智能家居系統(tǒng)搭建方案

這是一個探索性項目，旨在提供一個完整的智能家居搭建指南。具體系統(tǒng)架構使用HomeAssistant、HomeBridge作為智能家居的核心?使用AmazonEcho作為語音輸入工具（當前僅支持英語）?使用iPhone的“家庭”應用作為控制工具?可以使用任何的設備連接HomeAssistant服務來控制應用當前，我們談論智能家居的時候，我們實現(xiàn)上是在討論：家庭自動化。引自維基百科，對于智能家居的介紹1：Homeautomationorsmarthome(alsoknownasdomotics)isbuildingautomationforthehome.隨著機器學習和深度學習等AI技術的進一步普及，這一點（智能化）在最近幾年里，應該會發(fā)生一些劇烈的變化。而無論如何，我可不太希望我要被機器催著起床。開始實戰(zhàn)之前，讓我們先關注于當前智能家居的幾個關鍵點：設備。這些設備要么使用WiFi，要么要使用藍牙，方便使用手機連接上這些設備。依當前的情況來看，主要是以WiFi為主，在手機上配置完后，可以輕松地實現(xiàn)遠程控制。與此同時，他們在與手機通訊的時候，會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開關等等，他們都已經可以被仿真，并作為Homekit組件使用。?自動化。自動化是指你可以定時也開關某個特定的設備，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、關閉一系列用電器、開啟防盜功能等等。?中心網關。當我們所使用的一系列設備擁有WiFi功能時，裝有各種軟件的手機便相當于控制中樞。而這樣的設計本身是不合理的，你要在手機上安裝一系列的應用。這個時候，便需要一個額外的軟件作為中心，來接入這些設備，而手機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普通的用戶，我們只需要關注便利的生活。作為一個極客，我們則關注于如何改造成需要的功能。智能音箱學術上有個概念是“傳聲器陣列”，主要由一定數目的聲學傳感器組成，用來對聲場的空間特性進行采樣并處理的系統(tǒng)。如下圖所示AmazonEcho的電路板：其及對應的麥克風的位置：其及對應的麥克風的位置：其所要主要解決遠距離語音識別的問題，以保證真實場景下的語音識別率。而這些設備的主要原理，都是將語音信號發(fā)送到服務器端，由服務器端識別，并匹配到對應的指令上。實驗表明AWS的服務并不是那么可靠的~~，經常出現(xiàn)：YourEchodotisnotconnected自定義組件的原理，如下圖所示：HomeAssistant是一個運行在Python3上的開源家庭自動化平臺。能跟蹤和控制家庭中的所有設備，并實現(xiàn)自動化控制，同時還完美的支持在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，來與不同的本地設備互聯(lián)，并提供一個響應式的Web界面、PWA應用、iOS應用，讓用戶可以輕松地與設備進行交互。其在桌面瀏覽器上的界面如下圖所示：手機瀏覽器的界面如下圖所示：RGB燈）的設備來說，它也能支持豐富的操作，即上圖。同時，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，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)認證等等。借助于iPhone、iPad、iWatch等設備及『家庭』應用，用戶可以輕松地掌控各種HomeKit配件。并且可以通過設備上Siri應用、Homepod，直接用語音來與設備交互。當前要在Homekit，有三種方法：購買昂貴的MFi設備。?借助于HomeAssistant，來自建HomekitAPI服務連接設備。?模擬現(xiàn)有的MFi設備。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無法以個人開發(fā)者身份加入。因此，這個時候我們就需要借助于Homebridge。Homebridge是一個用Node.js實現(xiàn)的輕量級后臺，可以在家庭網絡上運行，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。仿真設備?AmazoneEchoDot?NodeMCU?Yeelight?RaspberryPi2?Android、iOS設備2.1ESP8266仿真設備?Wemo：可以被AmazonEcho識別?PhilipsHue：可以被HomeKit識別?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ArduinoIDE，并進入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設置?定義開關及其回調，在officeLightsOn、officeLightsOff、kitchenLightsOn、kitchenLightsOff中?燒錄相似項目：ArduinoEsp8266AlexaWemoswitchemulator仿真PhilipsHueESP8266HueEmulator項目地址：ESP8266HueEmulator這個Demo需要這么幾個庫NeoPixelBus、aJson、Time、NtpClient，同時還需要修改一些相關的配置。因此直接使用這個腳本安裝，比較簡單：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看到相應的配置。npminstall-gmiiomiio--discovernpminstall--savemiio3集成網關篇3.1RaspberryPiHomeAssistantImages:https://home-assistant.io/docs/hassbian/installation/ImagesDownloader:https://etcher.io/發(fā)現(xiàn)文檔好像有點問題，便手動地嘗試安裝：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獲取數據導出腳本2.打開易控（英語：E-Control）應用，點擊菜單->共享->云分享就會生成相應的配置文件3.瀏覽手機上的/broadlink/newremote/SharedData/目錄，復制出jsonSubIr、jsonButton、jsonIrCode三個文件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問題，獲取到的配置是空的。Yeelight：homebridge-yeelight?小米設備：homebridge-aqara?BroadlinkRM紅外：homebridge-broadlink-rm?BroadlinkSP開關:homebridge-broadlink-sp?HomeAssistant:homebridge-homeassistantHomebridge修改為阿里云，速度會更快一些：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：安裝相應的插件：sudonpminstall-ghomebridge-yeelightsudonpminstall-ghomebridge-homeassistantsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-spsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-rmsudonpminstall-ghomebridge-platform-wemosudonpminstall-ghomebridge-miio對應的配置在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Mini版的安裝YeelightSkill?安裝Mijia兩者需要登錄小米的賬號，才能授權獲得控制。3結合HomeAssistant和AmazonEcho文檔：https://home-assistant.io/components/alexa/emulated_hue組件，它可以提供一個虛擬的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的服務器地址更詳細的配置，如：/Teagan42/HomeAssistantConfig定制命令為了使用更多的功能，則需要使用將HomeAssistant暴露到公網上——使用諸如花生殼等。（PS:由于當前家里使用的是光纖，需要光纖貓，實施上比較困難；因此，外部訪問需要使用一級跌幅，暫時沒有進行這方面的嘗試）。隨后在AmazondeveloperconsoleAlexaSkill，并添加Endpoing：https://YOUR_HOST/api/alexa?api_password=YOU