How not to automatically open the gate

I read multiple articles on the internet about automatically opening/closing your gate for your car based on the GPS in your cellphone. When you enter/leave your home zone, the cellphone triggers the opening/closing. To make sure it works properly, stick a sensor on your gate to sense that the gate was properly closed. And use a tiny script to integrate it. A task for an hour, at worst a day, right?

I thought so as well. But I was wrong. Murphy's Law says that if something can fail, it will fail. In this case, everything initially failed. If you plan to automate your gate, I hope my observations will save you some time. The content is divided into 3 sections: location sensing, gate position sensing, and integration.

Location sensing: I use an iPhone. It has GPS and cellular internet. It should work, right? And it did. However, the iPhone checks whether you have entered/left a zone only once per 30 seconds (or a minute, I do not recall exactly). That means that if you enter the home zone, the gate can start opening immediately, after 30 seconds, or anything in between. One option for how to deal with that is to start opening the gate when I am still far away. However, what if I stop by a nearby shop or a restaurant when returning home? Then the gate will stay open, potentially for hours (or until a timeout). That is not ideal. Another option is to wait in front of the gate for up to 30 seconds until it opens. That is more irritating than pushing a button on the remote control. No thank you.

I researched how to increase the zone testing frequency. However, the iPhone does not allow you to touch the hardware. And it does not allow you to run a background process indefinitely. Hence, you can't just keep triggering the GPS in a wait loop without running the app in the foreground. Hence, I decided to use dedicated hardware: iBeacons. With iBeacon, the maximal delay in location sensing was less than 1 second. Awesome! However, the reach was ~50 meters. And I wanted 170 meters. After a bit more research, I ordered devices with 4× higher reach. But that was false advertisement. It had exactly the same reach. I concluded that this is a dead end.

After rereading the internet articles, I realized that all the authors were using Android. So I tested Android. It had a maximal delay of 5 seconds in sensing the zone changes. That was... acceptable. Unfortunately, it was draining the battery so much that by evening the Android was dead. But I wasn't giving up. The Android doesn't have to keep sensing the location frequently all the time. It is fine if it does so only when it is in my car. Commonly, it is done by sensing a Bluetooth connection between the cellphone and the car. But my car does not have Bluetooth. I could have sensed the iBeacon, which I had in the car from the previous experimentation. But I decided to mitigate the battery drain issue as well and I purchased a wireless charger for the Android. When the Android is charged by that specific wireless charger, it switches to high-frequency location sensing. Once it disconnects from the wireless charger, it switches to the normal refresh frequency. And that worked. Until it didn't.

When a cellphone attempts to get its location after a long pause (e.g., in the morning), it needs to update its GPS ephemeral data. It can download it directly from the satellites, but it is (usually) faster to get from the internet (i.e., it uses "assisted GPS"). Unfortunately, assisted GPS does not work well when you are in the middle of a Wi-Fi to cellular handover (a common occurrence when I am leaving my home). While the handover for normal processes is close to seamless, for assisted GPS, it isn't. The download process has to first exhaust memory and get killed by the kernel... And only once it is restarted, it successfully downloads the ephemeral data over cellular internet and I finally get my location. I decided to mitigate the issue by switching to unlimited internet on my phone and just always use cellular internet. Another nuisance was that GPS was sometimes providing location estimates that were kilometers off, just to correct itself in the next second. Fortunately, all that was needed was to reject measurements that had higher inaccuracy, as reported by GPS itself, than ~100 meters.

Gate position sensing: For sectional garage doors, it is customary to use a tilt sensor or two magnetic sensors to sense whether the door is truly closed/opened. After experiencing all the issues above, it was clear to me that this cannot be skipped. However, I didn't want to place a battery-powered magnetic sensor on my swing gate as the battery would not survive long in the winter. So, I got a bright idea to reuse my camera, which was already pointed at the gate. I got it working in the day, at night, at dusk (tough, as neither IR nor the visual spectrum is giving a good picture at this part of the day), in haze, with partial occlusion by people, cars, snowflakes, and flying bugs. I have dealt with sun glare by 3D printing a lens hood. And when I realized that there is still going to be a brief moment in the year when the sun blinds the camera even with the lens hood, I felt like Indiana Jones in Raiders of the Lost Ark. And I planned to install a second camera aimed at the gate, just at a different angle. That way, as long as there is at most one sun in the sky, I get a clear picture of the gate. For a while, it worked. Until it didn't. Somehow, dandelion seeds managed to attach to the glass lens and screw up my image processing. I had enough. I decided to install the magnetic sensors that I should have installed right away. After studying the exploded diagram of the engine that powers my gate, I found convenient places to place wired magnetic sensors. After debouncing the signal from the mechanical relays in software, it worked reliably. Success.

