2.2.1. Интернет в «обычной» розетке для скрытого монтажа
Провести Интернет через розетку позволяет специальное устройство стандарта HomePlug (PowerLine-адаптер, к примеру фирмы Tenda). Необходимо несколько однотипных устройств – по одному на каждый компьютер. Выглядит он как небольшая коробочка с вилкой -наподобие зарядки от мобильного – и имеющая сетевой разъем RJ-45 под витую пару (см. рис. 2.2). Схема работы сети проста.
Рис. 2.2. Внешний вид розеток для скрытого монтажа, которые применяются для доработки
Несколько HomePlug-адаптеров – столько, сколько нужно прицепить компьютеров. Вставляете в один из них патчкорд, соединяя с роутером, настроенным на интернет-провайдера («PowerLine» означает в переводе «электропроводка»). В соседнем помещении вы вставляете точно такой же PowerLine-адаптер и подключаете его также витой парой к другому компу. Все, Интернет через розетку 220 В проведен. Остальные параметры локальной сети (IP, шлюз и др.) настраиваются так же, как если бы пользователь тянул стандартным способом сетевой кабель.
Как это работает? Стандарт HomePlug, лежащий в основе локальной PowerLine-сети, характеризуется преобразованием поступающих через сетевой порт Ethernet-данных в высокочастотный сигнал, который транслируется через розетку в электрическую сеть. В другой комнате такой же адаптер получает комбинированный сигнал с передаваемыми пакетами данных. Остается только демодули-ровать, распознать высокочастотный сигнал, преобразовывать его и вывести на сетевой Ethernet-порт, откуда он поступает в другой ПК, или по Wi-Fi. Такой тип подключения намного стабильнее, чем при использовании обычного Wi-Fi-повторителя, так как помехи минимальные и качество сигнала почти не падает.
Существуют Powerline-адаптеры с уже встроенным Wi-Fi-моду-лем, то есть, подключив его в розетку, можно вывести Интернет через электрическую розетку не только по кабелю, но и беспроводным способом, а значит, можно будет к нему подключиться с любого устройства, поддерживающего Wi-Fi, без докупки отдельного оборудования для ретрансляции беспроводного сигнала. Адаптеры с уже встроенным Wi-Fi в современных бытовых обстоятельствах никому не покажутся лишними (избыточными). Внешне их можно распознать по наличию характерной антенны, хотя ее может и не быть -надо смотреть описание на коробке или в инструкции (см. рис. 2.3).
Рис. 2.3. Вид Wi-Fi-модуля с антенной
К сожалению, у данного метода есть свои недостатки. Во-первых, работающие электроприборы могут создавать значительные помехи, из-за которых будут падать качество связи и скорость. Общая же пропускная способность построенной на HomePlug-адаптерах сети делится между всеми клиентами; чем больше компьютеров, тем ниже скорость и надежность.
Дальность действия сети ограничена 200 м и зависит от качества проводки. Электрическая проводка в старых домах без «свежего» ремонта оставляет желать лучшего. И если электролиния имеет трехфазовую структуру, то для осуществления Интернета через розетку необходимо в распределительный электрощит установить устройство фазового сопряжения. Поэтому необходимо подключать данные устройства в сопряженные, параллельно подключенные розетки. И тем не менее, несмотря на описанные недостатки, попробовать стоит, тем более что настройка этих устройств очень проста и позволит организовать локальную сеть на весьма приличное расстояние. Если при построении локальной сети в частном доме приходится использовать несколько ретрансляторов и антенн для стабилизации Wi-Fi-сигнала или сверлить перекрытия и тянуть десятки метров кабелей, то здесь для расширения достаточно лишь купить дополнительный адаптер. Перспективы технологии PowerLine тоже очень заманчивы: данным способом можно объединить всю бытовую технику в одну умную систему с единым центром управления на персональном компьютере.
