智能家居——IoT零基础入门篇

概要

本文主要根据笔者从零开始接触硬件,以小白视角开启IoT探索,根据相关资料DIY一个温湿度传感器。后经过探索发现新大陆——Home Assistant&Homebridge,最终实现了一个智能家居设备从数据采集到控制、展示。

整体结构图

  • 智能设备:温湿度传感器
  • 主控芯片:STM32F103C8T6
  • 通信协议:Zigbee
  • 智能网关:树莓派
  • 数据存储、展示、设备控制:HomeAssistant + Home Kit

效果图

传感器效果图

Home Assistant效果图

Home Kit效果图

启程

在大学时代时,宿舍有两个路由器TP-LINK路由器,尝试刷openwrt/dd-wrt,各种折腾,买了编程烧录器、FLASH芯片等,拆机焊接等,尝试用电烙铁拆解芯片(不该轻易尝试),搞坏了一个路由器。由此也开启对硬件的兴趣,看目前IoT备受大家关注与追捧,自己也想跃跃欲试——DIY智能家居。

2017年七月份,开始了解各种物联网设备、协议,纠结WiFi还是Zigbee?了解ESP8266,CC2530,JN5168等芯片。

最开始想着做个简单的,正好百宝箱中有一只DHT11,于是先做个温湿度设备。
温湿度传感器应该是功耗小的,如果用WiFi就必须使用电源,如果每个房间一个,墙上基本插座肯定不够,即不美观也不现实。
所以聚焦Zigbee, 于是在网上买了一套开发学习板,200+,买回来后才发现没时间搞,除了用串口测试玩了一下,一直在被搁置了。

花了近一周的时间在网上搜索Zigbee相关资料及产品,由于目前大多数Zigbee产品通信协议各厂商都各自实现,且不是完全开源,所以学习成本较大,Zigbee 3.0可能改善这一局面,不过目前网上资料甚少。为了实现上述DIY智能家居的目标,我选择暂时放下这个大骨头,选择一款支持透传的Zigbee板子DL-20, 串口转Zigbee透传。

无线传输问题解决了,下来就是如何驱动DHT11获取数据,购买Zigbee设备时,看资料这个模块应该是MCU,就是经常听到的单片机,正好家里百宝箱里有STM8和STM32(大学买的,一直被搁置,没时间搞,也不知道该怎么玩),于是网上查阅资料,发现STM8资料比STM32要少很多,看了STM32F103C8T6核心板也就10块钱左右,于是选择STM32,一方面价格能接受,配置也比STM8高些,容易入门上手。

突破STM32

刚开始在网上找STM32资料,发现有驱动DHT11的源代码,但是程序结构根本无法看懂。
另外,搭建了IAR开发环境,发现将源码粘贴进去,根本编译不过;网上也没有详细的STM32F103配置资料。

周末,去图书馆翻遍STM32相关书籍,找到了一本非常适合突击,实战入门的资料书籍《疯狂STM32实战讲学录》,作者欧阳骏,李英芬,王小强等。
花了大概5小时,熟悉了前七章的内容,主要有基本LED灯实验(说明库函数),GPIO入门之道(基本IO操作),中断(程序流程、通信),时钟,UART(串口)等知识点。

回家之后,发现STM32驱动DHT11程序能看懂了,但是开发环境中编译还是报错,从ST官网下载的固件库也不知道如何使用。

无意间,搜索到“51自学网”的STM32教程,该网站讲解的课程都很基础,很适合零基础,于是看了STM32开发环境搭建相关教程,于是自己动手实现了第一个LED灯。

按照教程又温故了时钟中断等知识点,实现了定时休眠功能,接着结合教程,DHT11说明文档,实现了读取温湿度数据。但是读取的数据没法显示,于是看了串口通信相关教程,实现了基本的串口通信,将读取的数据通过串口发送至电脑。

上述过程相关技术教程见《STM32F103X 开发环境搭建》、《STM32获取DHT11温度传感器数据

尝试IoT云平台

串口读取到DHT11数据后,开始尝试将数据上传云平台保存,选择阿里云IoT套件,熟悉了MQTT协议,按照官方文档获取HTTPS授权,并将数据通过MQTT协议推送到云端,转储到表格存储中,接下来想着搭建一个WEB服务,绘制温湿度曲线图。
接入阿里云物联网套件相关教程见《智能家居——阿里云物联网套件体验

发现新大陆--Home Assistant

准备搭建Web服务器时,查阅网上相关资料,无意间发下了新大陆,Home Assistant,太符合我的需求。
官网:https://home-assistant.io/
安装教程可参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/28011522
国内论坛:https://bbs.hassbian.com/forum.php

智能家居控制展示图

(图片引用自Home Assistant官方文档

总结

回看整个入门历程,发现IoT设备用户体验,能耗等细节至关重要,同时也是约束。

能耗

简单理解就是,要能耗低,那么设备一定要简单,简单的设备开发涉及硬件知识很多,对于软件工程师来说门槛较高。
另一个就是通信协议,WiFi可以说是入门首选,但是其能耗较大决定了其不能成为家庭小型传感器所用。
这方面小米一直做的不错,对于有源设备,比如智能排插等使用WiFi,同时推出Zigbee智能网关,温湿度、门窗感应设备使用Zigbee通信,而NXP公司的JN516X系列能耗与CC2530相比,又改善很多。所以网上查询小米设备的拆解资料可以看到,温湿度传感器等采用纽扣电池供电。
随着Zigbee 3.0的来临,相信智能家居小型传感器的网络通信还是非Zigbee莫属。
ESP8266所带来的价格优势,也让很多热爱IoT的Geek投入,使得WiFi也占一席之地。

用户体验

目前各大厂商都在建立自己的生态圈,家里买各种设备需要安装不同的APP,用户体验较差,而有一群人,热衷Home Assistant这个开源平台,投身在将各种设备适配到该平台。
如果国内某个厂商能够进入开源社区,支持Home Assistant,那便是另一番景象,让我们共同期待。

posted @ 2017-10-01 21:10 雨中尘埃 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