Преобразователи интерфейсов
для систем автоматизации
компании Global Cache


В прошлых материалах мы рассматривали системы автоматизации, в состав которых входили контроллер, датчики и исполнительные устройства. В этом смысле можно было считать их замкнутыми и не связанными с другими домашними электронными устройствами. Однако бывают ситуации, когда есть необходимость интеграции в систему какого-либо дополнительного внешнего оборудования. В качестве примера можно вспомнить аудио-видео технику, устройства управления климатом, промышленное оборудование и другие.

В большинстве случаев, эти устройства используют два варианта внешнего контроля — с применением инфракрасного пульта или последовательного порта (RS-232). В некоторых ситуациях может оказаться полезной и эмуляция нажатия кнопок (замыкание контактов). Учитывая многообразие современных сред и протоколов в системах автоматизации, подстроиться под каждый из них может быть непросто. К счастью, существует универсальное решение — работа по IP-протоколу. Именно он выступает сегодня в роли связующего звена в решениях всех масштабов и категорий стоимости. Таким образом, широко востребованными оказываются адаптеры, выступающие в роли «преобразователей» сетевого протокола в указанные выше варианты интерфейсов.

В этом материале мы рассмотрим решения американской компании Global Cache (Global Caché), которые часто используются в системах автоматизации различного уровня. Компания была основана более десяти лет назад и широко известна среди проектировщиков и инсталляторов. Интересно отметить, что на устройствах красуется надпись «Made in U.S.A.», что сегодня встречается редко и немного греет душу.

Сегодня в каталоге производителя можно найти полтора десятка моделей, отличающихся набором интерфейсов, сетевым контроллером и реализацией питания. Программное обеспечение устройств практически не отличается, так что информацию из данного материала можно легко обобщить и на другие модели. Для тестирования мы выбрали три устройства семейства iTach и одного представителя линейки GC-100.

Устройства

Все модели поставляются в простых картонных коробках, что вполне характерно для подобного класса устройств. В комплект входит блок питания (12 В 0,5 А, длина кабеля — около полутора метров), листовка с описанием и, для определенных модификаций, ИК-передатчики (длина кабеля — 210 см) и другие аксессуары.

Семейство iTach, на первый взгляд, имеет запутанную систему наименований, но на самом деле разобраться очень просто. Сначала идет тип подключения к компьютерной сети — провод (IP) или беспроводный контроллер (WF), далее «2», обозначающая в данном случае «to», следом — тип выходных интерфейсов (IR — инфракрасный, SL — последовательный, CC — замыкание контактов (реле)). Опционально модели с проводным подключением к сети могут поддерживать питание PoE, что указывается в дополнительном суффиксе «-P». Таким образом в этом материале мы тестировали модели IP2CC, WF2SL и WF2IR.

Такой диапазон поддерживаемых интерфейсов позволяет закрыть большинство вопросов по удаленному управлению техникой: эмуляция замыкания кнопок, подача ИК-команд и контроль через последовательный порт, включая получение статуса от устройства.

Все представители серии выполнены в одинаковых компактных корпусах, имеющих размеры 84×61×31 мм без учета кабелей и антенн. Основная часть корпуса — покрашенный черной краской алюминий, торцы закрыты крышками из твердой резины. Под крышками предусмотрена металлическая вставка для экранирования начинки.

Все подключения и органы управления собраны с одной стороны. Питание устройств может осуществляться от источника постоянного напряжения с параметрами 5—16 В, максимальное потребление составляет 300 мА. Эта особенность, в частности, позволяет использовать в том числе и питание от порта USB, для чего в комплекте может идти специальный кабель.

Задняя панель разделена на два блока. В левом находится сетевой порт или небольшая поворотная несъемная антенна Wi-Fi, вход блока питания, индикатор и отверстие для сброса настроек. На модели IR в нем же находится ИК-приемник для режима обучения. Без восстановления значения по умолчанию будет сложно переподключить беспроводные модели в другую сеть.

Заметим, что если вы, как и многие подготовленные пользователи, предпочитаете не вставлять металлические предметы в электронные устройства без веской на то причины, в данном случае вам придется изменить свое мнение. Дело в том, что в отверстии для сброса находится не традиционная механическая кнопка, а пара контактов, которые требуется замыкать, например, скрепкой. При этом для ИК-модели стоит делать это с особой осторожностью чтобы не повредить ИК-приемник.

