Zigbee для умного дома: чем полезен и как работает
Технология Smart Home становится всё более популярной. Дома стремительно «умнеют»: разнообразные датчики и исполнительные устройства позволяют следить за потреблением электроэнергии и протечками воды, дистанционно управлять освещением и работой бытовой техники, автоматизировать кондиционирование. Важную роль в этом играет сетевой беспроводной протокол Zigbee, благодаря которому отдельные элементы системы связываются между собой и работают сообща.
Преимущества перед Bluetooth
есть возможность ― напрямую, нет возможности ― в обход. Такой тип соединения называется ячеистым. Это, а также танец пчел, возвращающихся в улей с медом (этот танец в английском языке называют zigzag), и дало название технологии ― bee с английского переводится как «пчела». У протокола «Zigbee» есть и другие преимущества относительно Bluetooth, энергопотребление заметно ниже ― это очень важно, ведь батарейки в датчиках с поддержкой Zigbee можно не менять несколько лет.
Как строится умный дом с технологией Zigbee
Основа умного дома на «Зигби» ― устройство, которое называется «шлюз», или «хаб». Оно подключается к домашней сети Wi-Fi, а с ним соединяются все прочие элементы системы Smart Home. Из-за особенностей технологии на один шлюз можно подключить не более 32 устройств. По факту можно и больше, но такое соединение может оказаться недостаточно надежным. Поэтому для создания большой разветвленной сети, управляющей умным домом, понадобится несколько шлюзов.
Как и другие элементы системы «Умный дом» с Zigbee, шлюзы могут служить ретрансляторами сигналов, которые передаются внутри сети.
Многие производители выпускают шлюзы с дополнительными функциями. Такой девайс может использоваться в качестве LED-светильника, дверного звонка, будильника. В корпус может быть встроен датчик освещения. Шлюз подключается к обычной электросети 220 В.
Также в состав сети входят роутеры, или ретрансляторы, которые передают сигнал от конечных устройств на хаб или в обратном направлении. С их помощью можно увеличить покрытие сети. В этом качестве могут использоваться любые умные устройства «Зигби» с нулевой линией и стационарным питанием, например смарт-розетки или умные лампы. Умный выключатель без нулевой линии эту функцию выполнять не сможет.
Еще один важный элемент умного дома с Zigbee ― конечные устройства, которые порой называют спящими. Это различные датчики, например протечки, температуры или открытия дверей, беспроводные кнопки, выключатели, приводы для штор и прочие гаджеты, работающие на батарейках.
Они собирают данные, необходимые системе для работы, и при получении команды из центра управления выполняют какие-либо действия. Спящими их называют потому, что для экономии заряда батарейки они могут переводиться в спящий режим.
Такой умный дом может работать без подключения к интернету. Но в этом случае нельзя будет обновлять программное обеспечение, отправлять уведомления владельцу, который находится за пределами дома, и удаленно управлять устройствами.
Проблема нагрузки на сеть Wi-Fi
Роутер Wi-Fi не рассчитан на бесконечно увеличивающуюся нагрузку. Поэтому в работающем по технологии Zigbee умном доме к его беспроводной сети подключается только шлюз ― или несколько шлюзов, если это сравнительно большая система. Благодаря этому умный дом не мешает основным устройствам владельца подключаться к интернету, и можно общаться в социальных сетях, играть онлайн или смотреть видео.
Но есть другая проблема. И Wi-Fi, и Zigbee чаще всего работают на одной и той же частоте ― 2,4 ГГц. В данном случае различия между протоколами не имеют значения, важно то, что каналы перегружены информацией, которая по ним передается. Соединение становится менее стабильным. Как показывает практика, в первую очередь страдает умный дом, в то время как с доступом в интернет с компьютера, ноутбука или смартфона может не быть никаких сложностей.
Как понять, что каналы перегружены? Распространенный признак проблемы ― долгий отклик. Вы нажимаете на беспроводной выключатель, а лампочка зажигается или гаснет не сразу, а только через пару секунд.
Как улучшить соединение Zigbee
Во-первых, желательно размещать хаб подальше от роутера Wi-Fi, чтобы он не оказался в зоне максимально сильного сигнала.
Во-вторых, имеет смысл увеличить количество умных розеток в доме. Каждая из них служит ретранслятором сигнала Zigbee, поэтому сеть становится более стабильной.
Также важно уменьшить вероятность или вовсе исключить пересечение сигналов Zigbee и Wi-Fi.