Как настроить HomePlug PowerLine-адаптеры? Первый адаптер подключают в электрическую розетку, а патчкордом подключают к роутеру в его порт LAN. Последующие – подключают к другим розеткам и соединяют с персональными компьютерами, которые входят в локальную сеть. После технических этапов соединения кабелей и вставки устройств в розетки находят на их корпусах кнопки «SYNC» или «PAIR». Нажимают их по очереди на всех адаптерах, и таким образом они автоматически вступают в режим «коннекта» и начинают обмениваться информацией.
При успешном подключении друг к другу на корпусе, помимо прочих индикаторов, должен загореться светодиод. Также загорятся индикаторы «Power», «Сеть» и «Wi-Fi» (при наличии беспроводного модуля). Остальные настройки, необходимые для работы пользовательского оборудования в локальной сети, производятся в маршрутизаторах и в самих ПК. Тем не менее необходимо учесть IP-адреса данных адаптеров по умолчанию, чтобы иметь возможность зайти для управления в их панель конфигурации. Эти данные указаны чаще всего на наклейке на корпусе адаптеров. К примеру, PowerLine-адаптеры фирмы D-Link в моем случае имеют IP 192.168.0.222. Соответственно, вся сеть должна иметь такой же вид – у роутера внутренний IP 192.168.0.1, а у остальных компьютеров адреса вида 192.168.0.XXX, где «XXX» – число от 2 до 253.
Если же в вашем конкретном случае работает на маршрутизаторе DHCP-клиент, раздающий IP автоматически, поменяйте адрес роутера (на указанный выше – см. пример). Также актуален вопрос безопасности – ведь, приобретя адаптер этой же фирмы, любой сосед, который каким-то образом связан с вашей пользовательской разводкой электросети, сможет бесплатно пользоваться вашей сетью. Но это не проблема – для обеспечения максимальной защиты можно контролировать подключения сторонних пользователей, для чего существует специальная утилита (ПО, к примеру, от компании TP-Link), с помощью которой можно с одного ПК контролировать все подключенные к «розеткам» устройства.
Работает она так. После установки в главном окне пользователь видит MAC-адрес того адаптера, к которому ПК подключен. Кликаем по его иконке с помощью кнопки Connect. При успешном подключении появится надпись Connected on High Speed и начнется сканирование всей сети, а обнаруженные адаптеры отобразятся в списке ниже.
Обратите внимание на пустое поле пароля (Password). Кликните по строке, нажмите на кнопку Enter Password и задайте вручную уникальный ключ, указанный на наклейке, помещенной на дне корпуса адаптера. Проделываем то же самое со всеми устройствами из списка, после чего переходим на вкладку Privacy – именно тут настраивается безопасность. По умолчанию вся сеть является открытой (потенциальный сосед может ее легко использовать в своих целях). Но пользователь может и для безопасности должен сделать свою сеть приватной. Для этого надо задать свое уникальное название в поле Private Network Name, чтобы активировать протокол шифрования DES. Далее нажимают кнопку Set All Devices, чтобы добавить в нее все имеющиеся в локальной сети компьютеры.
2.2.2. Многофункциональная розетка с дистанционным управлением Wi-Fi своими руками
Обычно в многоквартирных домах реализуется одна и та же схема электропроводки: в домах в одной из комнат розетки объединены в блоки по два двухрозеточных модуля вплотную друг к другу, в двух стандартных пластиковых «подрозетниках» соответственно. Что надо пользователю?
Во-первых, получать команды через Wi-Fi и выдавать соответствующие управляющие сигналы на замыкание контактов. То есть нужен модуль контроллера с Wi-Fi. Поскольку существует плата на AR9331 и ее модификации – см. рис. 2.4, то реализация собственноручного изготовления Wi-Fi-управления не представляет проблемы.
Нам понадобится исполнительный блок – токовый ключ с реле, коммутирующие контакты которого рассчитаны на ток 16 A и напряжение в сети 220-250 В. В этом случае подходит практически любая схема и (или) модуль, готовый к выполнению описанной задачи, то есть управляемый импульсом амплитудой 5-9 В. Один из таких возможных модулей представлен на рис. 2.5.
