www.hackster.io
2019_270_39
Ta projekt je bil prvotno objavljen z naslovom »Android WiFi in spletna aplikacija za varnostni sistem vašega doma« in je zaključni projekt avtorjevega zadnjega letnika univerzitetnega študija. Priznava, da je bil ta projekt na začetku še vedno poln programskih hroščev in ni deloval v realnem času, kot bi moral biti (latentnost podatkov bi lahko trajala več kot 2 sekundi!).
Projekt pa se mu je v današnji dobi vsesplošnega razcveta IoT vesolja zdel dovolj zanimiv in aktualen, zato se je ponovno posvetil temeljiti prevetritvi projekta in žrtvoval nekaj časa za posodobitev tega projekta in ga zelo približal izvajanju v realnemu času, kar je pravzaprav cilj vseh nas in ni skrivnost, da se mu želimo vsi čim bolj približati.
Do opisane makete »IoT Home Security Model« lahko uporabnik na daljavo dostopa z uporabo katerekoli pametne naprave in/ali osebnega računalnika, prek katerih lahko po želji spremlja stanje v zvezi z varnostjo v hiši z analizo, obdelavo in izmenjavo podatkov, ki jih zbirajo vgrajeni senzorji in jih prek interneta pošiljajo uporabnikom. Avtor članka, pravzaprav praktičnega priročnika za izdelavo makete, nameščanje senzorjev in napotkov za programiranje, je Aaron Kow iz Kuala Lumpurja, Malezija, projekt pa je med drugim objavil tudi na spletni strani https://www.hackster.io/aaronkow/iot-home-security-model-71e48e
Ker gre za maketo, se del prispevka vrti tudi okrog njene izdelave, kot pribito pa drži, da je ta maketa celovita predstavitev delovanja IoT senzorike, simulacija zaznavanja in alarmiranja v realnem času ter proženje raznih postopkov, protokolov, omogočanje ali onemogočanje posameznih možnosti in tako naprej. Če bi bilo vse v tem članku opisano in povezano (sicer pa delujoče!) elektronsko »drobovje« razporejeno na neki delovni mizi, nikakor ne bi dobili niti delčka sicer celovite predstave o delovanju in uporabnosti takšnega sistema in IoT v praksi. Da ne govorimo o tem, da je vse opisano prosto dostopno vsem, ki imajo vsaj malo tiste ustvarjalne »žilice« v sebi že serijsko aktivirane… Na isti spletni strani boste našli tudi filmčke o delovanju makete, ki jih je posnel in objavil avtor.
Maketa z vklopljenim varnostnim načinom delovanja sistema omogoča zaznavanje vseh morebitnih škodljivih dejavnosti, ki bi se utegnile dogajati v hiši s pomočjo različnih nameščenih senzorjev in samodejno posredovanje opozorilnih sporočil lastniku stanovanja prek interneta. Podatki s senzorjev se bodo neprekinjeno shranjevali v oblaku in bodo v nenehni interakciji s spletno aplikacijo, izdelano po meri uporabnika, ki omogoča prikaz podatkov na spletnem mestu. To omogoča lastnikom stanovanj, da v realnem času spremljajo morebitne škodljive dejavnosti, ki bi se v hiši lahko pojavile. Drugi dodatek v zvezi z varnostjo v tem projektu je tehnologija za nadzor dostopa. Ta sistem uporablja pristop z uporabo brezžične tehnologije komunikacije v bližnji okolici (NFC) “Near Field Communication”, ki omogoča dostop prepoznanim posameznikom (gostom ali družinskim članom) z dodeljeno pravico do vstopa v hišo.
Konstrukcija makete tega projekta
Konstrukcija te makete poteka po vrstnem redu in v skladu s postavitvijo tlorisa, kot je prikazano v poglavju z načrti. Materiali, ki so bili uporabljeni, so vezane plošče velikosti 64,5 cm (L) x 61,5 cm (W) debeline 0,8 cm (H) za osnovno ploščo, na kateri zgradimo vse (dvojne) stene oziroma makete zidov, ki so prav tako iz vezane plošče. Glavne elektronske komponente lahko grobo razdelimo na 6 senzorjev, en NFC čitalnik ter dve mikrokontrolerski ploščici, spisek vseh ostalih komponent pa lahko poiščemo na podrobnem seznamu sestavnih delov, ki se prav tako nahaja na spletu. V dvojnih stenah makete je do »prostorov« makete napeljana vsa potrebna električna inštalacija za senzorje in luči do katerih imamo prek Interneta dostop za nadzor in upravljanje.
