WHIP Nodes: Nejinteligentnější uzly v chytré domácnosti

Co kdyby vaše chytrá domácnost fungovala i bez internetu, bez cloudu, bez centrálního řízení? Co kdyby každý jednotlivý senzor a aktuátor nejen vykonával příkazy, ale dokázal sám přemýšlet?

Slib

Většina systémů chytré domácnosti funguje podle známého vzorce: senzory sbírají data, posílají je do centrály (hub, server, cloud) a ta rozhoduje, co se má stát. Když centrála selže — ať už kvůli softwarové chybě, výpadku proudu nebo poruše internetu — celý systém stojí.

WHIP jde jinou cestou. V ekosystému WHIP je každý uzel (node) samostatný, inteligentní systém. WHIP Node umí:

• Autonomně rozhodovat
• Komunikovat s ostatními uzly bez prostředníka (hubu)
• Pokračovat v práci při výpadku nadřazených systémů
• Bránit se neoprávněným přístupům

Zní to jako marketingové sliby? Pojďme vám ukázat, co v WHIP Node skutečně je.

Hardwarový základ: Hodně výkonu za málo peněz

WHIP Node je postaven na mikrokontrolérech STM32 — průmyslově osvědčených čipech ARM Cortex-M, které slouží v milionech zařízení po celém světě. Základní varianta, STM32F103 ("Blue Pill"), stojí asi 50 Kč. Pro náročnější úlohy je k dispozici STM32F303.

Technické parametry:

Komunikace mezi uzly probíhá přes CAN-Bus — stejnou průmyslovou sběrnici, která ve vašem autě propojuje řídicí jednotky. CAN nabízí:

• 1 Mbit/s přenosová rychlost — více než dostatečná pro domácí automatizaci (KNX má 9600 bit/s — méně než 1/100)
• Deterministický přenos — garantované latence
• Hardwarová arbitrace — žádné softwarové kolize
• Robustnost — vyvinuto pro náročné automobilové prostředí

A na každém uzlu běží FreeRTOS — operační systém reálného času s preemptivním multitaskingem. To znamená: každý uzel může paralelně vykonávat desítky úloh s garantovanými reakčními časy.

To je základ. Teď to začne být zajímavé.

Moduly: 2¹²³+ možných konfigurací

WHIP Nodes jsou modulární. S podporou až 255 modulů, které lze libovolně kombinovat. Každá kombinace vytváří firmware na míru — bez zbytečného kódu, bez plýtvání pamětí.

Teoreticky z toho vychází přes 2¹²³+ možných konfigurací (to je takovéhle číslo: 10633823966279326983230456482242756608). Prakticky nejsou všechny kombinace smysluplné (limity paměti, hardwarové konflikty), ale skutečný počet dalece přesahuje cokoliv, co nabízejí jiné systémy.

To není marketingový trik. Každý commit kódu prochází přes 500 kompilací firmwaru, které testují náhodné kombinace modulů na různých architekturách. Tato kombinatorická testovací pokrytí zajišťuje, že modularita funguje nejen teoreticky, ale i prakticky.

Ale samotná čísla neohromí. Pojďme vám ukázat, co jednotlivé moduly skutečně umí.

Srdeční tep: Víc než jen blikání

Každý vestavěný systém má "heartbeat LED" — malou kontrolku, která bliká a signalizuje: "Ještě žiju." U většiny systémů tahle LED monotónně poblikává.

Ne u WHIPu.

WHIP Node vysílá morseovku. Ano, čtete správně: Morseův kód přes LED.

V normálním provozu LED vysílá "OK" — mezinárodní signál pro "vše v pořádku". Když nastane chyba, zpráva se změní: "E1" pro chybu typu 1, "SOS" při kritických problémech. A to nejlepší: morseovku lze měnit za běhu přes CAN-Bus, bez přehrávání firmwaru.

Wcancmd heartbeat setString string=HELP

Hotovo. LED teď vysílá "HELP" (.... . .-.. .--.).

Ale to je teprve začátek. Srdeční tep má tři kanály:

1. Vizuální (LED) — morseovka nebo prosté blikání
2. Audio (piezo bzučák) — akustický signál
3. CAN-Bus — digitální heartbeat pro monitoring sítě

Všechny tři kanály jsou nezávisle konfigurovatelné. Uzel může současně vizuálně vysílat morseovku, akusticky pípat a broadcastovat svůj heartbeat přes CAN.