В правом блоке, цвет фона которого выбирается в зависимости от типа поддерживаемых интерфейсов, установлены три контактные пары с индикаторами (для моделей CC), девятиконтактный последовательный порт с индикатором (модели SL) или три разъема миниджек 3,5 мм и индикаторы для подключения ИК-передатчиков (модели IR).

Посмотрим подробнее на возможности разных модификаций. Серия CC имеет три встроенных реле, которые могут коммутировать нагрузку до 24 В 5 А. Сетевым питанием напрямую таким образом управлять не получится, но для управления различными системами управления котлами, воротами, насосами и другим оборудованием их использовать можно. Это позволяет добавить к обычной «не умной» системе немного интеллекта.

Модели SL позволяют передавать и принимать данные через стандартный последовательный порт RS-232. Система поддерживает скорости от 1200 до 115200 бод и обычный набор параметров порта, включая аппаратное управление потоком. Порт здесь только один, так что для нескольких клиентов потребуется приобрести нужное число адаптеров.

В случае необходимости отправки команд по ИК-каналу используются модификации IR. Использование этого варианта является наиболее универсальным способом сопряжения с аудио-видео техникой и позволяет практически полностью снять вопросы совместимости и использовать в инсталляциях любое оборудование. Модели данной серии имеют сразу три независимых выхода. К ним обычно подключаются монтируемые прямо на окошко приемника ИК-передатчики, а третий позволяет работать с «ИК-бластером», способным транслировать сигнал на несколько приемников одновременно, что соответствует традиционному использованию ИК-пультов. Однако в последнем случае по понятным причинам сложно гарантировать доставку сигнала. Кроме того, к этим разъемам можно подключать фирменные сенсоры для удаленного контроля состояния, что используется в специальных сценариях. Также данная модель может использоваться для управления (димирования) светодиодными лентами. Отметим, что адаптер имеет встроенный приемник команд для реализации возможности обучения.

Адаптеры используются в качестве «черных ящиков», так что знать какие-либо подробности внутреннего устройства пользователю совсем не обязательно. Если же этот вопрос является важным, то сообщим, что контроллеры основаны на платформе Microchip и используют такие чипы как PIC24FJ256, ENC424J (в проводных версиях) и MRF24WB0MB (в беспроводных моделях).

Если линейка iTach представляет собой компактные устройства для решения небольших задач, то представители семейства GC-100, которое было представлено пять лет назад и является прошлым поколением контроллеров, более универсальны.

В него входят две основные модели, совмещающие в одном корпусе сразу несколько вариантов интерфейсов: GC-100-6 имеет поддержку одного последовательного порта и трех ИК-портов, а GC-100-12 кроме удвоения этих показателей дополнительно снабжена тремя выходами реле. Модификация GC-100-18 отличается от «двенадцатой» только исполнением корпуса, поддерживающего установку в стандартную стойку. Это семейство удобно использовать в крупных инсталляционных проектах с выделенным местом обработки медиаконтента.

Модели серии GC-100 отличаются поддержкой только проводного соединения, питанием от источника постоянного тока 9—18 В 300 мА, полностью металлическим корпусом увеличенного размера, отсутствием выделенной кнопки сброса и платформой на базе контроллера Microchip PIC18F8720. Все остальные характеристики аналогичны серии iTach.

Подключение и настройка

Устройства требуют минимальных специальных предварительных настроек и могут быть интегрированы в систему буквально за несколько минут. Не очень понятно, почему производитель выбрал фиксированную настройку сетевого адреса по умолчанию вместо использования DHCP. Так что если ваша сеть не 192.168.0.*, то придется изменить сетевой адрес ПК для доступа к адаптеру. Для проверки текущего адреса устройства можно использовать специальную утилиту iHelp. Она же предоставляет детальную информацию о модели. В частности так можно узнать версию прошивки и, при необходимости, обновить ее, скачав файл из раздела поддержки сайта производителя. Стоит отметить, что требуется это редко, поскольку к вопросу программного обеспечения производитель подходит очень ответственно. К сожалению, эта утилита не позволяет изменить сетевые настройки устройства и для этого придется обратиться к его веб-интерфейсу.

