Przegląd przełączników Wi-Fi, czyli jak sterować elektryką w domu

HomeKit jest natywnym systemem inteligentnego domu „pierwszego wyboru”, dla użytkownika sprzętu Apple. Jednak choć urządzenia zgodne z HomeKit stają się coraz powszechniejsze i tańsze, to nadal nie zawsze są w zasięgu cenowym lub nie można znaleźć odpowiedniej dla naszych potrzeb oferty. W takiej sytuacji z odsieczą przychodzą tanie i często dobrze wyposażone przełączniki Wi-Fi niekoniecznie zgodne z HomeKit.

Cztery różne przełączniki o takim samym „sercu”

Dzięki uprzejmości houseiq.pl miałem możliwość przetestowania czterech przełączników Wi-Fi, które, choć pochodzą od kilku producentów i znacznie różnią się od siebie kształtem i możliwościami, mają jedną wspólną i bardzo nie tylko przeze mnie pożądaną cechę. Są oparte na układach firmy Espressif ESP82xx. O tym, dlaczego układ, który stanowi serce przełącznika, może być tak ważny, dowiecie się w części dotyczącej oprogramowania.

Wszystkie przełączniki działają z dedykowanymi aplikacjami dla iOS. Trzy z nich współpracują z systemem eWeLink stosowanym przez firmę Itead, a kolejny z Shelly Cloud. Do aplikacji jeszcze wrócimy, bo to one są najsłabszą częścią „systemów”. Na szczęście i na to jest sposób.

Na początek cechy wspólne testowanych przełączników.

Wszystkie łączą się z siecią lokalną za pomocą Wi-Fi 2,4 GHz. Z tego powodu musimy upewnić się, że nasz punkt dostępowy (router) potrafi obsługiwać jednocześnie oba pasma: 2,4 GHz i szybsze dla naszych komputerów oraz innych urządzeń 5 GHz. Oczywiście jeżeli cała sieć działa w paśmie 2,4 GHz, to też nie będzie problemu z używaniem wspomnianych przełączników. Urządzenia mogą działać w standardzie b, g i n do 150 Mb/s, choć akurat prędkość nie ma tu specjalnego znaczenia. Dodatkowo każdy z nich może pracować jako punkt dostępowy, co jest istotne podczas konfiguracji. Moduły mają też „tajną broń” pod postacią protokołu ESPNOW.

Wszystkie przełączniki są zasilane z 230 V, a w zasadzie to 110 do 240 V i takim napięciem mogą przełączać, choć Shelly jest bardziej uniwersalny. Jak niestety 95% urządzeń dostępnych na rynku wymagają podpięcia do dwóch przewodów: L (gorący „z napięciem”) oraz N (neutralny – masa). Tego drugiego często nie uświadczymy w puszkach pod przełączniki ścienne, zwłaszcza w starszych instalacjach.

Sonoff Basic R3

Na pierwszy ogień poszła trzecia wersja urządzenia, od którego zacząłem swoją przygodę ze Smart Home, HomeKit oraz programowaniem mikrokontrolerów.

Przełącznik tak jak poprzednik ma stosunkowo niewielkie wymiary, bo 90 × 40 × 24 mm, ale jest też największym w stawce. Niestety nie zmieści się w większości puszek, za to łatwo zainstalować go np. na przedłużaczu lub kablu zasilającym jakieś urządzenie.

Sonoff Basic R3 może załączać zasilanie dla urządzeń o mocy do 2,2 kW, czyli pobierających maksymalny prąd 10 A. Poza sterowaniem za pomocą aplikacji eWeLink można używać wbudowanego przycisku. Służy on również do uruchamiania trybu parowania i resetowania urządzenia. Dodatkowy przełącznik fizyczny wymaga już ingerencji sprzętowej, i to z użyciem lutownicy oraz najprawdopodobniej modyfikacji oprogramowania. Stan pracy sygnalizują dwie diody, niebieska pokazuje status urządzenia, np. podłączenie do sieci Wi-Fi lub pracę w trybie parowania (gdy mruga). Czerwona świeci się, gdy przekaźnik jest załączony.

Względem poprzednika różni się wygodniejszą obudową składającą się z dwóch elementów. Złącza wejściowe są usytuowane z przeciwnych stron przełącznika. Aby przykręcić kable, należy zdjąć część obudowy, odkręcić zaciski unieruchamiające kable i wetknąć oraz dokręcić złącza na kable. Elementy zaciskające kable są niewielkie i trzeba się lekko nagimnastykować, jednak całkiem solidnie przytrzymują przewód. W obudowie znajdują się otwory pozwalające na przykręcenie przełącznika do wybranej powierzchni. Antena Wi-Fi znajduje się na płytce wewnątrz urządzenia, ale zapewnia przyzwoity zasięg zbliżony do tego, jakie mają nasze iPhone’y.

Sercem Sonoff Basic R3 jest układ ESP8285, który dysponuje wbudowaną pamięcią flash o wielkości 1 MB.