"To je přece overengineering!" — možná si pomyslíte.

Je. Záměrně. A bude to ještě lepší.

Bzučák: Orchestr v mikrokontroléru

Většina vestavěných systémů má piezo bzučák pro varovné tóny. Pípnutí. Píp-píp. V lepším případě různé frekvence.

WHIP Node hraje melodie.

Ne ledajaké melodie — kompletní hudební skladby se správnou délkou not, tempem a transpozicí. Vestavěné jsou mimo jiné:

• "V síni horského krále" (Grieg)
• "Happy Birthday"
• "Star Wars Imperial March"
• "Blízká setkání třetího druhu" (5-tónový mimozemský motiv)
• "Westminster Chimes" (Big Ben)

Technické detaily:

Vše ovladatelné přes CAN:

# Přehrát Imperial March
Wcancmd buzzer set melody=3 repeat=1

# Transponovat o oktávu výš
Wcancmd buzzer set transpose=12

# Poloviční rychlost
Wcancmd buzzer set speedup=4

K čemu je to dobré?

Představte si: různé melodie pro různé události. Pračka doprala? Westminster Chimes. Někdo zvoní u dveří? Close Encounters. Poplach při vloupání? Imperial March ve smyčce.

Akustické signatury místo anonymních pípnutí.

Světelná show: 25+ efektů, od Vánoc po policii

WHIP Nodes umí ovládat WS2812B a podobné adresovatelné LED pásky. "Umí ovládat" je přitom masivní understatement.

Modul lightshow je kompletní procedurální efektový engine, který renderuje při 30 Hz. Žádné předdefinované vzory, které se jen přehrávají — každý efekt se počítá a přizpůsobuje v reálném čase.

Kategorie efektů:

Efekt Police si zaslouží zvláštní zmínku: konfigurovatelná frekvence blikání, nastavitelné segmentové páry (poloviny, čtvrtiny, šestiny, osminy), plná kontrola jasu. LED pásek se stává alarmovým signalizačním zařízením.

Efekt Candle simuluje plápolající svíčky — teplý, organický, s konfigurovatelnou rychlostí plápolání a minimálním jasem.

Všechny efekty jsou délkově normalizované: 10-LED pásek a 100-LED pásek procházejí stejným efektovým cyklem za stejný čas. Engine se automaticky přizpůsobuje.

# Vánoční třpyt
Wcancmd lightshow setEffect effect=16 p0=255 p1=200 p2=100

# Policejní alarm
Wcancmd lightshow setEffect effect=20 p0=4 p1=2

# Rozsvítit jen prvních 50% pásku (např. pro oblast dveří)
Wcancmd lightshow setEffect effect=3 p0=0 p1=127 p2=255 p3=255 p4=255

Praktický scénář:

Kolem domu vede LED pásek. V běžném provozu: decentní ambientní osvětlení. O Vánocích: efekt Twinkle (žádné samostatné řetězy). Při poplachu: efekt Police. Vše přepínatelné CAN příkazem — nebo automaticky přes pravidla GANGLION.

RFID/NFC: Přístupový systém za 150 Kč

Modul MFRC522 promění každý uzel v plnohodnotný přístupový systém.

Podporované typy karet:

• MIFARE Classic (1K/4K)
• MIFARE Ultralight
• MIFARE DESFire
• Rodina NTAG
• Všechny karty kompatibilní s ISO/IEC 14443A

Funkce:

• Automatické skenování 4 Hz (každých 250 ms)
• 4-, 7- nebo 10-bajtová UID
• Hardwarová diagnostika (self-test)
• SPI mutex pro sdílení sběrnice s jinými moduly

# Dotaz na stav čtečky
Wcancmd mfrc522 query

# Přečíst UID přiložené karty
Wcancmd mfrc522 getUID

Celková cena:

• Blue Pill STM32: ~50 Kč
• Modul MFRC522: ~80 Kč
• Celkem: ~150 Kč

Za 150 korun máte NFC přístupový systém, který se bezproblémově integruje do sítě WHIP. Ovládání zámku dveří, logování událostí, kontrola oprávnění — vše konfigurovatelné přes pravidla GANGLION.

Infračervené ovládání: Všechny dálkové ovladače, jeden přijímač

Modul IR-Remote dekóduje infračervené signály z běžných dálkových ovladačů.

