智能家居系統(tǒng)搭建方案

1、智能家居系統(tǒng)搭建方案這是一個(gè)探索性項(xiàng)目，旨在提供一個(gè)完整的智能家居搭建指南。具體系統(tǒng)架構(gòu)圖如下所示：方案簡(jiǎn)介：· 使用 Home Assistant、HomeBridge 作為智能家居的核心· 使用 Amazon Echo 作為語(yǔ)音輸入工具（當(dāng)前僅支持英語(yǔ)）· 使用 iPhone 的“家庭”應(yīng)用作為控制工具· 可以使用任何的設(shè)備連接 Home Assistant 服務(wù)來(lái)控制應(yīng)用1基礎(chǔ)知識(shí)篇1.1智能家居簡(jiǎn)介當(dāng)前，我們談?wù)撝悄芗揖拥臅r(shí)候，我們實(shí)現(xiàn)上是在討論：家庭自動(dòng)化。引自維基百科，對(duì)于智能家居的介紹1：Home automation or smart h

2、ome (also known as domotics) is building automation for the home.隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等 AI 技術(shù)的進(jìn)一步普及，這一點(diǎn)（智能化）在最近幾年里，應(yīng)該會(huì)發(fā)生一些劇烈的變化。而無(wú)論如何，我可不太希望我要被機(jī)器催著起床。開始實(shí)戰(zhàn)之前，讓我們先關(guān)注于當(dāng)前智能家居的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：· 設(shè)備。這些設(shè)備要么使用 WiFi，要么要使用藍(lán)牙，方便使用手機(jī)連接上這些設(shè)備。依當(dāng)前的情況來(lái)看，主要是以 WiFi 為主，在手機(jī)上配置完后，可以輕松地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。與此同時(shí)，他們?cè)谂c手機(jī)通訊的時(shí)候，會(huì)使用一些自定義的通訊規(guī)則，并且似乎很容易被破解（參見

3、仿真器一節(jié)）。如 Philips Hue 智能燈、Wemo 開關(guān)等等，他們都已經(jīng)可以被仿真，并作為 Homekit 組件使用。· 自動(dòng)化。自動(dòng)化是指你可以定時(shí)也開關(guān)某個(gè)特定的設(shè)備，鬧鐘一響，便打開燈諸如此類的。· 場(chǎng)景（規(guī)則）。與自動(dòng)化稍微區(qū)別的是，場(chǎng)景是某個(gè)特定場(chǎng)合下，對(duì)一系列設(shè)備的操作，如早起，便開燈、打開窗簾，離開家，則鎖門、關(guān)閉一系列用電器、開啟防盜功能等等。· 中心網(wǎng)關(guān)。當(dāng)我們所使用的一系列設(shè)備擁有 WiFi 功能時(shí)，裝有各種軟件的手機(jī)便相當(dāng)于控制中樞。而這樣的設(shè)計(jì)本身是不合理的，你要在手機(jī)上安裝一系列的應(yīng)用。這個(gè)時(shí)候，便需要一個(gè)額外的軟件作為中心，來(lái)接

4、入這些設(shè)備，而手機(jī)上也不需要多余的額外軟件。如 HomeKit、Home Assistant 就是這樣的例子。而作為一個(gè)普通的用戶，我們只需要關(guān)注便利的生活。作為一個(gè)極客，我們則關(guān)注于如何改造成需要的功能。1.2智能音箱學(xué)術(shù)上有個(gè)概念是“傳聲器陣列”，主要由一定數(shù)目的聲學(xué)傳感器組成，用來(lái)對(duì)聲場(chǎng)的空間特性進(jìn)行采樣并處理的系統(tǒng)。如下圖所示 Amazon Echo 的電路板：其及對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)的位置：其所要主要解決遠(yuǎn)距離語(yǔ)音識(shí)別的問題，以保證真實(shí)場(chǎng)景下的語(yǔ)音識(shí)別率。而這些設(shè)備的主要原理，都是將語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送到服務(wù)器端，由服務(wù)器端識(shí)別，并匹配到對(duì)應(yīng)的指令上。Amazon Echo實(shí)驗(yàn)表明 AWS 的服務(wù)并