Утилита iHelp

В случае подключения беспроводного устройства, придется потратить немного больше времени. Поскольку адаптеры имеют только один сетевой контроллер, то для интеграции в сеть потребуется сначала подключаться к создаваемой устройством сети, зайти на встроенный веб-интерфейс и через него настроить работу адаптера с роутером. Недавняя проблема здесь заключается в том, что штатные средства Windows 8.1 не позволяют подключаться к одноранговой сети адаптера. Так что понадобится использовать компьютер с другой операционной системой или оригинальные утилиты производителей сетевых адаптеров. Далее через веб-интерфейс нужно указать параметры беспроводной точки доступа (имя и защиту), а также изменить IP-адрес или включить его получение через DHCP. Отметим, что режима поиска сетей здесь нет, поддержки WPS тоже.

Отметим, что проводной контроллер отвечает стандарту Fast Ethernet и может соединяться на скоростях 10 или 100 Мбит/с, а беспроводной поддерживает 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц. Несмотря на моральное устаревание этой версии, она вполне совместима с современными точками доступа, в том числе и с поддержкой WPA/WPA2-PSK. Единственной проблемой здесь может быть то, что из-за особенностей встроенного микроконтроллера реальная скорость соединения составляет 1 или 2 Мбит/с, что может повлиять на стабильность работы в сильно нагруженной беспроводной сети. В этом случае рекомендуется или использовать проводную версию адаптера или создать выделенную беспроводную сеть только для данных устройств.

Веб-интерфейс адаптеров предоставляет только базовые настройки устройств. Отметим, что доступ к нему можно защитить паролем. Для серии CC в нем есть только сетевые настройки. В моделях для последовательного порта здесь выбираются его параметры — скорость, четность, управление потоком и другие. В случае проблем может помочь отображаемая статистика ошибок приема и передачи данных.

Для IR-устройств через веб-интерфейс настраивается тип подключений для каждого разъема. Заметим, что некоторые параметры можно будет в дальнейшем изменить специальным командами без использования веб-интерфейса.

Использование в системах автоматизации

Для непосредственного управления адаптерами и подключенными к ним устройствами используется стандартный TCP/IP. Благодаря этому и учитывая простой тестовый протокол управления, рассматриваемые модели могут быть легко интегрированы в большинство современных систем автоматизации. Компания предоставляет полное описание API в электронной документации, доступной для свободного скачивания на сайте. Интересно, что кроме команд управления и получения статуса, предусмотрены информационные пакеты, описывающие, в частности, конфигурацию устройства.

Посмотрим сначала, какие команды поддерживают разные модели. Для их отправки требуется создать TCP-подключение на IP-адрес адаптера и порт 4998. Изменить номер последнего невозможно, но это не существенно в данном случае. Использование именно TCP позволяет обеспечить контроль доставки команд, что важно для системы автоматизации. Отметим, что никакого контроля прав доступа в системе не предусмотрено. Устройства могут принимать и выполнять команды с любых источников, в том числе и через Интернет. В случае, если это нарушает безопасность системы рекомендуется создать для них отдельную IP-сеть и использовать другие технологии защиты коммуникаций.

В параметрах команд участвуют параметры внутренней адресации портов, в частности номер модуля и номер порта. В случае использования моделей серии iTach номер модуля всегда равен единице, поскольку в них он только один, а для GC-100 может принимать и другие значения. Это практически единственное отличие в работе с устройствами разных серий.

С устройством для управления реле все достаточно просто. Команда «setstate» позволяет включить или выключить требуемое реле, а «getstate» — получить ответ о его текущем состоянии. Заметим, что состояние выдается и в ответ на команду его изменения. Для тестирования данной модели мы подключили ее к RGBW-диммеру для светодиодных лент Fibaro в качестве внешних кнопок управления. Это, конечно, искусственный вариант, но никаких других подходящих устройств под рукой не нашлось.

