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。