5、不是那么可靠的，經(jīng)常出現(xiàn)：Your Echo dot is not connected自定義組件的原理，如下圖所示：1.3中心網(wǎng)關(guān)Home AssistantHome Assistant 是一個(gè)運(yùn)行在 Python 3 上的開源家庭自動(dòng)化平臺(tái)。能跟蹤和控制家庭中的所有設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，同時(shí)還完美的支持在 Raspberry Pi 上。通過 Home Assistant 插件，它可以直接兼容各式硬件設(shè)備。其原理是通過 WiFi、BLE、Zigbee、MQTT 等不同的協(xié)議，來(lái)與不同的本地設(shè)備互聯(lián)，并提供一個(gè)響應(yīng)式的 Web 界面、PWA 應(yīng)用、iOS 應(yīng)用，讓用戶可以輕松地與設(shè)備進(jìn)行交互。

6、其在桌面瀏覽器上的界面如下圖所示：手機(jī)瀏覽器的界面如下圖所示：對(duì)于提供豐富功能（如 RGB 燈）的設(shè)備來(lái)說(shuō)，它也能支持豐富的操作，即上圖。同時(shí)，還能接上 Amazon Echo、HomeKit 等各式各樣的中心。HomeBridgeHomeKit 是由 Apple 公司推出的智能家居平臺(tái)，包括iOS 上的 SDK、智能家居硬件通信協(xié)議 (HAP: HomeKit Accessory Protocol) 、以及 MFi(Made for iPhone/iPod/iPad) 認(rèn)證等等。借助于 iPhone、iPad、iWatch 等設(shè)備及家庭應(yīng)用，用戶可以輕松地掌控各種 HomeKit 配件。并且

7、可以通過設(shè)備上 Siri 應(yīng)用、Homepod，直接用語(yǔ)音來(lái)與設(shè)備交互。當(dāng)前要在 Homekit，有三種方法：· 購(gòu)買昂貴的 MFi 設(shè)備。· 借助于 Home Assistant，來(lái)自建 Homekit API 服務(wù)連接設(shè)備。· 模擬現(xiàn)有的 MFi 設(shè)備。諸如使用 ESP8266 仿真 Philip Hues。引自：使用iOS Homekit控制樹莓派：HAP 協(xié)議部分是需要加入 MFi Program 才能獲取文檔，而且 MFi Program 無(wú)法以個(gè)人開發(fā)者身份加入。因此，這個(gè)時(shí)候我們就需要借助于 Homebridge。Homebridge 是一個(gè)用 No

8、de.js 實(shí)現(xiàn)的輕量級(jí)后臺(tái)，可以在家庭網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，用于模擬iOS HomeKit API。 它支持插件由社區(qū)提供的模塊，這些插件能提供從 HomeKit 到 “智能家居” 設(shè)備制造商，提供的各種第三方API的基本橋梁。而我們只需要有一個(gè) iPhone 在手便可以了。1.4設(shè)備如果只有上面的幾種中心網(wǎng)關(guān)，而缺少設(shè)備，那么整個(gè)智能的中心就是不完善的。而這也是最近幾年來(lái)，限制智能家居發(fā)展的一個(gè)因素：找不到合適的用戶需求。通訊機(jī)制與協(xié)議· WeMo· ZigBee· WiFi· BLE· 紅外舊設(shè)備中樞如小米的萬(wàn)能遙控、Broadlink RM Pr

9、o 等。仿真設(shè)備設(shè)備：· Amazone Echo Dot· NodeMCU· Broadlink RM Pro· Yeelight· Raspberry Pi 2· Android、iOS 設(shè)備2實(shí)戰(zhàn)設(shè)備篇2.1ESP8266 仿真設(shè)備· Wemo：可以被 Amazon Echo 識(shí)別· Philips Hue：可以被 HomeKit 識(shí)別 ?ESP8266 仿真 Wemo要求：下載 Ardunio IDE，地址： http:/www.arduino.cc/en/main/software一、安裝 Arduino