Cena Sonoff Basic R3 to około 33 zł.

Sonoff mini

To przełącznik będący odpowiedzią na „problem z miejscem”. Jest na tyle mały (42 × 42 × 20 mm), że powinien bez trudu zmieścić się w zdecydowanej większości puszek podtynkowych, również tych na przełączniki do światła. Tak jak poprzednik to maleństwo może sterować mocą do 2,2 KW (10 A) i stan pracy sygnalizuje prześwitującymi przez szparę diodami.

Złącza na wszystkie kable są wyprowadzone na jednej krawędzi, mamy tam dwa wejścia N (masa), wejście zasilające L (gorący), załączone wyjście L oraz pewną niespodziankę. Tą niespodzianką są dwa wyjścia dla zewnętrznego przełącznika. Jeżeli w puszce, w której znajdował się przełącznik ścienny, mamy zasilanie (przewody L i N oraz wyjście do sterowanego odbiornika), to do złącz sterujących możemy podpiąć przewody załączane włącznikiem i nadal mieć możliwość tradycyjnego sterowania światłem. Możliwość podłączenia zewnętrznego przełącznika może się też przydać w wielu innych sytuacjach. Podłączone dwa przewody powinny być przez przełącznik zwierane. Informacja dla „grzebaczy”. Załączenie powoduje zwarcie do masy wyjścia GPIO04 w mikrokontrolerze. Podobnie jak w poprzedniku, całością steruje ESP8285 z 1 MB wbudowanej pamięci flash.

Ciekawostką jest również zastosowanie zewnętrznej anteny. Jest ona w postaci płytki 35 × 10 mm, która umieszczona została na przylutowanym przewodzie o długości 10 cm. Takie rozwiązanie pozwala na znaczne zwiększenie zasięgu, zwłaszcza gdy przełącznik ma trafić gdzieś głęboko pod kable w puszce ściennej.

Cena Sonof mini około 38 zł.

Wi-Fi smart switch

Ten przełącznik nieokreślonego bliżej producenta jest tak samo, jak wcześniej opisane Sonoffy, firmowo zgodny jest z oprogramowaniem eWeLink. Również jak poprzednicy w środku ma układ ESP8285 z 1 MB Flash.

Jest jeszcze mniejszy od Sonoffa mini: 42 × 40 × 20 mm, nie uwzględniając wypustek do przykręcania i wystającego przycisku, które można odciąć, jednak nie ma, dodatkowych złącz dla przełącznika. Dodatkowo z obudowy wystaje przycisk. W przypadku braku miejsca można go przyciąć, zrównując z obudową. Jeżeli chcemy podłączyć dodatkowy przełącznik zewnętrzny, to bez lutownicy się nie obejdzie.

Mniejszy rozmiar okupiony został mniejszą mocą maksymalną, którą przełącznik steruje. W przypadku obciążeń oporowych to 1000 W (5 A), a w przypadku indukcyjnych lub LED lepiej nie przekraczać 200 W. To i tak w większości zastosowań całkiem sporo. Antena Wi-Fi jest wewnątrz na płytce drukowanej, ale zasięg pozostaje przyzwoity.

Małe rozmiary pozwalają umieścić ten przełącznik wewnątrz wielu urządzeń. U mnie bez problemu zmieścił się w osłonie kostki wentylatora sufitowego, a w wentylatorze stojącym zmieścił się w nóżce, tam gdzie przełączniki.

Cena Wi-Fi Smart switch około 35 zł

Shelly 2.5

Na deser zostawiłem prawdziwe cacuszko. Jest to najdroższy z opisywanych przełączników, jednak jednocześnie najmniejszy i mający największe możliwości. Jego wymiary to jedyne 39 × 35 × 16 mm z dodatkowo ściętymi dwoma rogami, co idealnie wpasuje go w nawet niewielkie lub mocno zapełnione kablami puszki.

Nie tylko wymiary Shelly są wyjątkowe. Potrafi sterować dwoma obwodami. Każdy z nich może przełączać prąd do 10 amperów, co daje moce ponad 2 kW na przekaźnik. To naprawdę imponujące! Nie dość, że maleńkie, to jakby dwa w jednym. To nie koniec, bo każdy z obwodów może być sterowany włącznikiem fizycznym. I tu jest kolejna ciekawostka. Inaczej niż w Sonoff mini, obwód do fizycznego przełącznika nie ma za zadanie zwierać dwóch wyjść, ale ma podawać napięcie (linię L) na wejście. Takie rozwiązanie daje całkiem nowe możliwości.

Jak już wspominałem, problemem przy stosowaniu tego typu włączników Wi-Fi jest brak linii neutralnej w zasilaniu. Jednak w niektórych sytuacjach, dzięki możliwości sterowania za pomocą pełnego napięcia L, można umieścić przełącznik przy odbiorniku. Jeżeli jest to żyrandol, który ma doprowadzone dwa obwody, to jednym stale zwartym możemy zasilać przełącznik i całość, a drugim sterować przynajmniej jednym z obwodów sprzętowo za pomocą starego przełącznika pozostającego w ścianie.

