智能家居——IoT零基礎入門篇

概要

本文主要根據筆者從零開始接觸硬件，以小白視角開啓IoT探索，根據相關資料DIY一個溫溼度傳感器。後通過探索發現新大陸——Home Assistant&Homebridge，最終實現了一個智能家居設備從數據採集到控制、展現。

總體結構圖

• 智能設備：溫溼度傳感器
• 主控芯片：STM32F103C8T6
• 通訊協議：Zigbee
• 智能網關：樹莓派
• 數據存儲、展現、設備控制：HomeAssistant + Home Kit

效果圖

傳感器效果圖

Home Assistant效果圖

Home Kit效果圖

啓程

在大學時代時，宿舍有兩個路由器TP-LINK路由器，嘗試刷openwrt/dd-wrt，各類折騰，買了編程燒錄器、FLASH芯片等，拆機焊接等，嘗試用電烙鐵拆解芯片（不應輕易嘗試），搞壞了一個路由器。由此也開啓對硬件的興趣，看目前IoT備受你們關注與追捧，本身也想躍躍欲試——DIY智能家居。

2017年七月份，開始瞭解各類物聯網設備、協議，糾結WiFi仍是Zigbee？瞭解ESP8266，CC2530，JN5168等芯片。

最開始想着作個簡單的，正好百寶箱中有一隻DHT11，因而先作個溫溼度設備。
溫溼度傳感器應該是功耗小的，若是用WiFi就必須使用電源，若是每一個房間一個，牆上基本插座確定不夠，即不美觀也不現實。
因此聚焦Zigbee， 因而在網上買了一套開發學習板，200+，買回來後才發現沒時間搞，除了用串口測試玩了一下，一直在被擱置了。

花了近一週的時間在網上搜索Zigbee相關資料及產品，因爲目前大多數Zigbee產品通訊協議各廠商都各自實現，且不是徹底開源，因此學習成本較大，Zigbee 3.0可能改善這一局面，不過目前網上資料甚少。爲了實現上述DIY智能家居的目標，我選擇暫時放下這個大骨頭，選擇一款支持透傳的Zigbee板子DL-20, 串口轉Zigbee透傳。

無線傳輸問題解決了，下來就是如何驅動DHT11獲取數據，購買Zigbee設備時，看資料這個模塊應該是MCU，就是常常聽到的單片機，正好家裏百寶箱裏有STM8和STM32（大學買的，一直被擱置，沒時間搞，也不知道該怎麼玩），因而網上查閱資料，發現STM8資料比STM32要少不少，看了STM32F103C8T6核心板也就10塊錢左右，因而選擇STM32，一方面價格能接受，配置也比STM8高些，容易入門上手。

突破STM32

剛開始在網上找STM32資料，發現有驅動DHT11的源代碼，可是程序結構根本沒法看懂。
另外，搭建了IAR開發環境，發現將源碼粘貼進去，根本編譯不過；網上也沒有詳細的STM32F103配置資料。

週末，去圖書館翻遍STM32相關書籍，找到了一本很是適合突擊，實戰入門的資料書籍《瘋狂STM32實戰講學錄》，做者歐陽駿，李英芬，王小強等。
花了大概5小時，熟悉了前七章的內容，主要有基本LED燈實驗（說明庫函數），GPIO入門之道（基本IO操做），中斷（程序流程、通訊），時鐘，UART（串口）等知識點。

回家以後，發現STM32驅動DHT11程序能看懂了，可是開發環境中編譯仍是報錯，從ST官網下載的固件庫也不知道如何使用。

無心間，搜索到「51自學網」的STM32教程，該網站講解的課程都很基礎，很適合零基礎，因而看了STM32開發環境搭建相關教程，因而本身動手實現了第一個LED燈。

按照教程又溫故了時鐘中斷等知識點，實現了定時休眠功能，接着結合教程，DHT11說明文檔，實現了讀取溫溼度數據。可是讀取的數據無法顯示，因而看了串口通訊相關教程，實現了基本的串口通訊，將讀取的數據經過串口發送至電腦。

上述過程相關技術教程見《STM32F103X 開發環境搭建》、《STM32獲取DHT11溫度傳感器數據》

嘗試IoT雲平臺

串口讀取到DHT11數據後，開始嘗試將數據上傳雲平臺保存，選擇阿里雲IoT套件，熟悉了MQTT協議，按照官方文檔獲取HTTPS受權，並將數據經過MQTT協議推送到雲端，轉儲到表格存儲中，接下來想着搭建一個WEB服務，繪製溫溼度曲線圖。
接入阿里雲物聯網套件相關教程見《智能家居——阿里雲物聯網套件體驗》

發現新大陸--Home Assistant

準備搭建Web服務器時，查閱網上相關資料，無心間發下了新大陸，Home Assistant，太符合個人需求。
官網：https://home-assistant.io/
安裝教程可參考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/28011522
國內論壇：https://bbs.hassbian.com/forum.php

智能家居控制展現圖

（圖片引用自Home Assistant官方文檔）

總結

回看整個入門歷程，發現IoT設備用戶體驗，能耗等細節相當重要，同時也是約束。

能耗

簡單理解就是，要能耗低，那麼設備必定要簡單，簡單的設備開發涉及硬件知識不少，對於軟件工程師來講門檻較高。
另外一個就是通訊協議，WiFi能夠說是入門首選，可是其能耗較大決定了其不能成爲家庭小型傳感器所用。
這方面小米一直作的不錯，對於有源設備，好比智能排插等使用WiFi，同時推出Zigbee智能網關，溫溼度、門窗感應設備使用Zigbee通訊，而NXP公司的JN516X系列能耗與CC2530相比，又改善不少。因此網上查詢小米設備的拆解資料能夠看到，溫溼度傳感器等採用鈕釦電池供電。
隨着Zigbee 3.0的來臨，相信智能家居小型傳感器的網絡通訊仍是非Zigbee莫屬。
ESP8266所帶來的價格優點，也讓不少熱愛IoT的Geek投入，使得WiFi也佔一席之地。

用戶體驗

目前各大廠商都在創建本身的生態圈，家裏買各類設備須要安裝不一樣的APP，用戶體驗較差，而有一羣人，熱衷Home Assistant這個開源平臺，投身在將各類設備適配到該平臺。 若是國內某個廠商可以進入開源社區，支持Home Assistant，那即是另外一番景象，讓咱們共同期待。