Integration: At this point, it would be suspicious if everything worked right away, wouldn't it? But all I had to deal with was race condition in the processing code.

TL;DR: For automatic gate opening:
    iPhone DIDN'T WORK
    iBeacon DIDN'T WORK
    Android WORKED
    Camera DIDN'T WORK
    Magnetic sensors WORKED

How to identify faulty sensors in home automation

Home automation tend to be unreliable as it is composed of many individual components. If each component has 99.9% reliability, we have 100 statistically independent components, then we have only 99.9^100=90.5% chance that everything works. That is not much. Hence, we need to monitor the components and alert when they brake down.

I use 5 types of heuristics to trigger an alert that there is an issue with the sensor. For illustration, I will explain them on a wireless battery powered thermometer sensor:

1. Too low/too high. When temperature in a boiler is above 90˚ C or below 30˚C, it is a sign of troubles.
2. Unavailable. When the temperature reading is unavailable for 15 minutes, battery in the sensor died or the sensor got water damaged.
3. Stuck. When the temperature reading AND signal strength (RSSI) is stuck at the same value for over 24 hours, the battery voltage is too low or the sensor needs to be restarted. I like to combine multiple sensors from the same device to decrease the false alert probability when it is plausible that the same value reading is legal. For example, the temperature in my basement is constant as long as no one opens the basement doors. Hence, if I measured only temperature, it would result in false alerts. On the other end, the battery powered thermometer next to the server is so close that RSSI is always at the maximal value. Hence, an alert based on RSSI alone would give false alerts. By requiring temperature AND RSSI to be stuck, I can use the same code for all my thermometers without false alerts. And I do not have to think about whether the particular sensor has more variable temperature or RSSI.
4. Rapid change. Generally, when the temperature is increasing too quickly, it might be a sign of fire. Or that the battery is almost empty and the sensor became erratic.
5. Noisiness. When the standard deviation of the temperature over the last hour is too high, the battery is dying.

Nevertheless, my single favorite alert trigger for network based sensors is a check whether the sensor's web page is loading, or not. It happened to me multiple time that a sensor was answering on ping. But otherwise the device was unresponsive. Hence, a ping is not sufficient. However, a simple HTTP status code check so far worked reliably and universally across all my network devices.

Does it mean ping alerts are useless? No. Once I had a faulty device. So I filled a warranty claim. But the claim was denied because "I have unreliable network and should hire professionals to fix it". So I presented them with the ping and HTTP status code historical logs for the device. The device was answering on ping. But web was 404. This was enough for them to accept the warranty claim. If I didn't have the ping logs, they could have claimed  that the Ethernet cable was faulty... But the fact that ping worked continuously for a week silenced them. Hence, having multiple alert triggers, even if they partially overlap, payed off for me. 

Plastová okna

Nevýhody plastových oken jsou:

1. Nevíte, z jak kvalitního plastu jsou udělány. Plast se dá hodně vylepšit přidáním plnidel, například přidáním barviva se změní barva, přidáním UV stabilizátoru se plast ochrání před degradujícími účinky ultrafialového záření, přidáním tvrdidla se plast stane odolnějším na poškrábání, nebo přidáním změkčovače se plast stane na dotek mnohem příjemnější. A potom se taky do plastů dají přidat plnidla "vycpávky", jejichž úkolem je snížit cenu výsledné hmoty, protože jsou mnohem levnější než plast. A to jak je plast namíchán napohled nepoznáte. A tak na jedné základní škole namontovali plastová okna. Vypadaly nádherně bíle a i dobře fungovaly. Ale po pěti letech začaly šednout a škola to reklamovala, neb měla osmiletou záruku. Ovšem společnost, která okna dodala a namontovala, se raději rozhodla zbankrotovat, než je všechny vyměnit, protože ji to tak vyšlo levněji.
   Naproti tomu u dřeva máte výhodu, že víte, že je to dřevo. A tak víte, co od dřevěného okna očekávat.
2. Nevidíte do rámu. V mé základní škole vyměnily všechna okna za plastová. Fungovaly výborně. Ale jednou se v létě v tělocvičně otevřelo okno a nikdo ho potom nezavřel. Kdo by ho taky zavíral, když se k němu muselo šplhat po žebříku šest metrů a ještě týden měly být pekelný vedra. Ale po týdnu, když vedra opadla, se zjistilo, že sklo vypadlo z rámu. Ze zdi trčelo pár plastů a na zemi rozbité sklo. Po prošetření se nakonec ukázalo, že okno drželo obdélníkový tvar jen díky sklu, na které byly naraženy plasty. Plasty ale nejsou nijak pevné, a tak se z obdélníkového křídla nejdřív vytvořil kosoběžník a nakonec sklo úplně vypadlo. Tentokrát ztráta nebyla nijak velká - učitelé dostali nakázáno vždy při opuštění učebny zkontrolovat, zda jsou okna zavřená, a dalším ztrátám se zabránilo. Ale v případě jednoho našeho klienta byla ztráta mnohem vyšší. Klient si nechal postavit celo prosklenou stěnu. A ačkoliv ji měl vyprojektovanou v hliníku, rozhodl se, že ušetří a nechá si ji udělat z plastu. A když mu to firma vyrobila a namontovala, tak se celá stěna uprostřed prohýbala o pět centimetrů téměř i při bezvětří. Nevím, co s tím nakonec udělal, ale pokud se ta stěna vyráběla znova, tak to byla ztráta přes 100.000 Kč.
3. Zloději je snadno otevřou. Rám plastových oken je totiž dutý a měkký. Stačí tedy aku vrtačka a kus drátku a jste hned vevnitř, jak je popsáno na iDnes: Policii trápí navrtávači oken, po celé zemi vykradli přes 300 domů.

