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)使用HomeAssistant、HomeBridge作為智能家居的核心?使用AmazonEcho作為語音輸入工具（當(dāng)前僅支持英語）?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HomeAssistant服務(wù)來控制應(yīng)用當(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：Homeautomationorsmarthome(alsoknownasdomotics)isbuildingautomationforthehome.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（參見仿真器一節(jié)）。如PhilipsHue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。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，來接入這些設(shè)備，而手機(jī)上也不需要多余的額外軟件。如HomeKit、HomeAssistant就是這樣的而作為一個(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。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AmazonEcho的電路板：其及對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)的位置：其及對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)的位置：其所要主要解決遠(yuǎn)距離語音識(shí)別的問題，以保證真實(shí)場(chǎng)景下的語音識(shí)別率。而這些設(shè)備的主要原理，都是將語音信號(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。實(shí)驗(yàn)表明AWS的服務(wù)并不是那么可靠的~~，經(jīng)常出現(xiàn)：YourEchodotisnotconnected自定義組件的原理，如下圖所示：HomeAssistant是一個(gè)運(yùn)行在Python3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RaspberryPi上。通過HomeAssistant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。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：RGB燈）的設(shè)備來說，它也能支持豐富的操作，即上圖。同時(shí)，還能接上AmazonEcho、HomeKit等各式各樣的中心。HomeKit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:HomeKitAccessoryProtocol)、以及MFi(MadeforiPhone/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。并且可以通過設(shè)備上Siri應(yīng)用、Homepod，直接用語音來與設(shè)備交互。當(dāng)前要在Homekit，有三種方法：購買昂貴的MFi設(shè)備。?借助于HomeAssistant，來自建HomekitAPI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PhilipHues。引自：使用iOSHomekit控制樹莓派：HAP協(xié)議部分是需要加入MFiProgram才能獲取文檔，而且MFiProgram無法以個(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Node.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iOSHomeKitAPI。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。的。而這也是最近幾年來，限制智能家居發(fā)展的一個(gè)因素：找不到合適的用戶WeMo?ZigBee?WiFi?BLE?紅外如小米的萬能遙控、BroadlinkRMPro等。仿真設(shè)備?AmazoneEchoDot?NodeMCU?Yeelight?RaspberryPi2?Android、iOS設(shè)備2.1ESP8266仿真設(shè)備?Wemo：可以被AmazonEcho識(shí)別?PhilipsHue：可以被HomeKit識(shí)別?仿真Wemo要求：下載ArdunioIDE，地址：http://www.arduino.cc/en/main/software一、安裝ArduinoESP8266ArduinoESP8266GitHub地址：/esp8266/Arduino啟動(dòng)ArduinoIDE，并進(jìn)入Preferences窗口2.在AdditionalBoardManagerURLs中輸入：/stable/package_esp8266com_index.json3.從Tools>Board菜單中打開BoardsManager，并輸入安裝esp8266平臺(tái)下載安裝包：/kakopappa/arduino-esp8266-alexa-multiple-wemo-switch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、kitchenLightsOn、kitchenLightsOff中?燒錄相似項(xiàng)目：ArduinoEsp8266AlexaWemoswitchemulator仿真PhilipsHueESP8266HueEmulator項(xiàng)目地址：ESP8266HueEmulator這個(gè)Demo需要這么幾個(gè)庫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MacOS，需要將下面腳本中的$HOME/Arduino/libraries/改為$HOME/Documents/Arduino/libraries/cd$HOME/Arduino/libraries/gitclone--branch2.1.4/Makuna/NeoPixelBus.gitgitclone/interactive-matter/aJson.gitgitclone/PaulStoffregen/Time.gitgitclone/gmag11/NtpClient.gitsed-i-e's|#definePRINT_BUFFER_LEN256|#definePRINT_BUFFER_LEN4096|g'aJson/aJSON.hgitclone/probonopd/ESP8266HueEmulator.gitESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator/ESP8266HueEmulator.inosed-i-e's|//constchar|constchar|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。