智能家居系统搭建方案

这是一个探索性项目，旨在提供一个完整的智能家居搭建指南。具体系统架构使用HomeAssistant、HomeBridge作为智能家居的核心•使用AmazonEcho作为语音输入工具（当前仅支持英语）•使用iPhone的“家庭”应用作为控制工具•可以使用任何的设备连接HomeAssistant服务来控制应用当前，我们谈论智能家居的时候，我们实现上是在讨论：家庭自动化。引自维基百科，对于智能家居的介绍1：Homeautomationorsmarthome(alsoknownasdomotics)isbuildingautomationforthehome.随着机器学习和深度学习等AI技术的进一步普及，这一点（智能化）在最近几年里，应该会发生一些剧烈的变化。而无论如何，我可不太希望我要被机器催着起床。开始实战之前，让我们先关注于当前智能家居的几个关键点：设备。这些设备要么使用WiFi，要么要使用蓝牙，方便使用手机连接上这些设备。依当前的情况来看，主要是以WiFi为主，在手机上配置完后，可以轻松地实现远程控制。与此同时，他们在与手机通讯的时候，会使用一些自定义的通讯规则，并且似乎很容易被破解（参见仿真器一节）。如PhilipsHue智能灯、Wemo开关等等，他们都已经可以被仿真，并作为Homekit组件使用。•自动化。自动化是指你可以定时也开关某个特定的设备，闹钟一响，便打开灯诸如此类的。备的操作，如早起，便开灯、打开窗帘，离开家，则锁门、关闭一系列用电器、开启防盗功能等等。•中心网关。当我们所使用的一系列设备拥有WiFi功能时，装有各种软件的手机便相当于控制中枢。而这样的设计本身是不合理的，你要在手机上安装一系列的应用。这个时候，便需要一个额外的软件作为中心，来接入这些设备，而手机上也不需要多余的额外软件。如HomeKit、HomeAssistant就是这样的而作为一个普通的用户，我们只需要关注便利的生活。作为一个极客，我们则关注于如何改造成需要的功能。智能音箱学术上有个概念是“传声器阵列”，主要由一定数目的声学传感器组成，用来对声场的空间特性进行采样并处理的系统。如下图所示AmazonEcho的电路板：其及对应的麦克风的位置：其及对应的麦克风的位置：其所要主要解决远距离语音识别的问题，以保证真实场景下的语音识别率。而这些设备的主要原理，都是将语音信号发送到服务器端，由服务器端识别，并匹配到对应的指令上。实验表明AWS的服务并不是那么可靠的~~，经常出现：YourEchodotisnotconnected自定义组件的原理，如下图所示：HomeAssistant是一个运行在Python3上的开源家庭自动化平台。能跟踪和控制家庭中的所有设备，并实现自动化控制，同时还完美的支持在RaspberryPi上。通过HomeAssistant插件，它可以直接兼容各式硬件设备。其原理是通过WiFi、BLE、Zigbee、MQTT等不同的协议，来与不同的本地设备互联，并提供一个响应式的Web界面、PWA应用、iOS应用，让用户可以轻松地与设备进行交互。其在桌面浏览器上的界面如下图所示：手机浏览器的界面如下图所示：RGB灯）的设备来说，它也能支持丰富的操作，即上图。同时，还能接上AmazonEcho、HomeKit等各式各样的中心。HomeKit是由Apple公司推出的智能家居平台，包括iOS上的SDK、智能家居硬件通信协议(HAP:HomeKitAccessoryProtocol)、以及MFi(MadeforiPhone/iPod/iPad)认证等等。借助于iPhone、iPad、iWatch等设备及『家庭』应用，用户可以轻松地掌控各种HomeKit配件。并且可以通过设备上Siri应用、Homepod，直接用语音来与设备交互。当前要在Homekit，有三种方法：购买昂贵的MFi设备。•借助于HomeAssistant，来自建HomekitAPI服务连接设备。•模拟现有的MFi设备。诸如使用ESP8266仿真PhilipHues。引自：使用iOSHomekit控制树莓派：HAP协议部分是需要加入MFiProgram才能获取文档，而且MFiProgram无法以个人开发者身份加入。因此，这个时候我们就需要借助于Homebridge。Homebridge是一个用Node.js实现的轻量级后台，可以在家庭网络上运行，用于模拟iOSHomeKitAPI。它支持插件——由社区提供的模块，这些插件能提供从HomeKit到“智能家居”设备制造商，提供的各种第三方API的基本桥梁。而我们只需要有一个iPhone在手便可以了。的。而这也是最近几年来，限制智能家居发展的一个因素：找不到合适的用户WeMo•ZigBee•WiFi•BLE•红外如小米的万能遥控、BroadlinkRMPro等。仿真设备•AmazoneEchoDot•NodeMCU•Yeelight•RaspberryPi2•Android、iOS设备2.1ESP8266仿真设备•Wemo：可以被AmazonEcho识别•PhilipsHue：可以被HomeKit识别?仿真Wemo要求：下载ArdunioIDE，地址：http://www.arduino.cc/en/main/software一、安装ArduinoESP8266ArduinoESP8266GitHub地址：/esp8266/Arduino启动ArduinoIDE，并进入Preferences窗口2.在AdditionalBoardManagerURLs中输入：/stable/package_esp8266com_index.json3.从Tools>Board菜单中打开BoardsManager，并输入安装esp8266平台下载安装包：/kakopappa/arduino-esp8266-alexa-multiple-wemo-switch下载代码•在编辑器中打开wemos.ino•修改WiFi设置•定义开关及其回调，在officeLightsOn、officeLightsOff、kitchenLightsOn、kitchenLightsOff中•烧录相似项目：ArduinoEsp8266AlexaWemoswitchemulator仿真PhilipsHueESP8266HueEmulator项目地址：ESP8266HueEmulator这个Demo需要这么几个库NeoPixelBus、aJson、Time、NtpClient，同时还需要修改一些相关的配置。