Podporované protokoly:

Cena hardwaru: IR přijímač VS1838B stojí pod 15 Kč.

# Dotaz na přijatý kód
Wcancmd ir-remote query

# Přepnout protokol na RC5
Wcancmd ir-remote setProtocol protocol=2

Scénář:

Starý dálkový ovladač, co leží v šuplíku? Teď ovládá vaši chytrou domácnost. Tlačítko 1 zapne osvětlení obýváku, tlačítko 2 ztlumí, tlačítko 3 aktivuje režim kino. Přiřazení se provádí přes GANGLION — kompletně bez programování na PC.

Brána: Protokolový most do jiných světů

Ne vše v chytré domácnosti mluví CAN. Modul Gateway překládá mezi světy.

Podporované protokoly:

VE.Direct je zvláště zajímavý: Victron Energy je přední výrobce solárních střídačů a systémů správy baterií. S modulem Gateway může WHIP Node:

• Číst stav baterie (SoC, napětí, proud)
• Monitorovat solární výnosy
• Vizualizovat stav nabití
• Spouštět alarmy při kritických hodnotách

Architektura:

Victron MPPT ──VE.Direct──► WHIP Node ──CAN──► Zbytek systému
                              │
                              └── Pravidla GANGLION

WHIP Node se stává mostem. Nepohlcuje zařízení Victron — elegantně ho integruje do celkového systému.

Bezpečnost: Zakotvená v hardwaru, ne dodatečně

Většina systémů chytré domácnosti řeší bezpečnost jako dodatečný nápad. U WHIPu je bezpečnost zakotvena v křemíku.

Problém s CAN sběrnicemi:

CAN-Bus má inherentní bezpečnostní problém: každý účastník může posílat zprávy a ostatní je akceptují, pokud odpovídají protokolu. U automobilů to pravidelně vede ke krádežím — útočníci se připojí na CAN sběrnici a pošlou "odemknout dveře" a "nastartovat motor".

Řešení WHIP:

1. Instalačně specifické tajemství (96 bitů): Kompiluje se do firmwaru při jeho vytváření. Pouze uzly s tímto tajemstvím patří do instalace.
2. Hardwarové UID (96 bitů): Každý čip STM32 má celosvětově unikátní, nezměnitelné ID v křemíku. Toto ID nelze padělat.
3. Challenge-Response autentizace: Každý uzel může vyzvat jakýkoliv jiný uzel, aby prokázal znalost instalačního tajemství. Matematický vztah mezi UID a tajemstvím znemožňuje padělání.
4. Informačně-teoretická bezpečnost: Při každém challenge-response se přenáší méně bitů, než tajemství obsahuje. I při úplném odposlouchávání veškeré komunikace útočník nemůže tajemství rekonstruovat.
5. Monitorování členů: Nové uzly musí být registrovány hubem a oznámeny všem ostatním uzlům. "Ad-hoc" uzly nejsou akceptovány.
6. Sledování heartbeatu: Když uzel vypadne (žádný heartbeat), je to detekováno a nahlášeno.

Co se stane při útoku:

Útočník, který získá fyzický přístup k CAN sběrnici, nemůže:

• Padělat legitimně vypadající zprávy (nemá tajemství)
• Odpovídat na challenge-response (nemá vztah UID)
• Neúspěšnými challenge sám sebe odhalí jako vetřelce

Síť WHIP se aktivně brání proti vetřelcům — schopnost, která chybí i v automobilovém průmyslu.

GANGLION: Decentralizovaný nervový systém

Teď to bude filozofické. Nebo biologické. Nebo obojí.

Co je GANGLION?

GANGLION znamená "GANG of Lightweight Input/Output Nodes" a popisuje schopnost WHIP Nodes autonomně rozhodovat — bez hubu, bez serveru, bez cloudu.

Název pochází z biologie: hmyz nemá centrální mozek, ale distribuovaná ganglia (nervové uzlíky). Přesto jsou hmyzí jedinci navzdory minimální neuronové komplexitě vysoce funkční.

Princip GANGLION:

IF Loznice_Node:Teplota > 22
   AND Cas > 22:00
   AND Cas < 06:00
THEN
   Klimatizace_Node:Ventilator = ZAP

Toto pravidlo nemusí běžet na hubu. Může běžet na teplotním uzlu, na uzlu klimatizace, nebo na třetím uzlu, který jen naslouchá a zprostředkovává.

