用掌控板做智能家居控制器

邱奕盛 謝作如

涉及學科：物理、技術、藝術

為了讓學生體會新技術的發展，筆者在溫州中學人工智能實驗中配置了一系列的智能家居設備，如智能燈泡、智能窗簾、智能插座和智能開關等。通過一個智能音箱設備，即可使用語音管理所有智能設備的工作狀態。但是，用語音控制雖然看起來很方便，在某些特定的場合并不適合，如有噪音，識別效果并不好，再如上課時喊一聲“小愛同學”，也有點尷尬。

在本欄目上一期的文章中，筆者用開源物聯網網關Home Assistant（簡稱 HASS）實現了個性化控制各種設備，于是繼續在HASS的幫助下，準備將開源硬件改造為智能家居的控制器。而自帶屏幕的掌控板，肯定成為最佳選擇之一。

● 掌控板做智能家居控制器的原理分析

Home Assitant有很多擴展插件，除了可以方便地連接各品牌智能設備，使得各品牌智能家居設備可以統一管理和控制外，還支持MQTT協議。掌控板等開源硬件雖然不能直接接入HASS，但是經過MQTT服務器做中轉后，即可實現對智能設備的控制，也就是說利用掌控板能夠制作一個與眾不同的智能家居控制器。其工作原理如圖1所示。

從圖1中還可以看出，只要將掌控板與MQTT服務器連接，消息傳遞就不再受限于局域網，可以在任何有網絡的地方實現控制實驗室的智能設備。

● 準備工作：基礎環境的搭建和設置

1.搭建MQTT服務器

MQTT服務器很多，HASS也支持絕大多數的服務器。SIoT是一款適合中小學教師和學生學習的跨平臺MQTT軟件，下面以它為例介紹MQTT服務器的搭建。

在gitee.com/vvlink/SIoT上可以下載對應版本的SIoT軟件。軟件不用安裝注冊，直接運行即可。用戶名為siot，密碼為dfrobot。

SIoT服務運行在1883端口，Web管理端口為8080，可以通過瀏覽器查看（如圖2）。

如果希望實現因特網的遠程控制，那么可以將SIoT搭建在公網服務器上，或者直接注冊企業的MQTT服務，如EasyIoT、OneNet等。

2.HASS的安裝與設置

上一期文章已經介紹了如何搭建HASS并接入智能家電設備。接下來，就需要配置MQTT平臺地址。

首先，通過瀏覽器訪問HASS的網頁管理界面，地址是{HASS的IP}：8123。點擊配置—設備與服務—添加集成—輸入“MQTT”搜索。其次，如圖3所示，填入MQTT服務器相關信息，其中服務器這一欄填寫MQTT的服務域名或IP。如果使用的是企業MQTT服務，一般還需要SSL/CA身份認證，具體操作可以參考www.home-assistant.io/docs/mqtt/certificate/。

● 用掌控板控制智能插座

以SIoT控制智能插座的開關為例，需要配置一個“場景自動化”的腳本，具體操作如下：

打開HASS的網頁管理界面，點擊配置—場景自動化—添加自動化—從空的自動化開始，進入自動化配置。

在觸發條件中選擇觸發條件類型為“MQTT”（如圖4），主題填寫chazuo/kaiguan，這樣，HASS會監聽這個主題收到的MQTT消息，一旦收到，就會觸發“動作”（如圖5）。在動作中，選擇動作類型為“調用服務”，服務選擇“開關：Toggle”表示切換開關狀態。目標選擇設備為智能插座。點擊保存。

接著，添加一個自動化，實現設備狀態的查詢，這一功能屬于高級功能，需要通過YAML語言編寫，具體流程如下：

在觸發條件中選擇觸發條件類型為“MQTT”，主題填寫chazuo/chaxun。在動作中，選擇動作類型為“調用服務”，服務選擇“MQTT： Publish”表示發送MQTT消息，Topic填寫chazuo/zhuangtai，然后點擊這個模塊的三個點，切換到YAML編輯模式，添加一行payload_template： '{{ states（"switch.cha_zuo_1"） }}'，這里的states（）代表獲取實體switch.cha_zuo_1的狀態，花括號表示是變量的引用。最后的效果如圖6所示。

保存配置后，接下來就可以通過mPython給掌控板編程了。預設的功能是：按A鍵切換智能插座的開關，B鍵查詢智能插座的狀態。模塊化編程代碼如下頁圖7所示，運行效果如下頁圖8所示。

● 用掌控板調節智能燈泡的色彩

智能家電的控制不只有開和關的工作狀態，還有很多其他的功能可以被控制，如窗簾的幅度、燈光的色彩等。我們可以通過以json格式的MQTT消息發送復雜指令控制家電，這里介紹最常見的智能燈的色彩調節。

先創建一個“自動化”腳本，在觸發條件中選擇觸發條件類型為“MQTT”，主題填寫deng/secai。在動作中，選擇動作類型為“調用服務”，服務選擇“燈光： Turn on”表示開燈，目標選擇已經添加過的設備，如Yeelight彩燈，勾選“Brightness”并設置一個數值，然后切換至以YAML編輯，在data中添加rgb_color： '{{ trigger.payload_json.rgb }}'，表示燈光顏色設置根據觸發條件中接收到的數據。效果如圖9所示。

接著，通過mPython給掌控板編程，模塊化編程代碼如圖10所示，運行效果如圖11所示。

● 小結

借助HASS和MQTT，筆者成功地實現了用掌控板來控制智能家居設備。實際上，除了掌控板，任何一款支持MQTT的軟硬件都能控制智能家居設備，如行空板、虛谷號、樹莓派等。MQTT的編程門檻很低，小學生用Mind+和mPython，也能設計一個與眾不同的控制面板。只要創意無限，用戶和智能家居的交互方式就會越來越靈活有趣。