Samozřejmě lze udělat dobrá plastová okna. Plasty si mohou zachovat své vlastnosti třeba i tisíciletí. A většina výrobců již do plastových oken dává kovové výztuže. Výrobci začátečníci stočí kus armovacího drátu a je hotovo. Výrobci, co to už dělají profesionálněji, vkládají do rohů rámů prefabrikované úhelníky z kovu. A nakonec profesionální výrobci používají svařovaný rám, který je sice pracný na výrobu, ale je nejpevnější. A to, že se plastová okna dají snadno navrtat, vás v osmém patře panelákového domu nemusí moc zajímat.

Nicméně, ať už se rozhodnete pro jakékoliv okno, platí, že okna se musí každoročně seštelovat, jinak jdou špatně zavírat a ničí se. A toho se právě dá využít k rozeznání kvalitního výrobce od nekvalitního - kvalitní bude nabízet, že vám každoročně seřídí okna, a tím vám prodlouží záruku.

Zážitek z pasivního domu

Uplynulé dva týdny jsem prožil v pasivním domě. A nebylo to ani zdaleka špatné dny. Mile mne překvapilo, že výměna vzduchu v bytě byla naprosto neslyšná a nehmatatelná. Za to je třeba vděčit především oddělení vytápění/chlazení od vzduchotechniky. Takže v místnosti se vymění jen minimální požadované množství vzduchu na dýchání a nic víc. Žádný randál, žádný průvan. O temperování místnosti se potom postará miniaturní radiátorek na vodu. Ale má to i svůj háček, vzduchotechniku nelze regulovat a vyměněné množství vzduchu v místnosti se mi zdálo nedostatečné - po probuzení jsem byl vždy rád, když jsem si mohl otevřít okno a pořádně se nadýchat. Ponaučení, co z toho plyne: uživatel musí být schopen regulovat množství vyměněného vzduchu, ať už vzduchotechnikou, nebo oknem.

A tím se dostáváme k dalšímu poznatku. Navštívil jsem nádherné kanceláře v Energy house a cítil jsem se v nich výborně. Tedy, dokud nezmínili, že okna nejdou otevřít. Nikdy dřív jsem netrpěl klaustrofobií, ale najednou mě přepadl hrozný pocit paniky, že jsem v pasti. Intuitivní úniková cesta je tam, odkud svítí slunce, tedy okno. A najednou vám někdo řekne, že ne, že to je slepá ulička. A mozku chvíli trvá, než se s tím smíří. V nízkoenergetických Dvojčatech na Slovensku se tomu vyhnuli tak, že před okna postavili ještě jednu skleněnou fasádu s ochozy. Uživatelé si tak mohou beztrestně otevřít okna a nabýt pocitu, že dýchají čerstvý vzduch. Navíc v případě požáru mohou intuitivně utéct oknem. Ponaučení: vždy umožněte otevřít alespoň jedno okno, nestavíte-li vězení.


Třetí ponaučení je nesvázat dům s inteligentní elektronikou. Elektronika morálně zastará po pěti letech. Naproti tomu interiér domu morálně zastarává až po nějakých dvaceti letech. A tady nastává problém. Vyměnit elektroniku zabudovanou do baráku je nesnadné, drahé a riskantní.Uvedu příklad. Byl jsem v inteligentním domě na Slovensku a prodejce inteligentních domů se mi pokoušel ukázat, jak ovládá pět let starý dům pomocí ipadu. Nefungovalo to. Pokud už se rozhodnete udělat svůj dům inteligentní, postavte ho tak, aby jste elektroniku buďto nemuseli časem modernizovat, a nebo aby to bylo co nejsnazší.