Na sliki 1 je fotografija makete iz ptičje perspektive, opremljena z napisi prostorov, senzorjev in luči.
Na sliki 2 je lepo grafično prikazano delovanje IoT v sedmih nivojih in to je pravzaprav osnova te zamisli, sanje, ki se počasi uresničujejo in postajajo del našega življenja – v službi, v prostem času in med počitkom. Morda se večini bralcev zdi, da je vsaka beseda s tem v zvezi odveč in je vsem to že zdavnaj kristalno jasno, gotovo pa se bo našel tudi kdo, ki mu bodo te informacije koristile.
Na prvem nivoju so vse fizične naprave in krmilniki, »stvari«, tisto kar poskušamo povezati, nadzirati in upravljati od koderkoli prek svetovnega spleta ter s tem izkoristiti vse prednosti, ki jih IoT ponuja in vse možnosti, ki le čakajo, da jih kdo odkrije in uporabi!
V drugi nivo spada povezljivost, saj je vedno potreben vsaj eden izmed načinov, ki fizično napravo »stvar« poveže v neko lokalno omrežje, žično ali brezžično, od tam pa na svetovni splet, prek ponudnikov komunikacijskih storitev prenosa podatkov, spet žično ali brezžično.
Na tretjem nivoju je obdelava in urejanje podatkov, priprava, preračuni in pretvarjanje v takšno obliko, ki jo bo mogoče neposredno uporabiti na višjih nivojih. Nesmiselno bi bilo na primer shranjevati vse meritve nekega senzorja, ki se izvajajo vsake pol sekunde, če sprememba ni toliko pomembna. Morda je za nas in med sabo povezane »stvari« veliko bolj pomembno to, kakšna je razlika med posameznimi meritvami in kam kaže trend te razlike. Vse te manipulacije s podatki je potrebno narediti pred arhiviranjem, saj arhiviranje »surovih« vrednosti popolnoma nesmiselno. Namreč, vprašati se moramo, ali bomo katero od »surovih« vrednosti sploh še kdaj potrebovali v takšni obliki ali vedno le primerno zgoščeno, obdelano, v kombinaciji s še kakšnim drugim parametrom, s katerim bosta v paru ponudila več kot dve za nas pomembni informaciji. In še naprej, če že arhiviramo surove vrednosti, kdaj jih nameravamo obdelati? Čas beži, prihajajo novi paketi z novimi vrednostmi in vprašajmo se, katere je bolj smiselno obdelovati, stare, ki že znatno zaostajajo za značko »realni čas« ali trenutne vrednosti, ki nam v realnem času prikazujejo stanje v tem trenutku in nam pomagajo vplivati na to dogajanje?
Karkoli smo že naredili na nivoju obdelave, moramo shraniti na neko lokacijo, do katere bomo imeli vedno dostop, mi in vsi tisti, ki so opravičeni dostopa do njih. Najpogostejša in najbrž tudi najbolj smiselna oblika arhiviranja je »v oblaku«. Oblak je zakupljen prostor in procesne zmogljivosti na nekem strežniku. Ponudnikov te storitve je dovolj, zagotavljajo pa tudi neprekinjeno storitev, samodejno vzporedno arhiviranje podatkov v primeru napake na strežniku ponudnika, s čimer je zagotovljena varnost hranjenih podatkov. Seveda si lahko postavimo tudi svoj »oblak«, vendar je investicija v potrebno opremo, redno vzdrževanje in posodabljanje programske in strojne opreme velik strošek, ki pa na koncu največkrat nima nobene prednosti pred »javnimi« oblaki.
Arhivirani podatki so potem na voljo tudi najrazličnejšim aplikacijam, ki jih vsaka zbere in obdela na način, ki ga narekuje posamezna aplikacija. To je lahko prikaz na zaslonu, graf poteka, časovni potek tabelarni prikaz in podobno, v zadnjem, sedmem nivoju pa so podatki na voljo drugim priključenim »stvarem«, zgolj kot informacija ali kot eden izmed pomembnejših parametrov, ki lahko prek svetovnega spleta odločilno vplivajo na njihovo delovanje oziroma potek procesov s čisto druge lokacije.
IoT tega projekta je v bistvu to, kar prikazuje slika 3: s posredovanjem oblaka si na računalniku ali pametnem telefonu prek aplikacije lahko naredimo prikaz, lahko pa tudi nadzor in upravljanje delovanja naprav na obrobju. Do podatkov v oblaku v našem primeru dostopamo s pametnim telefonom znotraj storitve prenosa podatkov enega izmed ponudnikov telekomunikacijskih storitev.
