SCN-ENERGY-001: Отключение розеток в режиме 'Away' или 'Night'

Урок 3 · Сценарии умного дома: режимы, состояния, приоритеты · 30 мин · theory

Введение: Концепция и цели сценария 'SCN-ENERGY-001'

Сценарий `SCN-ENERGY-001` является одним из ключевых элементов в построении по-настоящему энергоэффективной системы автоматизации. Его основная задача — бороться с так называемыми фантомными нагрузками (также известными как "режим ожидания" или standby power). Это электроэнергия, потребляемая устройствами, которые не выполняют свою основную функцию, но остаются подключенными к сети: телевизоры, игровые консоли, зарядные устройства, аудиосистемы и офисная техника.

> 💡 Подсказка: Знаете ли вы, что устройства в режиме ожидания могут потреблять до 10% от общего счета за электроэнергию в доме? Этот сценарий напрямую борется с "фантомными" нагрузками, обеспечивая реальную экономию без ущерба для комфорта.

Роль данного сценария в общей стратегии энергосбережения заключается в централизованном и автоматическом отключении всех несущественных нагрузок, когда в их использовании нет очевидной необходимости. Такими моментами являются активированные глобальные режимы системы, такие как «Никого нет дома» (`Away`) или «Ночь» (`Night`).

Основными целями сценария являются:

Экономия электроэнергии: Прямое снижение потребления за счет полного обесточивания устройств, а не перевода их в режим ожидания.

Повышение пожарной безопасности: Отключение неиспользуемых зарядных устройств, блоков питания и другой потенциально опасной электроники снижает риск перегрева и возгорания, особенно когда дома никого нет.

Упрощение взаимодействия с системой: Пользователю не нужно ходить по всему дому и выключать приборы из розеток. Достаточно активировать один режим (например, при постановке дома на охрану), и система сделает всё сама.

Для успешной реализации этого сценария необходимо выполнить одно важное предварительное требование: в вашей системе уже должен быть настроен и функционировать механизм глобальных состояний (режимов). Как правило, это реализуется с помощью конечного автомата (FSM), который управляет общим состоянием объекта (`Home`, `Away`, `Night`, `Vacation`) и публикует текущий режим в стандартизованный MQTT-топик. Этот механизм был подробно рассмотрен в предыдущих курсах нашей академии.

> 🔗 Связанный материал: Основы работы с глобальными режимами и состоянием системы подробно изложены в уроке `COURSE-07-M01-L01: Глобальные переменные и режимы`.

---

Архитектура решения: MQTT-топики и группировка устройств

В основе надежного и масштабируемого сценария лежит продуманная архитектура обмена сообщениями. В экосистеме платформы HI стандартом для этого является протокол MQTT. Для сценария `SCN-ENERGY-001` нам потребуется определить две ключевые группы топиков: для состояний и для управления.

Проектирование MQTT-топиков

1. Топик глобального состояния (Единый источник правды)

Система должна иметь один, и только один, источник информации о текущем режиме работы объекта. Это предотвращает рассинхронизацию и конфликты в логике.

Топик: `hi/state/mode`
Описание: В этот топик публикуется текущий глобальный режим системы. На него подписываются все сценарии, чья логика зависит от состояния дома.
Формат сообщения: Простое строковое значение, отражающее режим. Сообщение должно быть опубликовано с флагом `retain: true`, чтобы новые подключившиеся клиенты сразу получали актуальное состояние.

Примеры `payload` для топика `hi/state/mode`:

`"Home"`
`"Away"`
`"Night"`
`"Vacation"`

2. Топики управления группами устройств

Управлять каждой розеткой по отдельности в рамках этого сценария неэффективно. Гораздо правильнее ввести концепцию группового управления. Мы определяем группы розеток (например, «несущественные розетки гостиной», «розетки кабинета») и отправляем одну команду для всей группы.

Топик: `hi/devices/group_sockets//set` (например, `hi/devices/group_sockets/living_room/set`)
Описание: Команда, отправленная в этот топик, должна приводить к изменению состояния всех розеток, входящих в группу ``.
Формат сообщения: Простое строковое значение `"ON"` или `"OFF"`.