Proč je to revoluční?

Představte si: hub vypadne. U většiny systémů chytré domácnosti teď nefunguje nic. U WHIPu se stane toto:

• Pravidla GANGLION běží dál
• Uzly komunikují přímo mezi sebou
• Kritické automatizace zůstávají aktivní
• Pouze "vyšší" logika (aplikace, dashboardy) je ovlivněna

GANGLION činí WHIP odolným. Ne jako nouzový fallback, ale jako fundamentální architektonický princip.

Syntéza: Káva na terase

Dost teorie. Pojďme vám ukázat, jak všechny tyto komponenty spolupracují.

Scénář:

Sedíte na terase, pijete ranní kávu. Podél zábradlí terasy vede LED pásek — jeden z těch WS2812B pásků, které seženete u každého prodejce elektroniky.

Podíváte se na pásek. Svítí jemným zeleným gradientem, asi 78 % své délky.

Co jste právě viděli: Stav nabití domácí baterie.

Co se děje na pozadí:

┌─────────────────────────┐
│ Sklep-Node              │
│ STM32 + INA226          │
│ (proudový senzor na BMS)│
│                         │
│ Měří: SoC = 78 %        │
└───────────┬─────────────┘
            │ CAN-Bus
            │ GANGLION-Broadcast
            │
┌───────────▼─────────────┐
│ Terasa-Node             │
│ STM32 + WS2812B         │
│                         │
│ Pravidlo GANGLION:      │
│ IF Battery:SoC changed  │
│ THEN Lightshow:ZONE     │
│      start=0            │
│      end=SoC*2.55       │
│      color=gradient     │
│      (zelená→žlutá→červená)│
└─────────────────────────┘
            │
            ▼
    ████████████████░░░░░░  78 %
    zelená──────────žlutá──červená

Žádný hub. Žádný server. Žádný cloud. Žádná aplikace.

Sklepní uzel měří proud baterie, počítá SoC a broadcastuje hodnotu přes CAN. Terasový uzel naslouchá a aktualizuje LED zobrazení. Pravidlo GANGLION zajišťuje, že zobrazení funguje i když hub zrovna rebootuje nebo vypadlo WiFi.

A když SoC klesne pod 20 %?

Pravidlo GANGLION přepne efekt: LED pásek začne červeně dýchat (efekt BREATHE). Všimnete si toho periferním viděním. Žádná push notifikace, žádný alarm — jen jemné pulzování na okraji zorného pole.

To je ambientní vědomí. Vidíte stav svého domu, aniž byste se dívali.

Další scénáře

Terasové světlo při setmění:

• Světelný senzor BH1750 měří okolní osvětlení
• Pravidlo GANGLION: IF Osvětlení < 50 lux AND Čas > 18:00 THEN LED-Strip = GRADIENT (teplá bílá)
• Žádný časovač, žádný dotaz na počasí do cloudu — senzor na místě rozhoduje

Přístupová kontrola s RFID:

• MFRC522 u vchodu skenuje kartu
• Pravidlo GANGLION: IF UID = známá_UID THEN Otevírač = ZAP na 5 s AND Bzučák = Westminster
• Neznámé UID? Bzučák = Imperial March, LED-Strip = POLICE
• Uzel rozhoduje autonomně, hub jen loguje

Řízení tepelného čerpadla podle solárního výnosu:

• Modul Gateway čte Victron MPPT přes VE.Direct
• Pravidlo GANGLION: IF Solar_Power > 2000 W AND Teplota_vody < 50 °C THEN Tepelné_čerpadlo = ZAP
• Optimalizace vlastní spotřeby bez připojení ke cloudu

Ochrana proti zamrznutí vodovodního potrubí:

• Teplotní senzor DS18B20 ve sklepě
• Pravidlo GANGLION: IF Teplota < 3 °C THEN Topný_kabel = ZAP AND Heartbeat:setString = FROST
• Uzel jedná autonomně, i při výpadku sítě
• LED vysílá "FROST" jako vizuální varování

Čím se WHIP liší od ostatních

Srovnání s KNX:

KNX je etablovaný standard pro automatizaci budov. Profesionální, spolehlivý, drahý. KNX binární vstup stojí přes 2 500 Kč, WHIP Node v této kategorii nabízí desítky digitálních a analogových vstupů, řízení relé, vlastní paměť a mnohem víc — vše konfigurovatelné. KNX zařízení jsou fixní funkční jednotky; WHIP Nodes jsou konfigurace na míru.

