Контролируем окружающий мир с помощью беспроводных меток Wireless Sensor Tags

[victorborisov]

Беспроводные радиометки я эксплуатирую уже более двух лет и самое ценное в них - накопленная за это время статистика. Также за два года в ассортименте компании появились новые сенсоры, о которых я и хочу сейчас рассказать. А заодно поделиться данными о том, как изменяется температура воды в колодце в течение года и насколько сильно различается температура воздуха в Москве и ближайшем Подмосковье.

Этот сервис создали настоящие гики и он предоставляет практически безграничные возможности по дистанционному контролю температуры, влажности, освещенности и движения по радиоканалу без каких-либо проводов. А еще некоторые сенсоры могут работать автономно, даже вне зоны покрытия базовой станции.


2. Это базовая станция. У неё есть два входа: Mini USB для питания, и Ethernet RG45 для подключения к локальной сети с доступом в интернет. Фактически питание можно подать с USB порта роутера, не озадачиваясь дополнительным блоком питания. На лицевой панели несколько индикаторов и антенна. Базовая станция связывается с метками по радиоканалу, а максимальная дальность связи составляет 300-350 метров (то есть вы можете поставить одну базовую станцию с соседями, а каждому настроить отдельный доступ).


3. А вот так выглядит классическая радиометка. В этом корпусе выпускаются различные модификации с сенсорами температуры/влажности различной точности, а также бывают версии с акселерометром или памятью для возможности автономной работы.


4. Доступ к облачному сервису можно получить либо через сайт, либо через мобильное приложение для смартфона (поддерживается iOs и Android). Но максимальный функционал доступен именно на сайте (хотя некоторые вещи, например, установка аватарки для метки, возможна только через мобильное приложение). На скриншоте все датчики, которыми я пользуюсь. У меня две базовых станции (одна в квартире, другая на даче), а у радиометок есть возможность «роуминга» между ними. Как я уже упоминал ранее - этот сервис сделали настоящие гики и гибкость настройки параметров реально впечатляет. Порой не понимаешь зачем вообще эта опция может пригодиться в реальной жизни, но она есть и работает.


5. Абсолютно все метки умеют контролировать температуру/влажность и движение. То есть выполнять охранные функции с моментальным уведомлением. На фотографии метка установленная на возвратном воздуховоде теплового насоса, в том числе по ней я контролирую температуру воздуха на полу в холле загородного дома.


6. Еще существуют специальные влагозащищенные метки, но у меня таких нет, поэтому и на улице я пользуюсь обычными метками, которые защищены от осадков. На фото (под перилами балкона) можно увидеть метку, с помощью которой я снимаю показания температуры уличного воздуха в Москве.


7. Внутренности метки выглядят вот так. Питание обеспечивается самой популярной батарейкой в этом формате - CR2032 (если кто не знает, то первые 2 цифры в обозначении - диаметр в мм, а последние две - толщина в десятых долях миллиметра, то есть диаметр 20 мм, толщина 3,2 мм). Метка на одной батарейке реально способна проработать более года! Всё зависит от частоты передачи данных на базу (этот параметр можно изменить в настройках). Лучшие по соотношению цена/качество батарейки в данном размере можно купить в Икее.


8. Отдельная радиометка для контроля протечек или контроля уровня влажности грунта. Разработчики предполагают, что можно воткнуть метку в горшок с цветком и получать оперативную информацию о том, когда его пора поливать. На фотографии датчик протечки первого поколения с короткой ножкой (метку версии 2.0 можно увидеть на обложке). Рядом находится датчик протечки и кран от специализированной системы защиты от протечек Аквасторож. Их кардинальное различие в том, что Аквасторож в случае аварийной ситуации перекрывает воду, но не может дистанционно об этом уведомить. Это может сделать радиометка Wireless Tag, но она не может перекрыть воду. Хотя это можно реализовать с помощью сервиса IFTTT и управляемых реле, которые прекрасно интегрируются с сервисом радиометок. Вообще, интеграция с другими сервисами это тема для отдельной статьи.


9. Рядом со входом в загородный дом у меня установлена специализированная радиометка с датчиком движения. У неё совершенно иной корпус и используется батарейка другого формата, с более высокой емкостью. Также, именно этот сенсор является основным источником данных по уличной температуре в районе загородного дома.