10、 ESP8266Arduino ESP8266 GitHub 地址： 安裝方法：1. 啟動(dòng) Arduino IDE，并進(jìn)入 Preferences 窗口2. 在 Additional Board Manager URLs 中輸入： 3. 從 Tools > Board 菜單中打開 Boards Manager，并輸入安裝 esp8266 平臺(tái)二、測(cè)試仿真下載安裝包：Setup 步驟：· 下載代碼· 在編輯器中打開 wemos.ino· 修改 WiFi 設(shè)置· 定義開關(guān)及其回調(diào)，在 officeLightsOn、officeLightsOff、kit

11、chenLightsOn、kitchenLightsOff 中· 燒錄相似項(xiàng)目：Arduino Esp8266 Alexa Wemo switch emulatorESP8266 仿真 Philips HueESP8266 Hue Emulator 項(xiàng)目地址：ESP8266HueEmulator這個(gè) Demo 需要這么幾個(gè)庫(kù)NeoPixelBus、aJson、Time、NtpClient，同時(shí)還需要修改一些相關(guān)的配置。因此直接使用這個(gè)腳本安裝，比較簡(jiǎn)單：注意：如果是 Mac OS，需要將下面腳本中的 $HOME/Arduino/libraries/ 改為 $HOME/Document

12、s/Arduino/libraries/mkdir -p $HOME/Arduino/libraries/cd $HOME/Arduino/libraries/git clone -branch 2.1.4 git clone git clone git clone sed -i -e 's|#define PRINT_BUFFER_LEN 256|#define PRINT_BUFFER_LEN 4096|g'  aJson/aJSON.hcd -git clone sed -i -e 's|#include "/secrets.h"|/

13、#include "/secrets.h"|g' ESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator.inosed -i -e 's|/const char|const char|g' ESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator.ino再將代碼燒錄到 ESP8266 上，就可以在 Homekit 看到相應(yīng)的配置。2.2小米智能插座尋找設(shè)備npm install -g miiomiio -discovernpm insta

14、ll -save miio3集成網(wǎng)關(guān)篇3.1Raspberry Pi Home AssistantImages: https:/home-assistant.io/docs/hassbian/installation/Images Downloader: https:/etcher.io/發(fā)現(xiàn)文檔好像有點(diǎn)問題，便手動(dòng)地嘗試安裝：pip3 install -upgrade homeassistant運(yùn)行sudo -u homeassistant -H /srv/homeassistant/bin/hass并不沒工作，于是執(zhí)行官方的安裝腳本：curl -O && sudo chow

15、n pi:pi hass_rpi_installer.sh && bash hass_rpi_installer.sh又在我的 MBP 上安裝嘗試pip3 install homeassistanthass -open-ui然后發(fā)現(xiàn)安裝完就可以了。3.2Home Assistant Broadlink PM PRO在 configuration.yaml 文件中添加下面的配置：# Example configuration.yaml entryswitch:  - platform: broadlink    host: IP_ADDRESS

16、60;   mac: 'MAC_ADDRESS'    switches:      reciever:        command_on: 'switch_packet on'        command_off: 'switch_packet off'獲取 Broadlink 配置1. 從 獲取數(shù)據(jù)導(dǎo)出腳本2. 打開 易控（英語(yǔ)：E-Control） 應(yīng)用，點(diǎn)擊菜單 -> 共享 -> 云分

17、享 就會(huì)生成相應(yīng)的配置文件3. 瀏覽手機(jī)上的 /broadlink/newremote/SharedData/ 目錄，復(fù)制出 jsonSubIr、jsonButton、jsonIrCode 三個(gè)文件4. 安裝好 python 環(huán)境， 并安裝 pip install simplejson5. 執(zhí)行第一步代碼中的腳本，python getBroadlinkSharedData.py6. 安裝python-broadlink，地址 不知道是不是我的空調(diào)問題，獲取到的配置是空的。3.3Homebridge相關(guān)的插件：· Yeelight：homebridge-yeelight· 小