Модель для трансляции команд в интерфейс RS-232 работает немного иначе. Кроме порта 4998 для настройки и проверки состояния, она использует второй порт (для единственного порта в серии iTach — 4999, в GC-100 встречаются и другие значения) для организации канала передачи и приема данных с этим интерфейсом. Для проверки данного сценария использовался телевизор Sharp, который как раз имел последовательный порт. Соединение осуществлялось стандартным трехпроводным кабелем. Требуемые настройки порта указаны в руководстве к телевизору. В нем же можно ознакомиться с перечнем доступных команд. В частности предусмотрены включение и выключение устройства, переключение входа, выбор канала, управление громкостью, режимами видео и звука и некоторые другие функции.

Пожалуй, именно реализация передачи инфракрасных команд производит наибольшее впечатление. Устройства максимально универсальны благодаря гибкой настройке всех параметров пакетов, включая частоты модуляции, числа и длительности импульсов, а также режимов повтора, в отличие от других моделей, которые обычно умеют только запоминать и воспроизводить ограниченное число пакетов. Для отправки используется команда «sendir» со всеми указанными параметрами, так что реальная строка может быть очень длинной. После завершения передачи, адаптер отправляет отчет. При необходимости передачу можно остановить специальной командой.

Для получения необходимых для передачи пакета данных есть несколько способов — использование готовой базы кодов, что применяется в некоторых системах автоматизации, конвертация кодов из формата HEX в оригинальной утилите iConvert или обучение через встроенный ИК-приемник (или внешний в случае серии GC-100) с использованием программы iLearn.

Правда при работе в Windows 8.1 утилита показала себя не очень стабильно. В любом случае лучше все-таки использовать готовые коды, поскольку они обычно более точные. Отметим, что производитель предоставляет доступ к своей базе кодов на специальном сайте. Некоторые дополнительные сложности здесь могут быть связаны с тем, что индексация в этой базе идет не по конкретными моделям оборудования, а по сериям пультов. Например, для телевизоров LG предлагается на выбор семь комплектов, из которых самостоятельно придется подбирать нужный. Тестирование сценария ИК-управления проводилось с комплектом из телевизора, ресивера и медиаплеера.

Дополнительно продукты серии IR могут использовать свои порты для работы с внешними датчиками (замыкание контактов, наличие напряжения или низкочастотного видеосигнала). Их состояние можно будет считывать по сети или же настроить регулярную отправку широковещательных сообщений статуса по протоколу UDP.

Еще одним, поддерживаемым только в моделях iTach, режимом выходов является управление светодиодными лентами. В этом случае для регулировки яркости (димирования) используется ШИМ. Предусмотрено использование ста уровней, выбор скорости изменения и контроль состояния. Дополнительно недавно был реализован и специальный выделенный (занимающий все три порта) режим для подключения светодиодной ленты и одной или двух кнопок управления ей.

Для первоначальной проверки работоспособности адаптеров пригодится утилита iTest. Она позволяет отправлять команды на адаптеры и отображать ответное сообщение. Мы использовали ее для того, чтобы убедиться в правильной настройке всех используемых в тесте устройств. Особенно она полезна для тестирования ИК-команд управления, поскольку правильно считать код пульта ДУ получается не всегда с первого раза и перед программированием команд и скриптов нужно быть уверенным, что все работает, как ожидалось. Ну а дальнейшее уже было делом техники.

Для первого сценария интеграции в систему автоматизации мы использовали широко известный отечественный продукт iRidium. Он позволяет создавать пользовательские интерфейсы управления системой, работающие на смартфонах, планшетах и компьютерах. Уникальной особенностью решения является гибкость в оформлении внешнего вида — можно не только выбирать элементы управления, но и изменять их дизайн, использовать собственные изображения, фотографии и шрифты. Кроме того, в системе предусмотрено взаимодействие с основанными на AMX, Crestron, KNX и другими интерфейсами решениями. Более подробно о продукте мы расскажем в отдельной статье.

Интерфейс создается для требуемого варианта панели управления в программе iRidium GUI Editor. На первый взгляд, больше всего она похожа на графический редактор. В дополнительных окнах и меню пользователю доступны списки готовых изображений и элементов управления, каталог интерфейсов и устройств, программирование действий и другие возможности.