10. Смотрите, какую ценную статистику я собрал с датчиков, которые измеряли температуру окружающего воздуха в городе (красный график) и на даче (синий график). Это общий скриншот почти за 2 года наблюдений (радиометрки в квартире я установил только в ноябре 2014 года). Здесь можно увидеть можно интересных моментов. В частности, очень хорошо видно, что летом 2015 года температура воздуха в Москве была гораздо выше, чем на даче (Наро-Фоминский район Московской области). Более того, здесь наглядно видно, что летом 2015 года ночная температура в +10 градусов была абсолютной нормой (я об этом неоднократно писал). А в 2016 году картина полностью противоположная - загородом было в среднем теплее, чем в городе (с поправкой на то, что в городе всё равно температура будет выше из-за огромного количества источников тепла). Что еще можно увидеть из этих графиков? То, что в Московской области можно очень эффективно использовать воздушный тепловой насос, как основной отопительный прибор в загородном доме.


11. Точно такой же датчик движения установлен в доме.


12. Внутри он выглядит вот так. Здесь используется литиевая батарея более редкого форм-фактора: CR2450. В России их обычно продают по не очень адекватной цене (порядка 150-200 рублей за штуку, но при должном упорстве можно найти магазины, где их продают по 50-70 рублей). Стоит понимать, что датчик движения в целом достаточно энергоёмкое устройство, поэтому время работы на одной батарейке напрямую зависит от использования или неиспользования датчика движения, а также от интервала, с которым будут передаваться данные на базовую станцию.


13. Вот смотрите. Разработчики, кажется, совсем психи. В облаке можно посмотреть не только температуру, влажность или частоту срабатывания датчика движения, но и то, как изменялось напряжение на батарее в сенсоре. Более того, у датчиков есть какой-то хитрый алгоритм калибровки температурных датчиков в зависимости от напряжения питания. К тому же, известный факт, что напряжение литиевых батарей снижается на морозе. Итак, ниже график напряжения батареи на метке, установленной на улице в городе. Можно видеть, что на одном заряде метка отработала почти 2 года! И первая замена батарейки была в августе этого года. Интервал передачи показаний на базу - 10 минут.


14. А вот график напряжения на сенсоре, установленном на улице на даче. Здесь я экспериментировал с дешевыми батарейками CR2450, а также стоит не забывать, что в среднем температура окружающего воздуха загородом значительно ниже, чем в городе. За тот же период я сменил 5 батареек. Но есть еще один важный нюанс! Интервал передачи показаний на базу был в 2 раза чаще - каждые 5 минут.


15. Еще один тип датчика, предназначенный для установки на открываемые двери или окна. Вообще, любая классическая квадратная радиометка имеет свой собственный акселерометр и также может выполнять охранные функции и передавать моментальное push-уведомление в случае изменения положения в пространстве (в том числе с указанием на какой угол она была сдвинута). Но, во-первых это не работает для подъемных ворот (вот разработчики заморочились-то), во-вторых, электромагнитный сенсор потребляет меньше энергии, чем акселерометр. На фотографии можно заметить след от двухстороннего скотча слева - там как раз сначала висела обычная квадратная радиометка, которую я заменил на специальную с отдельным магнитом.


16. В позапрошлом году я также придумал как использовать электромагнитный сенсор этой радиометки для того, чтобы считывать показания потребления энергии с импульсного вывода электросчетчика. Подробнее об этом можно прочитать здесь. Но стоит отметить еще один интересный момент. Эта метка имеет контакты для подключения внешнего температурного датчика DS18B20. Я купил на алиэкпресс такой датчик на пятиметровом проводе и установил его в колодце.


17. В итоге, ровно за год мне удалось собрать крайне любопытную статистику о том, как изменялась температура воды в течение года. Глубина колодца 5 метров. Датчик установлен на глубине 4 метра. На зиму колодец утепляется в уровень с землей. Обратите внимание, что минимум температуры воды был достигнут аж во второй половине апреля, а максимум - в октябре. Да, все данные из облака можно сохранить в формате CSV и дальше делать с ними что угодно и в чём угодно. В частности этот график я строил в Excel по причине того, что пятиметровый провод дает достаточно большие потери напряжения и батарейку в метке приходилось часто менять, а когда напряжение сильно проседало - датчик давал ошибочные данные (температуру +85 градусов). Удалить ошибочные данные непосредственно в облаке нельзя, поэтому я это сделал в Excel.


