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Z-Waveホームネットワークで、電力使用量の見える化/家電遠隔制御/自宅IPカメラ遠隔監視をやっています。


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やっと我が家のZ-Wave「ホームオートメーション、兼、電力使用量モニター(見える化)、兼、監視カメラ」家庭内ネットワークのご紹介です。

Z-Waveはホームオートメーションのための家庭内無線ネットワークとしてデンマークの企業Zen-sysが2003年に開発したもので、900MHz帯域の無線を使用し、約30メートルの伝達距離範囲内でネットワークが構築できます。

使用周波数
ヨーロッパ:868.42 MHz SRD Band
南北アメリカ(ISM Region 2):915 MHz ISM Band
アメリカ:908.42 MHz
香港:919.82 MHz
オーストラリア/ニュージーランド:921.42 MHz
日本:920 MHz (2012年7月から認可)

その後、2008年にZen-sysは半導体メーカーSigma Designに買収されて、現在に至っています。

ホームオートメーション・ネットワークには他にZigbeeという国際標準があり、電力メーターに採用されていることが多いので、電力会社はZigbeeネットワークをホームオートメーションに推薦することが多いです。
それに対し、Z-Waveネットワークは電話会社/CATV会社の推薦の場合が多いです。

最近では、1975年に開発された家庭内電気配線(パワーライン)を信号伝達媒体として使用したX10ネットワーク(1997年12月に特許期限切れ)を拡張したInsteonというホームオートメーションネットワーク技術がSmartLabs社から開発されていて、商品も出ています。InsteonがZ-WaveやZigbeeと違う点は、無線ネットワークとパワーラインネットワークをハイブリッド(組合わせ)で使用することが出来て、旧X10装置とも互換性があることです。

現在ではZigbeeとZ-Waveのゲートウェイが出来ており、電源オン/オフ制御や電力使用量モニター情報は、ZigbeeコントローラーからZ-Wave互換周辺装置へも、また、Z-WaveコントローラーからZigbee互換周辺装置へも、制御と情報のやり取りが出来ます。
更に、Z-WaveネットワークとInsteonネットワークを繋げるブリッジ装置も、存在します。

したがって、昔のホームオートメーションシステムとは違って、少なくともどちらかのホームネットワーク技術に対応したシステムから構築し初めて、後にコストやパーフォーマンスや機能の関係で別のホームオートメーション技術を導入したとしても、それらを組み合わせる技術があるので、最初のネットワークが全く無駄になることはありません。

なお、日本では2012年7月にZ-Wave用の使用周波数920MHzが政府により許可されたため、2012年8月20日にZ-Wave Allianceが日本事務所を設立し、これまでの国際Z-Wave商品を日本の周波数に対応することも含め、これから日本でのZ-Wave本格進出が期待されます。

我が家ではMi Casa Verde社のZ-WaveコントローラーVera2を使い、約2年弱前の2011年3月頃から使っています。
MiCasaVerde.com

■ Z-Waveホームオートメーションで、何が出来るの?

1.Z-Wave対応コンセント装置をインストールすれば、コンセント単位で使用電力のリアルタイム・モニターが、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外でできます。
2.Z-Wave対応コンセント装置をインストールすれば、コンセント単位で電源のオン/オフが、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外でできます。
3.壁スイッチをZ-Wave対応スイッチに変えれば、壁スイッチ単位で電源のオン/オフが、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外でできます。
4.玄関の錠前をZ-Wave対応錠前に変えれば、錠前を、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外で開け閉めできます。また、錠前の開閉状態がわかります。
 ※ 自宅に親が居ない時に子供が帰ってきた時、あるいは修理屋が来た時に、遠隔地からドアを開けてあげる、という想定。
5.Z-Wave対応の電気製品(Z-Wavet対応の洗濯機、乾燥機、冷蔵庫、などが販売されている)を、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外で操作できます。
6.Z-Wave対応の自動カーテン/ブラインドなどを、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外で操作できます。
7.IPカメラを、PC/スマホ/タブレットから家庭内/家庭外から見ることができます。
8.Z-Wave対応のセンサー(温度センサー、ドアや窓の開閉センサー、光センサー、など)を配置して、それらの監視モニターを行えます。
9.Z-Wave対応の温度調節装置(Thermostat)を取り付ければ、遠隔地からエアコンを入れたり、暖房を入れたり、切ったり、出来ます。
10.イベント(センサー反応や、電源オンまたはオフ)が発生したときに、通知を事前設定した相手にメールやテキストメッセージで自動送信できます。
11.家庭内のZ-Wave対応電源装置を事前プログラム設定して「タスク」を作成し、一つのPC/スマホ/タブレット画面のボタンを押すことによってそのタスクが実行できます。
 ※ 外出時には「室内の電灯をオフにし、門灯と玄関外の電灯はオンにする。」といった操作を、一つのボタンを押すことで出来る。