npminstall-gmiiomiio--discovernpminstall--savemiio3集成網(wǎng)關(guān)篇3.1RaspberryPiHomeAssistantImages:https://home-assistant.io/docs/hassbian/installation/ImagesDownloader: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：pip3install--upgradehomeassistantsudo-uhomeassistant-H/srv/homeassistant/bin/hass并不沒工作，于是執(zhí)行官方的安裝腳本：assistant/master/hass_rpi_installer.sh&&sudochownpi:pihass_rpi_installer.sh&&bashhass_rpi_installer.sh又在我的MBP上安裝嘗試pip3installhomeassistanthass--open-ui然后發(fā)現(xiàn)安裝完就可以了。3.2HomeAssistantBroadlinkPMPRO在configuration.yaml文件中添加下面的配置：#Exampleconfiguration.yamlentry-platform:broadlinkhost:IP_ADDRESSmac:'MAC_ADDRESS'reciever:command_on:'switch_packeton'command_off:'switch_packetoff'Broadlink配置從/NightRang3r/Broadlink-e-control-db-dump獲取數(shù)據(jù)導(dǎo)出腳本2.打開易控（英語：E-Control）應(yīng)用，點(diǎn)擊菜單->共享->云分享就會(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pipinstallsimplejson5.執(zhí)行第一步代碼中的腳本，pythongetBroadlinkSharedData.py6.安裝python-broadlink，地址/mjg59/python-broadlink.git不知道是不是我的空調(diào)問題，獲取到的配置是空的。Yeelight：homebridge-yeelight?小米設(shè)備：homebridge-aqara?BroadlinkRM紅外：homebridge-broadlink-rm?BroadlinkSP開關(guān):homebridge-broadlink-sp?HomeAssistant:homebridge-homeassistantHomebridge修改為阿里云，速度會(huì)更快一些：deb/raspbian/raspbian/jessiemainnon-freecontribdeb-src/raspbian/raspbian/jessiemainnon-freecontrib安裝Node.jsARM版：curl-sL/setup_7.x|sudo-Ebash-sudoapt-getinstall-ynodejs安裝avahi：sudoapt-getinstalllibavahi-compat-libdnssd-dev安裝homebridge：安裝相應(yīng)的插件：sudonpminstall-ghomebridge-yeelightsudonpminstall-ghomebridge-homeassistantsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-spsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-rmsudonpminstall-ghomebridge-platform-wemosudonpminstall-ghomebridge-miio對(duì)應(yīng)的配置在home-assistant目錄下的configuration.yaml文件。在/etc/default目錄下創(chuàng)建homebridge文件，內(nèi)容如下：#Defaults/Configurationoptionsforhomebridge#Thefollowingsettingstellshomebridgewheretofindtheconfig.jsonfileandwheretopersistthedata(i.e.pairingandothers)HOMEBRIDGE_OPTS=-U/var/lib/homebridge#Ifyouuncommentthefollowingline,homebridgewilllogmore#Youcandisplaythisviasystemd'sjournalctl:journalctl-f-uhomebridge#DEBUG=*在/etc/systemd/system目錄下創(chuàng)建homebridge.service文件，內(nèi)容如Description=Node.jsHomeKitServerAfter=syslog.targetnetwork-online.targetType=simpleUser=homebridgeEnvironmentFile=/etc/default/homebridge#Adaptthistoyourspecificsetup(couldbe/usr/bin/homebridge)#SeecommentsbelowformoreinformationExecStart=/usr/local/bin/homebridge$HOMEBRIDGE_OPTSRestart=on-failureRestartSec=10KillMode=processWantedBy=multi-user.targetsystemctldaemon-reloadsystemctlenablehomebridgesystemctlstarthomebridgenpminstall-ghomebridge-homeassistant{}]我用的是AmazonEchoDot2就是那個(gè)Mini版的安裝YeelightSkill?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AmazonEcho文檔：https://home-assistant.io/components/alexa/emulated_hue組件，它可以提供一個(gè)虛擬的PhilipsHue橋。使用HomeAssistant的EmulatedHue組件就可以了，添加如下的配置：host_ip:42其中的42即是HomeAssistant的服務(wù)器地址更詳細(xì)的配置，如：/Teagan42/HomeAssistantConfig定制命令為了使用更多的功能，則需要使用將HomeAssistant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)跌幅，暫時(shí)沒有進(jìn)行這方面的嘗試）。隨后在AmazondeveloperconsoleAlexaSkill，并添加Endpoing：https://YOUR_HOST/api/alexa?api_password=YOU