18. А это - метка с автономной памятью. Она предназначена для мониторинга температуры/влажности на объектах, которые не всегда находятся в зоне охвата базовой станции. Одну из меток я положил в салон автомобиля. Метка программируется пока находится в зоне действия базовой станции, а потом может работат полностью автономно. Она может сохранить порядка 5000 измерений, и если принять, что интервал измерений установлен на 10 минут, то памяти хватит для автономной работы более, чем на месяц. Как только метка окажется рядом (в радиусе 300 метров) с базой, она выгрузит в облако все накопленные данные. Причем, как я уже упоминал ранее, метки поддерживают «роуминг», поэтому в моем случае данные выгружаются не только когда я приезжаю на дачу, но и когда я паркуюсь около дома в городе.


19. Эта автономная метка также имеет датчик освещенности, который можно использовать в том числе, как датчик движения. А можно просто собирать статистику по освещенности на улице в течение года. Из графика можно сделать вывод о том, когда на автомобиле ездили (по изменению температуры в салоне), да и просто понаблюдать как нагревается или охлаждается салон в автомобиле, стоящем на улице.


20. Вот это базовая станция установленная в загородном доме. Дальность радиосвязи впечаляет. Сигнал уверенно пробивается не только через бетон, но и газобетон. У базовой станции есть небольшой объем памяти, поэтому в случае потери связи с интернетом она будет накапливать данные в себе и при появлении интернета выгрузит их в облако. Но это справедливо ровно до тех пор, пока сама базовая станция не будет обесточена.


21. А вот как выглядит мобильное приложение. Все это с моментальными push-уведомлениями и прочими настройками. Забыл еще сказать, что прямо в приложении (или через веб-сервис) можно строить сравнительные графики с нескольких датчиков одновременно. А еще есть интересная опция. Можно выбрать для отображения вместо относительной влажности в процентах - температуру точки росы (Dew point). Это более наглядно и позволяет понять, как меняется относительная влажность при изменении температуры.


Что в итоге? Функционал сервиса реально избыточен и в некоторых ситуациях совершенно не понятно, зачем всё это нужно. Но основные функции действительно востребованы. И, несомненно, очень важный момент, что все метки не только беспроводные, но и реально способны работать очень долго без замены батарей.

А вот со стоимостью с текущим курсом доллара всё уже не так радостно. Базовая станция стоит 50 долларов, классическая квадратная радиометка - 25 долларов. И 25 долларов сейчас, это совершенно не те 25 долларов, которые были осенью 2014 года. Остальные радиометки подороже, в среднем 30-45 долларов. Если у вас нет особых требований к измерениям, то я рекомендую брать только базовую станцию и классические 13-битные радиометки (кстати, оптом они дешевле). И напомню про один очень важный момент. Ввезти их в Россию можно только обычной почтой! Ни в коем случае не пользуйтесь доставкой UPS, т.к. это радиооборудование, на которое они, соблюдая закон, потребуют наличие нотификации ФСБ.

И предлагайте интересные идеи по размещению этих меток.

Более подробную информацию про метки смотрите на официальном сайте - http://wirelesstag.net

ДОПОЛНЕНИЕ (17.02.2017): Производитель убрал из списка доставки службу USPS, оставив только UPS. Но проблемы две. Во-первых, 150 долларов за доставку это очень дорого. А главное то, что посылку вы не получите, т.к. российский офис UPS затребует у вас нотификацию ФСБ на эти устройства и посылка будет возвращена отправителю.

ДОПОЛНЕНИЕ (17.10.2017): Производитель полностью отказался отправлять эти устройства в Россию. Можете про них забыть.

ДОПОЛНЕНИЕ (10.10.2018): Есть возможность приобрести данные радиометки с помощью почтового посредника в США. Лично я успешно пользовался Полярным Экспрессом.

ДОПОЛНЕНИЕ (05.04.2021): На официальном сайте вернулась международная доставка в Россию за 29 долларов напрямую от производителя.

Еще про дистанционный мониторинг и облачные сервисы:
• Облачное видеонаблюдение без абонентской платы
• Контроль потребления электрической энергии Smappee
• Облачный сервис «Народный мониторинг» и ESP Meteo
• Wi-Fi реле Sonoff для дистанционного управления нагрузкой

Все материалы про строительство загородного дома своими руками в хронологическом порядке можно посмотреть здесь.