Srovnání se Zigbee/Z-Wave:

Zigbee a Z-Wave jsou orientované na spotřebitele: jednoduché, ale limitované. Zařízení mají napevno naprogramované funkce. Zigbee teplotní senzor je teplotní senzor — nikdy nebude ničím jiným. WHIP Node může dnes být teplotním senzorem a zítra (po aktualizaci firmwaru) navíc měřit vlhkost, CO2 a tlak vzduchu.

Srovnání s Arduino/ESP-DIY:

S Arduinem nebo ESP32 můžete teoreticky postavit cokoliv. Prakticky chybí framework: každý projekt znovu vynalézá CAN komunikaci, čtení senzorů a konfiguraci. WHIP nabízí standardizovaný, testovaný framework se 150+ hotovými moduly.

Unikátní výhody:

1. Modularita: nespočetné konfigurace, kombinatoricky testované
2. Autonomie: pravidla GANGLION běží bez hubu
3. Bezpečnost: hardwarové UID, challenge-response, detekce vetřelců
4. Odolnost: uzly pracují dál, i když infrastruktura selže
5. Náklady: 50-500 Kč na uzel, ne 2 500-12 500 Kč

Filozofie za tím vším

WHIP vznikl z jednoduché frustrace: Proč moderní chytrá domácnost potřebuje internetové připojení, aby rozsvítila světlo?

Odpověď většiny výrobců zní: "Protože chceme vaše data" nebo "Protože chceme monetizovat naši serverovou infrastrukturu" nebo prostě "Protože to bylo jednodušší vyvinout."

WHIP klade otázku jinak: Jaká by byla nejrobustnější, nejbezpečnější, nejnezávislejší chytrá domácnost, která je technicky možná?

Odpověď: Decentralizovaný systém, kde je každý uzel inteligentní. Systém, který prosazuje svou vlastní bezpečnost. Systém, který funguje bez externích závislostí.

WHIP je overengineering — a to záměrně.

Heartbeat nevysílá morseovku proto, že si někdo řekl: "To by bylo cool." Vysílá ji proto, že je to nejrobustnější forma vizuálního zobrazení stavu, která je možná s jedinou LED. Bzučák nehraje Imperial March proto, že vývojáři jsou fanoušci Star Wars (i když jsou). Hraje melodie proto, že akustické signatury jsou informativnější než anonymní pípnutí.

Každá funkce byla domyšlena do svého logického extrému. Stojí to vývojový čas, ale vytváří systém, který nemá obdoby.

Závěr: Pro koho je WHIP?

WHIP není pro každého. Není pro toho, kdo chce chytrou domácnost složit za jedno odpoledne. Není pro toho, kdo preferuje hotová řešení z regálu.

WHIP je pro toho, kdo:

• Staví nebo zásadně rekonstruuje dům
• Dává přednost kabeláži před bezdrátovým řešením
• Myslí dlouhodobě (dekády, ne roky)
• Je technicky zaměřený (ale nemusí být nutně vývojář)
• Oceňuje nezávislost na výrobcích a cloudových službách
• Staví robustnost nad pohodlí

Co získáte:

• Chytrou domácnost, která funguje i bez internetu
• Uzly, které samy přemýšlejí a jednají
• Bezpečnost zakotvenou v křemíku
• Flexibilní konfiguraci ze 100-200 modulů
• Cenovou efektivitu (50-500 Kč na uzel)
• Systém, kterému rozumíte a který máte pod kontrolou

Co musíte investovat:

• Čas na plánování a konfiguraci
• Ochotu zabývat se technikou
• Trpělivost během fáze realizace

Na konci stojí chytrá domácnost, která neexistuje pro sebe, ale pracuje pro vás. Tiše, spolehlivě, autonomně.

A někdy, když sedíte na terase u ranní kávy, vám jemným zeleným svitem ukáže, že je vše v pořádku.

WHIP vyvíjí společnost PetaJoule, s.r.o. — český podnik specializující se na autarkní energetická řešení. Tento článek popisuje stav vývoje WHIP Node bez uvedení konkrétních verzí, protože projekt je v aktivním vývoji a funkce se průběžně rozšiřují.