Kolejną przewagą względem wcześniej opisywanych urządzeń jest możliwość sterowania roletami. Najlepiej gdy są to rolety, których napęd sam się wyłącza, gdy osiągają skrajne pozycje. Można też zastosować krańcowe przełączniki podpięte do Shelly.

Jak widać, to maleństwo ma znacznie większe możliwości przy wyjątkowo kompaktowym rozmiarze. Jednak jeżeli myślicie, że dwa obwody ze sterowaniem „sprzętowym” to już wszystko, jesteście w błędzie.

Pomiar mocy. Tak, producentowi udało się wepchnąć w obudowę dodatkowy układ pomiaru napięcia, prądu, mocy chwilowej, współczynnika mocy i zużycia energii każdego z obwodów osobno! Prawda, że to miło?

W przeciwieństwie do poprzedników Shelly może być też zasilany prądem stałym o napięciu od 24 do 60 V. Pozwala to na zastosowanie go w obwodach sterujących silnikami prądu stałego lub bardziej rozbudowanymi systemami oświetlenia LED.

Na koniec niespodzianki dla „programistów i grzebaczy”. Shelly 2.5 ma wyprowadzone najważniejsze, przy samodzielnym wgrywaniu oprogramowania, piny na zewnątrz obudowy. Sercem całości jest ESP8266 z zewnętrzną pamięcią flash 2 MB, co również pozwala na implementację bardziej rozbudowanych funkcji.

Cena Shelly 2.5 to około 105 zł

Oprogramowanie

Jak już pisałem, standardowe oprogramowanie jest najsłabszym elementem opisywanych systemów. Shelly korzysta z aplikacji, która jest nakładką na interfejs webowy. Komunikacja z urządzeniem może odbywać się bezpośrednio w sieci lokalnej, ale wiele funkcji dodatkowych, jak też sterowanie spoza domu wymaga dostępu do internetu i połączenia z serwerami Shelly Cloud. Sam proces parowania również nie jest komfortowy, ale to wspólna cecha wszystkich urządzeń bez MFi.

Sonoffy i Wi-Fi mini używają aplikacji bardziej przypominającej przyzwoity program na iOS, ale również wiele funkcji wymaga połączenia z serwerami i dostępu do internetu. Sposób parowania jest prawie identyczny z Shelly. Przełącznik należy wprowadzić w tryb „Punktu dostępowego” i w iPhonie wybrać jego sieć Wi-Fi i się do niej przyłączyć. Po podaniu nazwy i hasła do naszej sieci lokalnej (pamiętajmy, że musi pracować w paśmie 2,4 GHz) przełączniki łączą się do niej i można zacząć z nich korzystać.

Ciekawostką jest tryb DIY, który mają oba opisywane Sonoffy. Producent zauważył, że w jego przełącznikach namiętnie jest wymieniane oprogramowanie, aby można było ich używać we własnych projektach. Teraz wystarczy założyć wewnątrz Sonoffa mini lub R3 dostarczoną w opakowaniu zworkę, aby przełącznik zaczął pracować jako serwer REST. Pozwala to na przesyłanie do niego i dobieranie komand i komunikatów w formacie JSON. Znacznie ułatwia to stworzenie własnego systemu sterującego, a nawet podłączenie ich do HomeBridge, czyli nieoficjalnego pomostu do HomeKit dla urządzeń niewspieranych, bez znajomości programowania mikrokontrolerów.

Shelly podobnie pozwala na sterowanie swoim przełącznikiem za pomocą komend MQTT i REST. Według producenta jego przełączniki bez problemu można używać z gotowymi systemami automatyki domowej: Domoticz, OpenHAB, Home Assistant i innymi.

Na wszystkie urządzenia z ESP82xx dostępne są alternatywne programy wewnętrzne. Jest ich wiele, od bardzo popularnego Tasmota przez różne rozwiązania napisane w Arduino. Większość jest dostępna jako Open Source za darmo i nawet bez większych umiejętności możemy je modyfikować.

Aby samodzielnie wgrać takie oprogramowanie, należy zapatrzyć się w adapter USB-UART. Przeczytacie o tym w moim cyklu na mojmac.pl.

Jednak jeżeli nie chcecie bawić się w zmianę oprogramowania samemu, to możecie wgranie alternatywnego softu zamówić jako usługę przy zakupie przełącznika w houseiq.pl.

Te urządzenia stanowią dobrą alternatywę dla droższych rozwiązań, ale głównie dla osób, które nie boją się pewnych eksperymentów i chcą niektóre rzeczy zrobić po swojemu. Jednak i ze standardowym oprogramowaniem są użyteczne podczas „zwiększania sprytności” naszego domu, jeżeli ktoś nie chce eksperymentować z alternatywnym oprogramowaniem.

Do testów dostarczył: houseiq.pl