Для более сложных систем рекомендуется использовать JSON-объект, содержащий дополнительную информацию, что соответствует паттерну "Контракт сообщения":

{
  "command": "OFF",
  "source": "SCN-ENERGY-001",
  "reason": "Away mode activated",
  "ts": 1678886400000
}

Такая структура значительно упрощает отладку и журналирование.

Концепция "тегирования" и группировки

Как система узнает, какие именно розетки входят, например, в группу `living_room`? Существует несколько подходов:

| ------------------------ | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------- | --------------------------------------------------------- |

| Физическая привязка | Группа розеток подключена к одному автомату или контактору в щите. Управляется одно реле. | Простота, надежность. | Низкая гибкость (нельзя отключить одну розетку из группы). |

| Статическая логика | В коде Node-RED (например, в узле `Function`) жестко прописан список топиков индивидуальных розеток для каждой группы. | Гибкость, не требует изменений в проводке. | Сложность в поддержке при добавлении/удалении розеток. |

| Динамическая подписка| Отдельный поток-драйвер подписывается на групповой топик и, получив команду, рассылает ее индивидуальным розеткам из списка. | Высокая гибкость, централизованное управление. | Требует более сложной архитектуры. |

Для нашего урока мы будем использовать гибридный подход: сценарий будет отправлять команду на отключение в один или несколько групповых топиков, а отдельные, более простые потоки, будут обрабатывать эти групповые команды, транслируя их на физические реле.

> 🔗 Связанный материал: Принципы работы с MQTT, структура топиков и флаг `retain` детально разобраны в уроке `COURSE-04-M02-L05: Основы работы с MQTT в Node-RED`.

---

Реализация в Node-RED: Отслеживание режимов и отправка команд

Теперь перейдем к практической реализации логики в среде Node-RED на контроллере HI. Наша задача — создать поток, который будет слушать изменения глобального режима и отправлять команду на отключение несущественных розеток.

Пошаговая сборка потока

Шаг 1: Подписка на топик глобального режима

Добавьте на холст узел `mqtt in`. Он будет нашей точкой входа.

Server: Выберите ваш настроенный MQTT-брокер.
Action: `Subscribe to a topic`.
Topic: `hi/state/mode`
QoS: `2` (для гарантированной доставки).
Name: `Listen: Global Mode`

Шаг 2: Фильтрация нужных режимов

Нам нужно реагировать только на режимы `Away` и `Night`. Для этого идеально подходит узел `switch`. Соедините выход узла `mqtt in` с его входом.

Property: `msg.payload`
Rules:

1. `==` (string) `Away`

2. `==` (string) `Night`

Checking: `all rules`, чтобы на выходе было одно сообщение при совпадении с любым из правил.
Outputs: Узел будет иметь один выход, который сработает, если придет `"Away"` или `"Night"`.
Name: `Filter: Away/Night`

Шаг 3: Формирование и отправка команды отключения

После того как мы отфильтровали нужный режим, необходимо отправить команду на отключение. Мы можем сделать это для нескольких групп розеток одновременно.

Используем последовательность из узлов `change` и `mqtt out` для каждой группы.

Для группы розеток гостиной:

Добавьте узел `change`.

* Rules:

* `Set` `msg.payload` `to` (string) `OFF`

* `Set` `msg.topic` `to` (string) `hi/devices/group_sockets/living_room/set`

* Name: `Prepare Cmd: Living Room OFF`

Соедините его выход с узлом `mqtt out`.

* Server: Выберите ваш MQTT-брокер.

* Topic: Оставьте пустым (будет использоваться `msg.topic`).

* QoS: `1`

* Name: `Send Cmd: Living Room`

Для группы розеток кабинета:

Аналогично добавьте еще один узел `change`.

* Rules:

* `Set` `msg.payload` `to` (string) `OFF`

* `Set` `msg.topic` `to` (string) `hi/devices/group_sockets/office/set`

* Name: `Prepare Cmd: Office OFF`

Соедините его с отдельным узлом `mqtt out`.

* Name: `Send Cmd: Office`

Соедините выход узла `switch` с входами обоих узлов `change`.