Как правило, роутер, поддерживающий диапазон 2,4 ГГц, работает на трех каналах, которые не пересекаются между собой и обозначаются в настройках как 1,6 и 11. У Zigbee каналов больше, и по нумерации они не совпадают с теми, что использует роутер Wi-Fi.
Для начала отключите роутер. Если после этого устройства умного дома будут быстрее реагировать на команды, значит, вы движетесь в верном направлении. Осталось определить канал, на котором происходит пересечение.
Отключайте в настройках роутера каналы, оставляя только один из них, и следите, когда умный дом работает более стабильно и быстро. Вот так, опытным путем, можно выяснить, какие каналы желательно отключить. В идеале сложится ситуация, когда роутер Wi-Fi работает на одном канале, а устройства Zigbee ― на другом, и между собой они никак не пересекаются.
Какие датчики работают c Zigbee
Есть множество датчиков и исполнительных устройств, поддерживающих этот протокол. Особенной популярностью пользуются:
датчики движения ― обнаруживают движение в помещении, что позволяет автоматизировать управление освещением: датчик уловил движение ― информация ушла в центр управления, оттуда лампочкам пришла команда на включение;
датчики открытия ― устанавливаются на окнах и дверях, могут использоваться для управления освещением или в системах безопасности;
датчики, обнаруживающие дым, утечку воды или газа, ― необходимы для безопасности, отправляют уведомление владельцу дома, при протечке могут перекрывать подачу воды, если используются с приводом крана;
датчики температуры и влажности ― дают возможность автоматизировать работу кондиционера, увлажнителя воздуха, нагревательных приборов;
розетки ― позволяют удаленно включать и выключать подсоединенную технику, следят за потреблением электроэнергии;
умный свет ― различные лампы и светильники;
настенные выключатели ― дают возможность дистанционно управлять освещением;
приводы штор ― в автоматическом режиме открывают и закрывают шторы;
умные замки ― с их помощью можно открыть дверь не только ключом, но и паролем или прикосновением пальца.
Существуют и узкоспециализированные решения. Например, датчики разбития стекла или влажности почвы. Обычно датчики Zigbee отправляют информацию в центр управления, и ее можно изучить в приложении. Но у некоторых моделей есть встроенный экран, и вы можете сразу увидеть температуру или влажность воздуха.
Как подключить устройства
При создании умного дома необходимо иметь в виду, что устройства разных производителей могут не работать друг с другом. Идеальный вариант ― если система состоит из элементов одного бренда, иначе могут возникнуть проблемы с совместимостью. Многие компании предлагают базовые наборы умного дома, в состав которых входят центр управления и несколько наиболее востребованных датчиков. Постепенно такую систему можно расширять, добавляя в нее новые датчики и исполнительные устройства.
Обычно для управления умным домом, работающим по протоколу Zigbee, используется специальное приложение. Его можно установить на компьютер или ноутбук, смартфон или планшет. В нем настраивается шлюз, после чего можно добавлять все прочие устройства.
Особенности подключения зависят от конкретной программы. Как правило, в ее меню есть пункт «Добавить», в котором видны новые датчики и другие элементы системы. Всё, что требуется, ― это нажать на их изображение на экране, и связь с этими устройствами установится автоматически. Возможно, понадобится ввести логин и пароль для домашней сети Wi-Fi.
Устройствам можно давать имена. Они могут подключаться к разным шлюзам, если в доме их несколько. Их можно группировать по назначению или помещениям, в которых они располагаются. Как правило, приложение позволяет создавать сценарии, в которых участвует несколько устройств. Например, если срабатывает датчик открытия, установленный в прихожей, автоматически зажигается свет. Когда датчик движения обнаруживает, что в прихожей никого нет, свет гаснет. Это не только удобно, но и помогает экономить электроэнергию.
Многие приложения умеют показывать состояние сигнала Zigbee. Если он сравнительно слабый, можно добавить устройство, которое будет выполнять функцию ретранслятора.
Подведем итоги
Надеемся, что посвященный технологии Zigbee обзор был полезен. Этот беспроводной сетевой протокол хорошо подходит для создания умного дома по следующим причинам:
ячеистая структура сети позволяет передавать данные между устройствами по оптимальному маршруту;
можно расширять систему Smart Home, добавляя новые устройства;
энергопотребление Zigbee ниже, чем у Bluetooth или Wi-Fi, поэтому многие устройства способны функционировать от миниатюрной батарейки 1,5−2 года и даже больше.
Для более эффективной работы понадобится подключение к Wi-Fi, и возможны конфликты между шлюзом Zigbee и роутером Wi-Fi. Но они устраняются за счет изменения настроек.