18、米設(shè)備：homebridge-aqara· Broadlink RM 紅外：homebridge-broadlink-rm· Broadlink SP 開關(guān): homebridge-broadlink-sp· Home Assistant: homebridge-homeassistant安裝 Homebridge編輯軟件源：sudo vim /etc/apt/sources.list修改為阿里云，速度會(huì)更快一些：deb jessie main non-free contribdeb-src jessie main non-free contrib安裝 Node.

19、js ARM 版 ：curl -sL | sudo -E bash -sudo apt-get install -y nodejs安裝 avahi：sudo apt-get install libavahi-compat-libdnssd-dev安裝 homebridge：npm install -g homebridge安裝相應(yīng)的插件：sudo npm install -g homebridge-yeelightsudo npm install -g homebridge-homeassistantsudo npm install -g homebridge-broadlink-spsudo

20、 npm install -g homebridge-broadlink-rmsudo npm install -g homebridge-platform-wemosudo npm install -g homebridge-miio對(duì)應(yīng)的配置在 home-assistant 目錄下的 configuration.yaml 文件。開機(jī)啟動(dòng)在 /etc/default 目錄下創(chuàng)建 homebridge 文件，內(nèi)容如下：#Defaults / Configuration options for homebridge#The following settings tells homebridge

21、where to find the config.json file and where to persist the data (i.e. pairing and others)HOMEBRIDGE_OPTS=-U /var/lib/homebridge# If you uncomment the following line, homebridge will log more# You can display this via systemd's journalctl: journalctl -f -u homebridge# DEBUG=*在 /etc/systemd/syste

22、m 目錄下創(chuàng)建 homebridge.service 文件，內(nèi)容如下：UnitDescription=Node.js HomeKit ServerAfter=syslog.target network-online.targetServiceType=simpleUser=homebridgeEnvironmentFile=/etc/default/homebridge# Adapt this to your specific setup (could be /usr/bin/homebridge)# See comments below for more informationExecSta

23、rt=/usr/local/bin/homebridge $HOMEBRIDGE_OPTSRestart=on-failureRestartSec=10KillMode=processInstallWantedBy=multi-user.target啟動(dòng)服務(wù)：systemctl daemon-reloadsystemctl enable homebridgesystemctl start homebridge4.4HomeBridge 集成 Home Assistant安裝插件：npm install -g homebridge-homeassistant添加配置："platform

24、s":       "platform": "HomeAssistant",    "name": "HomeAssistant",    "host": ":8123",    "password": "yourapipassword",    "supported_types

25、": "binary_sensor", "climate", "cover", "device_tracker", "fan", "group", "input_boolean", "light", "lock", "media_player", "scene", "sensor", "switch",   

26、 "logging": true  4.5Amazon Echo 設(shè)置我用的是 Amazon Echo Dot 2 就是那個(gè) Mini 版的· 安裝 Yeelight Skill· 安裝 Mijia兩者需要登錄小米的賬號(hào)，才能授權(quán)獲得控制。3結(jié)合 HomeAssistant 和 Amazon Echo文檔：https:/home-assistant.io/components/alexa/如果只是為了打開、關(guān)閉設(shè)備，可以直接使用 emulated_hue 組件，它可以提供一個(gè)虛擬的 Philips Hue 橋。只開關(guān)設(shè)備使用 Home Assistant 的 Emulated Hue 組件就可以了，添加如下的配置：emulated_hue:  host_ip: 42其中的 42 即是 Home Assistant 的服務(wù)器地址更詳細(xì)的配置，如：定制命令為了使用更多的功能，則需要使用將 Home Assistant 暴露到公網(wǎng)上使用諸如花生殼等。（PS:由于當(dāng)前家里使用的是光纖，需要光纖貓，實(shí)施上比較困難；因此，外部訪問需要使用一級(jí)