Схема потока

               +--------------------+     +--------------------+
[mqtt in]----->|   switch           |---->|   change           |----->[mqtt out]
hi/state/mode  | Filter: Away/Night |  |  | Prepare Cmd:       |      Send Cmd:
               +--------------------+  |  | Living Room OFF    |      Living Room
                                       |  +--------------------+
                                       |
                                       |  +--------------------+
                                       +->|   change           |----->[mqtt out]
                                          | Prepare Cmd:       |      Send Cmd:
                                          | Office OFF         |      Office
                                          +--------------------+

Важное дополнение: включение розеток

Этот поток только отключает розетки. Необходимо создать симметричный поток, который будет включать их при возвращении в режим `Home`. Логика будет идентичной, за исключением:

Узел `switch` будет фильтровать `msg.payload == "Home"`.
Узлы `change` будут устанавливать `msg.payload` в `ON`.

Это гарантирует, что система вернется в рабочее состояние автоматически.

---

Управление исключениями: 'Неотключаемые' розетки

Автоматическое отключение всех розеток подряд — путь к катастрофе. Представьте, что система в ваше отсутствие отключила холодильник, домашний сервер (NAS) или Wi-Fi роутер. Поэтому критически важным элементом этого сценария является механизм 'белого списка' (whitelist) — перечня устройств, которые никогда не должны отключаться автоматически.

> ⚠️ Внимание: Неправильная настройка логики отключения может привести к обесточиванию критически важного оборудования. Всегда тщательно продумывайте и тестируйте список исключений.

Более гибкий и безопасный подход, по сравнению с управлением целыми группами, заключается в использовании узла `function` для индивидуальной проверки каждой розетки по списку исключений. Этот метод позволяет централизовать всю логику, включая списки розеток и 'белый список', в одном месте, что значительно упрощает поддержку и масштабирование системы.

> 🔗 Связанный материал: Детальная реализация этого продвинутого подхода с использованием узла `function` и 'белых списков' является основной темой урока `COURSE-07-M02-L04: Продвинутое управление нагрузками с использованием whitelists`.

---

Итоги и следующие шаги

В этом уроке мы разработали и реализовали один из самых полезных сценариев для умного дома — `SCN-ENERGY-001`, отвечающий за автоматическое отключение несущественных розеток.

Мы рассмотрели полный цикл его создания:

Сформулировали цели: экономия энергии и повышение безопасности за счет борьбы с "фантомными нагрузками".

Спроектировали архитектуру: определили структуру MQTT-топиков для глобальных режимов (`hi/state/mode`) и управления устройствами.

Реализовали логику в Node-RED: создали поток, который реагирует на смену режимов на `Away` и `Night`.

Обозначили важность безопасности: рассмотрели концепцию "белого списка" (`whitelist`) для предотвращения отключения жизненно необходимого оборудования и указали, где найти детальную реализацию.

Ключевые преимущества реализованного сценария:

Автономность: Система самостоятельно заботится об энергосбережении.
Экономическая выгода: Снижение счетов за электроэнергию.
Безопасность: Снижение риска возгорания от оставленных без присмотра электроприборов.
Централизация: Управление множеством устройств происходит на основе одного главного события — смены режима.

Возможности для расширения

Созданный нами поток — это прочная основа, которую можно и нужно развивать:

Уведомления: Добавить в конец потока узел для отправки push-уведомления или сообщения в Telegram: "Режим 'Никого нет дома' активирован. Отключено 12 несущественных розеток".
Сценарий возврата: Создать дубликат потока, который будет реагировать на режим `Home` и отправлять команду `ON` тем же розеткам (кроме тех, которые пользователь мог выключить вручную).
Интеграция с whitelist: Реализовать продвинутый механизм исключений, рассмотренный в уроке `COURSE-07-M02-L04`, и вынести управление 'белым списком' в пользовательский интерфейс.
Задержка перед отключением: Перед отключением розеток в режиме `Night` можно добавить задержку в 15-30 минут. Это даст время членам семьи, которые ложатся спать позже, досмотреть фильм или дочитать книгу.

Что дальше?

Освоив принципы управления нагрузками на основе состояний, вы готовы к более сложным сценариям энергоменеджмента. В следующих уроках мы рассмотрим, как интегрировать данные со счетчиков электроэнергии, управлять нагрузками в зависимости от времени суток и тарифов на электроэнергию, а также строить комплексные панели мониторинга энергопотребления вашего объекта.