В качестве примера мы создали интерфейс с двумя переключателями для трех каналов IP2CC и несколькими кнопками для управления техникой через ИК и последовательный порт. Заметим, что здесь можно использовать и обратную связь, что может быть полезно, например, для контроля состояния выходов реле и изменения внешнего вида кнопок. Обратите внимание, что конкретные ИК-команды доступны во встроенной базе данных и достаточно использовать простое перетаскивание мышкой для их использования. И конечно можно назначить одной кнопке интерфейса не просто одну команду, а целый скрипт, например, для включения домашнего кинотеатра для режима просмотра видео с медиаплеера.

Кроме того, прямо из интерфейса редактора доступна функция обучения. Для контроллера последовательного порта такой базы команд нет и вам придется самостоятельно вписывать требуемые коды из документации к оборудованию. Отметим, что на сайте разработчика iRidium можно найти подробные руководства и примеры использования данного сочетания.

Второй сценарий мы реализовали с контроллером Fibaro Home Center Lite. Благодаря поддержке виртуальных устройств, работающих по IP-сети, мы смогли создать пользовательские элементы управления (кнопки) и привязать к ним определенные команды для отправки на адаптеры Global Cache. За исключением подбора требуемых ИК-кодов и тонкостей форматирования отправляемых команд, никаких сложностей в данном сценарии мы не встретили. Заметим, что в этой системе автоматизации не предусмотрено получение обратной связи от виртуальных устройств и контроль их состояния.

Как мы видим, выбор протокола IP оказался действительно правильным решением, позволяющим использовать адаптеры с различными контроллерами и, что немаловажно, обеспечить простоту настройки.

Заключение

Современные системы автоматизации, несмотря на свою долгую историю и часто очень широкий выбор моделей, не всегда способны полноценно работать со сторонними устройствами, оснащенными такими популярными интерфейсами, как RS-232 и ИК. Рассмотренные в этом материале специализированные адаптеры производства Global Cache могут эффективно решать эти задачи благодаря поддержке стандартного сетевого интерфейса, простым протоколам управления и гибкой конфигурации.

В случае необходимости управления небольшим числом устройств можно использовать компактные продукты серии iTach, а при размещении оборудования в стойках пригодится серия GC-100. Из других положительных характеристик отметим высокое качество изготовления, возможность питания широким диапазоном напряжений, стабильные прошивки, качественную поддержку, известность среди инсталляторов и разработчиков программного обеспечения в этой области.

Практическое исследование показало, что адаптеры легко подключить, настроить и интегрировать в систему автоматизации. Некоторые сложности могут быть с подбором ИК-кодов для управления техникой, но здесь может помочь готовая база производителя и режим обучения от существующего пульта. Выбор стандартной сетевой среды позволяет использовать устройства практически с любыми современными системами автоматизации, в том числе и с контроллерами в проектах собственной разработки. С точки зрения практического использования стоит учесть отсутствие какой-либо защиты в сетевом протоколе управления, однако в данном случае это вызвано установкой контроллеров с относительно невысокой производительностью. Возможно, в следующих поколениях продуктов производитель уделит внимание и этому вопросу.

Стоит упомянуть, что в этом обзоре мы не говорили о последней модели адаптера — iTach Flex. Это устройство еще меньше по размеру, чем представители семейства iTach, поддерживает интерфейсы RS-232 или ИК (один или три передатчика), встроенный приемник для обучения и управление через веб-браузер.

В завершение публикации стоит сказать пару слов о стоимости продуктов. Ценообразование для оборудования, используемого в системах автоматизации, рассчитанных на установку профессиональными инсталляторами, конечно, сложно назвать привлекательным для конечных пользователей. Но это является особенностью данного сегмента рынка, где обычно речь идет о стоимости проекта целиком, с учетом разработки, установки, настройки и обучения. Так что приведем локальный розничный прайс-лист на рассмотренное оборудование Global Cache отечественного дистрибьютора Auvix просто для справки.

ПродуктСтоимость
iTach IP2CC/IP2SL/IP2IR$225
iTach IP2CC-P/ IP2SL-P/IP2IR-P$290
iTach WF2CC/WF2SL/WF2IR$275
GC-100-06$315
GC-100-12$592



Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.