因此直接使用这个脚本安装，比较简单：注意：如果是MacOS，需要将下面脚本中的$HOME/Arduino/libraries/改为$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再将代码烧录到ESP8266上，就可以在Homekit看到相应的配置。npminstall-gmiiomiio--discovernpminstall--savemiio3集成网关篇3.1RaspberryPiHomeAssistantImages:https://home-assistant.io/docs/hassbian/installation/ImagesDownloader:https://etcher.io/发现文档好像有点问题，便手动地尝试安装：pip3install--upgradehomeassistantsudo-uhomeassistant-H/srv/homeassistant/bin/hass并不没工作，于是执行官方的安装脚本：assistant/master/hass_rpi_installer.sh&&sudochownpi:pihass_rpi_installer.sh&&bashhass_rpi_installer.sh又在我的MBP上安装尝试pip3installhomeassistanthass--open-ui然后发现安装完就可以了。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配置从/NightRang3r/Broadlink-e-control-db-dump获取数据导出脚本2.打开易控（英语：E-Control）应用，点击菜单->共享->云分享就会生成相应的配置文件3.浏览手机上的/broadlink/newremote/SharedData/目录，复制出jsonSubIr、jsonButton、jsonIrCode三个文件4.安装好python环境，并安装pipinstallsimplejson5.执行第一步代码中的脚本，pythongetBroadlinkSharedData.py6.安装python-broadlink，地址/mjg59/python-broadlink.git不知道是不是我的空调问题，获取到的配置是空的。Yeelight：homebridge-yeelight•小米设备：homebridge-aqara•BroadlinkRM红外：homebridge-broadlink-rm•BroadlinkSP开关:homebridge-broadlink-sp•HomeAssistant:homebridge-homeassistantHomebridge修改为阿里云，速度会更快一些：deb/raspbian/raspbian/jessiemainnon-freecontribdeb-src/raspbian/raspbian/jessiemainnon-freecontrib安装Node.jsARM版：curl-sL/setup_7.x|sudo-Ebash-sudoapt-getinstall-ynodejs安装avahi：sudoapt-getinstalllibavahi-compat-libdnssd-dev安装homebridge：安装相应的插件：sudonpminstall-ghomebridge-yeelightsudonpminstall-ghomebridge-homeassistantsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-spsudonpminstall-ghomebridge-broadlink-rmsudonpminstall-ghomebridge-platform-wemosudonpminstall-ghomebridge-miio对应的配置在home-assistant目录下的configuration.yaml文件。在/etc/default目录下创建homebridge文件，内容如下：#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目录下创建homebridge.service文件，内容如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就是那个Mini版的安装YeelightSkill•安装Mijia两者需要登录小米的账号，才能授权获得控制。3结合HomeAssistant和AmazonEcho文档：https://home-assistant.io/components/alexa/emulated_hue组件，它可以提供一个虚拟的PhilipsHue桥。使用HomeAssistant的EmulatedHue组件就可以了，添加如下的配置：host_ip:42其中的42即是HomeAssistant的服务器地址更详细的配置，如：/Teagan42/HomeAssistantConfig定制命令为了使用更多的功能，则需要使用将HomeAssistant暴露到公网上——使用诸如花生壳等。（PS:由于当前家里使用的是光纤，需要光纤猫，实施上比较困难；因此，外部访问需要使用一级跌幅，暂时没有进行这方面的尝试）。随后在AmazondeveloperconsoleAlexaSkill，并添加Endpoing：https://YOUR_HOST/api/alexa?api_password=YOU