Uporabniška spletna IoT storitev spremljanja v realnem času
Spletno storitev IoT je izdelal avtor sam. Med značilnosti te spletne storitve spadajo sposobnost prenašanja in spremljanja podatkov senzorjev v realnem času, nadzorna plošča za stanje na domu, opozorilno sporočilo sistema, shranjevanje podatkov senzorjev, polno zapisovanje podatkov in konfiguracijo varnostnih meril. Sama programska oprema, ki jo napisal v ta namen sicer ni brez napak, vendar aktivno dela na popravkih in zagotavlja razhroščevanje tudi v prihodnosti. Seveda pa obstajajo tudi drugi ponudniki IoT spletnih storitev, omenimo le Sami SAMI in Freeboard.io. Izbira in odločitev je v vaših rokah in nihče vam ne postavlja predpogoja, da bi morali uporabiti prav avtorjev pristop.
Avtor se je odločil, da bo pri tem projektu uporabil AWS IoT. Namesto, da bi kot v svojem prvotnem projektu kot protokol uporabil “HTTP”, je podatkovni komunikacijski protokol zamenjal in uporabil MQTT z varno povezavo, ki jo ponuja AWS IoT. Avtor je bil z rezultati delovanja makete zadovoljen, delovanje pa je predstavil tudi v video posnetku.
Pri AWS modelu IoT je namreč največji poudarek na varnosti v oblaku, ki vključuje močno avtentikacijo za vsako povezano IoT napravo, saj vsaka od njih potrebuje poverilnice (certifikat X.509 in AWS), da sploh dobi pravico za dostop do posrednika sporočil. Za šifriranje povezave med napravo in posrednikom se uporablja TLS, s čimer je zagotovljena varna komunikacija od točke do točke (end-to-end).
Avtor ima v članku tudi povezavo na svojo GitHub shrambo s programi, ki spadajo k temu projektu, kliknite, obiščite, če vas zanima, pomagajte si z izvirnikom in razvijajte aplikacijo naprej, pač glede na svoje potrebe!
Čeprav pri primerjavi tega komunikacijskega protokola s »HTTP« lahko z eno besedo označimo kot »idealno«, avtor vseeno priznava, da ima tudi ta pristop, vsaj pri uporabi v tem projektu, nekatere pomanjkljivost. Ugotavlja namreč, da izvorna koda, ki jo je napisal za Arduino Yun ne deluje ravno najbolje z Yun-SDK paketom v AWS IoT. Najbrž bodo napako v zvezi s tem neskladjem kmalu odpravili, nekaj časa pa bo vsekakor treba počakati. Na splošno pa vsi podatki senzorjev delujejo v redu in tudi pretok podatkov deluje precej dobro in avtor projekta ocenjuje, da bi v primeru novega podobnega projekta zagotovo izbral “MQTT” z AWS IoT. Poudarja, da ne bi tako izbral le zaradi varnosti, saj poleg te “MQTT” prinaša še ostale prednosti, kot so nizka poraba energije, manjši podatkovni paket in učinkovita distribucija informacij.
V praksi je vse krmiljenje izvedeno prek dveh Arduino ploščic, ki ju vtaknemo v pripravljene priključke na nosilnem tiskanem vezju, ki ga moramo izdelati sami. Načrt tiskanega vezja prav tako najdete na isti spletni strani. Z nosilne plošče vodijo vse potrebne povezave v votlo »steno« makete, ki (podobno kot pri pravih hišah) skriva vso potrebno napeljavo za nazorno predstavitev IoT naprav v stanovanju, domu oziroma hiši, ki z vsakim takšnim dodatkom postaja vse bolj »pametna«.
Povezave na vso potrebno programsko opremo v zvezi s tem projektom boste našli na omenjeni spletni strani, saj jo vsem, ki jih projekt zanima, avtor daje na razpolago, skupaj z načrti makete, tiskanega vezja in shemo povezovanja. Tiskano vezje lahko izdelate sami z enim izmed postopkov, ki jih poznamo in so primerni za izdelavo tiskanin v domači delavnici. Prav tako vam profesionalno izdelano tiskano vezje lahko izdelajo v katerem od podjetij, ki se s tem ukvarjajo. Če kdo od bralcev želi, lahko ploščico naroči tudi pri nas (bojan@svet-el.si), mi pa bomo poskrbeli, da jo bo dobil v najkrajšem času in za najugodnejšo ceno v Sloveniji.
