterie v teplotních čidlech nebo různých senzorech vydrží 1-2 roky.

IKEA nebo Philips žárovky komunikují také na protokolu ZigBee a lze je plně integrovat - je možné řízení intenzity/barevnosti světla. Například IKEA ohlásila na první polovinu roku 2019 představení žaluzií, které budou ovládatelné protokolem ZigBee.