Рис. 2.4. Модуль Wi-Fi: разные модификации на «открытой плате»
Рис. 2.5. Вариант исполнительного модуля
Сам модуль Wi-Fi придется взять готовый, промышленного изготовления, чтобы сэкономить время и средства. На рис. 2.4 были показаны разные модификации такого модуля. В моем случае применена плата, внешний вид которой представлен на рис. 2.6, а разводка печатной платы – на рис. 2.7.
Рис. 2.6. Внешний вид модуля Wi-Fi модификации ESP-01
Рис. 2.7. Внешний вид разводки печатной платы Wi-Fi модуля ESP-01
Питать эти два модуля (Wi-Fi и исполнительного устройства) надо напряжением 5-8 В, для чего вполне подойдет любой маломощный адаптер сетевого питания с соответствующим выходным напряжением.
Габаритные размеры этой платы настолько невелики, что их хорошо иллюстрирует рис. 2.8, на котором плата модуля изображена рядом с картой памяти.
Электрическая схема компактного модуля Wi-Fi в исполнении на плате ESP-01 (и аналогичных) представлена на рис. 2.9. Этот модуль можно универсально применять как в самостоятельных разработках, так и в составе дистанционных Wi-Fi-розеток.
Блок-схема соединений модуля Wi-Fi с основной платой и контроллером представлена на рис. 2.10.
Рис. 2.8. Иллюстрация габаритных размеров платы модуля Wi-Fi на базе контроллера AR9331
Дополнительно потребуется плата с обвязкой и разъемом RJ-45. Все это после монтажных соединений умещается в «подрозетник» так, что никакие элементы не видны и корпуса для данного самодельного устройства делать не нужно. В доме много приборов, постоянно подключенных к сети 220 В. Все «китайские» (предназначенные для бытового использования) блоки питания пригодны только для работы под постоянным присмотром пользователя. «Подрозетники» маркированы значком «негорючее, 650 градусов».
Рис. 2.9. Принципиальная схема модуля Wi-Fi
Светодиод для индикации режима работы розетки (On/Off) -любой. Чтобы светодиод был виден получше, сверлом диаметром 3 мм проделайте небольшое отверстие в розетке. Теперь устройство готово к практическим испытаниям. Когда включается реле (слышен щелчок), светодиод моргает, значит, электричество в розетку подается. Времени на такую сборку уходит не более двух часов. Теперь можно поработать над программным обеспечением (прошивка контроллера). Но это уже тема другой книги.
Рис. 2.10. Блок-схема соединений модуля Wi-Fi с контроллером
Как вариант вместо токового транзисторного ключа с исполнительным реле можно применять симистор в цепи переменного тока, включенный в цепь 220 В. Но управление симисторным модулем индуктивной нагрузкой небезупречно и имеет свои особенности, которые и следует учитывать разработчику.
Практические испытания проводились в июле 2015 года. Необходимо отметить помехоустойчивость этой розетки; при подключении к основным контактам (220 В) в розетку электрического фена мощностью 400 Вт сигнал не пропадает. Нагрев элементов устройства незначительный и превышает температуру +30 °С (замерено после 24-часовой эксплуатации в непрерывном режиме).
Можно пойти дальше и оснастить устройство тепловой защитой, которая, полагаю, не будет лишней. К примеру, хоть розетка (устройство) предполагает частое включение-выключение, это со временем приводит к износу контактов реле, которые будут искрить и нагреваться. Для устранения этой возможной неприятности необходимо установить температурный датчик на реле со стороны контактов и в случае нагрева отключать устройство. А можно пойти еще дальше и – при наличии соответствующей платы другого устройства – не только включать и выключать реле посредством Wi-Fi, но и отображать информацию о мощности нагрузки, а заодно и температуру в комнате.