Nejrychleji zastarává uživatelské rozhraní. A na Slovensku udělali dvakrát po sobě stejnou chybu - starý software pro dům používá uživatelské rozhraní napsané v .NET a nové rozhraní pro ipad je aplikace přímo pro ipad. Proč?! Kdyby rovnou udělali uživatelské rozhraní v prohlížeči, neměli by naprosto žádný problém s přechodem na novější železo - web je tady s námi už nějakých 20 let a lze předpokládat, že ještě nějakých 20 let s námi zůstane a dalších 10 let bude podporován. Takhle si technická podpora jen zajistila trvalý zdroj obživy...

A nebo reprobedny v mém bývalém bydlišti. Jsou obrovské, třípásmové, přívodní zavěšené ze stropu a přívodní kabely nejsou vidět, no pastva pro oči. Ale i reprobedny stárnou a nyní nutně potřebují vyměnit. Ale jak?! Na trhu nenajdete mnoho reprobeden na zavěšení a i když je najdete, tak výměna rozhodně nebude žádná lahoda. To by jste totiž výměnu ozvučení museli spojit se zednickými pracemi a vymalováním.

Proto, když si něco dáváte domů, myslete i na to, zda jste to schopni sami vyměnit.

Dřevostavby

Když se díváte na dřevostavbu ve výstavbě, jak se trámy rychle sponkují, plesá vám srdce nad technologií. Ovšem když jsem se do jedné takové dřevostavby přestěhoval, idylické představy o příjemném bydlení mne postupně přešly. První měsíc jsem trpěl na bolesti v krku, protože vzduch byl příliš suchý. Po dvou týdnech vaření, žehlení a obývání se sice vlhkost zvýšila, ale zase se na stěnách začaly tvořit potůčky zkondenzované vody. A to i když sporák začal být používán s digestoří, koupelna s ventilací a žehlilo se v technické (větrané) místnosti, stěny v ložnici přes noc zvlhli. Snažil jsem se regulovat vlhkost květinami v květináčích, ale nic nepomáhalo. Přechodné období mezi bolestivým suchem a kondenzací na stěnách vždycky trvalo jen pár hodin. Jediné řešení bylo nechat okna ve dne v noci otevřená a vyrovnávat vlhkost s okolím. Až když jsem udělal sondu do stěny, abych zjistil, kde soudruzi udělali chybu (a abych pověsil poličku...), zjistil jsem, že hned za sádrokartonem je parozábrana. Nežil jsem v dřevostavbě, ale v igelitovém pytlíku.
Dalším nepříjemným zjištěním byla slabá neprůzvučnost. Nebylo problém rozumět rozhovoru z vedlejšího místnosti. Dokud jen slyšíte krásnou slečnu z koupelny zpívat, všechno je v pořádku, ale co když použije toaletu?  I stropy byly ze dřeva a i když do stropu byly vloženy těžké tvárnice jako ochrana proti kročejovému hluku, celá konstrukce vrzala při každém kroku. Zvykl jsem si spát se špunty v uších, přesto jsem se v noci probouzel - moje postel se synchronizovala s pohyby postele nade mnou.
Co ale nelze dřevostavbám upřít je nenáročnost na vytápění. Stačilo si do každé místnosti dokoupit přímotop za pár šupů a i při otevřených oknech bylo krásné teplíčko. Zato v létě nastal problém. V městě je nejvyšší teplota kolem 5 nebo 6 večerní a prostupová tepelná vlna má u dřevostaveb délku pěti hodin. Tedy v 10 nebo 11 večer, kdy byste mohli zvažovat, že půjdete spát, je v bytě zrovna nejvyšší teplota. Investice do chladícího systému není nejmenší a i provoz chladícího systému je přibližně třikrát energeticky náročnější, než vytápění. A tak jsem chodil domů ráno v jednu.
Po tomhle zážitku jsem nemohl uvěřit, že všechny dřevostavby jsou na tom tak bídně, a obešel jsem několik majitelů dřevostaveb. A vskutku, moje dřevostavba byla přešpatně vyřešena. V ostatních domech měli vnitřní stěny z cihel nebo alespoň jednu z nepálené cihly. Takové stěny jsou pak schopny do sebe navázat přebytečnou vzdušnou vlhkost a v případě potřeby ji zase uvolnit. A dle jedné na vlhkost úzkostlivé majitelky se vlhkost v takovém domě během roku nehne ani o procento. Problémem s pohybující se postelí také netrpěli, protože si nechali udělat betonový strop. Když jsem se jich ptal, kolik toho v zimě protopí, odpovídali že nic, že jejich dům je přeci pasivní. Když jsem se jich ale ptal, zda se jim v tom domě žije dobře, odpovídali že nikoliv, že v létě je jim vedro a náklady na chlazení srážejí roční náklady na roveň normálního domu.
Takže z mého pohledu jsou dřevostavby nádherné a nepřestávají mne fascinovat, ale nejsou dokonalé.