現状、我が家で出来る/やっていることは、上記中1、2、7、10、です。11もやろうと思えば出来ますが、・・・

なお、我が家では室内外の温度・湿度センサーは別途、気象(ウェザー)ステーション・システム(Oregon Scientific WMR200A)で、「9ヵ所の室内温度センサーと、室外の風向・風力・雨量・紫外線強度・温度・湿度測定、他にもう1ヵ所の室外温度センサー」がネットでどこからでも見られるシステムを設置しています。(この紹介は、またいつか・・・)
 
 

■ 我が家のZ-Waveホームオートメーション装置構成

1.Z-Waveコントローラー

Z-Waveホームネットワークには、Z-Waveネットワークのコントロールセンター(ハブ)が必要です。
このコントローラーは900MHz周波数帯の電波を使って、Z-Wave周辺装置と通信します。

そして、このコントローラにはRJ45ポートがあり、家庭内固定LANに接続してインターネットに繋がります。

現在はWiFiハブにもなるVera2を使用していますが、これをインストールする前に既に家庭内WiFi LANは別のWiFiアクセスポイントを設置しているので、Z-Waveコントローラー(Vera2)のWiFiポートはDisableしています。
 
 

Vera2のWiFiポートはDisableしておいても時々戻ってくる(勝手にEnableになる)ので困っており、また、Vera2のFirmwareも安定しているとは思えないので、WiFi機能の無い新モデルのVera Liteを購入済ですが、21ノードのZ-Wave周辺装置構成の既存Z-Waveネットワークを新しい装置に移行するのが手間で、未だにVera Liteは設置していません。

 
 

2.電力使用量をモニターするZ-Wave対応SmartSwitch 21個

コントローラーのメーカーと同じMi Casa Verde社のZ-Wave対応SmartSwitchを21個、家庭内のコンセントに設置しています。(1個はコントローラの購入時に無料でも貰ったおまけ。)
Mi Casa Verde SmartSwitch

SmartSwitchがオンの状態の時には、青いLEDが点灯しています。

 

冷蔵庫の電源コンセントとか・・・
 
 

PCももちろん、

 

インターネットなどの通信ハブ・・・

 

複数の電気製品をコンセントに差し込むときには、SmartSwitchをまず壁コンセントに差込み、電源タップをそれに繋げて、電気製品のコードを電源タップに繋いています。

 
 

3.IPカメラ 6個

家の内外にIPカメラ6個が設置されています。
うち、1個は有線LANの安い台湾製カメラ(IP Kamera 9000)をサーバー室に、主にサーバーの電源がオンかどうかの確認用に・・・

 

残りはWiFiでLinkSys WVC54GCAカメラを屋外4箇所、もう一つは屋内で一番人の動きが多い居間に設置しています。
 
 


 
 

4.X10 ワイヤレスカメラ 1個

Z-Waveホームオートメーションネットワークを構築する前にはX10で家庭内ホームオートメーション/ワイヤレスカメラ・ネットワークを10年近く構築していましたが、
X10.com
X10.COM社のX10ワイヤレスカメラ制御のリモコン周波数とZ-Waveの周波数が同じ周波数帯域で、相互に干渉するために、このX10.comカメラが制御(カメラ切替え)が出来なくなりました。そこで、X10のカメラを一個だけ残し、他は撤廃しました。

 

結果的に、X10.comカメラの映像音声信号は常時1台だけが発信していて、その信号をレシーバーで受信し、

 

レシーバーからのNTSC信号を「NTSC ⇒ USB」変換アダプターを通して、一台のPC(サーバー)で再生しています、。
YoshidaCam.jpg

このカメラはお向かいさんの家が映っていますが、目的はお向かいさんの家をスパイする為ではなく、家の前に止まる車を映して、訪問者や配達の車が来たかどうかを知るためです。
 
 

■ Z-Waveネットワーク構築手順

Z-Waveメッシュ・ネットワークの構築方法はここでは細かく書きませんが、コントローラー初期設定後、一つ一つのZ-Wave周辺装置をコントローラーに登録していきます。また、そのときに、新しい周辺装置と他の既存の周辺装置との間の、メッシュネットワークの相互依存関係の再構築をしていきます。

新しいZ-Wave周辺装置をコントローラーに登録するときには、コントローラの近く(数メートル以内)で行う必要があります。したがって、Z-Wave周辺装置をコントローラの近くで登録するか、(壁スイッチなど移動することが難しいときには)バッテリー内蔵のコントローラーを屋内移動して、設置したZ-Wave周辺装置の傍に移動して、登録を行います。
 
 

■ PCアプリ画面

Z-Waveコントローラーは内部にウェブサーバーを持っているので、それにIPアドレスでアクセスすることによって、Z-Wave周辺装置の制御と状態モニターが出来ます。

また、無料でポータル(cp.MiOS.com)に登録でき、これにユーザー名とコントローラのシリアル番号を登録すると、ポータルがリアルタイムでコントローラにアクセスして情報収集を行い、ポータルからZ-Waveコントローラーを制御・モニターできます。
MiOS.com 登録/ログイン画面

MiOSポータルを介することによって、家庭内LANがDHCPアドレスを使っている場合にでも、MiOSポータルが自動的にZ-Waveコントローラーを探してくれるので、Z-Waveコントローラーの動的IPアドレスが変わっても、それを知る必要がありません。

また、家庭外(遠隔地)からもインターネットさえ繋がっていれば、自分の家のZ-Waveホームオートメーション・ネットワークの制御と監視が出来ます。

PCアプリの画面から出来ることは、

 

部屋毎にZ-Wave周辺機器を構成したり、

 
個々のZ-Wave周辺装置やIPカメラを制御・監視したり、電源のオン/オフ状態や、リアルタイムでの使用電力量(ワット)を表示したり出来ます。
もちろん、電源をオン/オフ切り替えが出来ます。
IPカメラもリストから選択して、画像を拡大して見ることが出来ます。(カメラの向きを変えられるタイプであれば、向きの操作も出来ます。)

 


 

Z-Wave周辺装置毎のリアルタイムでの電力使用量をワット単位やパイチャートで見たり、

 

部屋毎(一つの部屋に複数のZ-Wave周辺装置)にリアルタイムでの電力使用量をワット単位やパイチャートで見たり、

 

過去の電力使用量の傾向を装置毎や

 

部屋毎にワット単位で見たり、

 

過去約4ヶ月までの記録がポータルに保存されるので、その期間内の傾向も見られます。(このグラフの中で大きな電力使用ピークがある週は、その週内のある日のある瞬間に、電源サージが発生したことを意味しています。当地ではスマートグリッド採用により、市内での電力使用負荷にアンバランスが生じると、その都度自動的に電力送電状況を変えるため、一日に何度もその切替え時に瞬間停電が発生し、サージが発生します。)

 


 


 

また、事前にKWH当たりの電力料金を入力しておくと、各Z-Wave周辺装置毎の日平均使用電力量と電気料金を計算してくれます。
これを見ると、我が家の台所の冷蔵庫は、平均一日$0.44(月$13.20)電力を消費しています。常時電源をオンにしっぱなしのPCは、1台で平均一日に$0.44(月$13.20)消費しています。
居間にあるCATVセットトップボックスとTVは、一日平均$0.20(月$6.00)の消費ですね。

 

この我が家のZ-Wave家庭内電力モニターでは、コンセントに繋がっていない装置(つまり、天井の電気、セントラルヒーティングやエアコン、など)はモニターできません。したがって、我が家の全体の電力使用量の約70%くらいがモニターできているということになります。

このグラフを暫く(1ヵ月くらい)見ていると、自分の家での電力使用パターンは大体解ります。逆に言うと、それ以降は余り見なくなりますね。
 
 

■ iPadアプリ画面

Z-Wave対応のiOSアプリは色々出ていますが、

 

Automator.app (Vokac Woodworks)が完成度が高いかな、と思っています。

 

PC版と同じようにリアルタイムでIPカメラを監視したり、

 


 


 

Z-Wave互換電源装置のオン/オフ制御と、使用電力量をモニターしたり、

 


 

リアルタイムでZ-Wave周辺装置とコントローラー間の信号のやり取りをモニターしたり、できます。

 

もちろん、外出先からセルラー回線を使用しても接続できます。(セルラー回線接続時は、カメラ映像はリフレッシュするサイクルが少し遅いです。)
 
 

■ iPhoneアプリ画面

iPadアプリに比べると画面が小さいだけで、iPhoneアプリからも全ての機能が使用できます。

カメラの監視、

 

電源オン/オフ状態の監視と、使用電力量のリアルタイム・モニター、

 

遠隔地からの電源オン/オフ制御、
 
 

リアルタイムでZ-Wave周辺装置とコントローラー間の信号のやり取りをモニター、

 

プッシュ通知の設定、など。
 
 
 











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