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玩玩智能家居5:DIY水浸传感器

之前总是担心厨房水槽下水管会漏水,所以直接用雨水传感器做了一个水浸传感器,这样在漏水的时候,就可以直接收到通知,从而及时去检查并修复下水管漏水问题。

要 DIY 一个水浸传感器还是很简单的,只需要一个雨水传感器和一个 NodeMCU 就可以了。

雨水传感器

给 NodeMCU 刷上 ESPEasy,配置一个 Switch 设备,将 GPIO 设置为 NodeMCU 与雨水传感器 DO 针脚连接的 IO 就可以了。

然后再在 Domoticz 中配置好一个 Virtual Sensor,类型改为 Switch 就可以了。

报警声音

有些时候推送通知会比较慢,又或者手机不在身边,那么是否可以直接在 NodeMCU 这一端直接使用声音报警呢?这很简单,加个蜂鸣器模块,再写点代码就好了。

先给 ESPEasy 写个蜂鸣器插件,关键代码就是使用 Arduino 的 tone 函数了:

#define Plugin158_Do 262
#define Plugin158_Re 294
#define Plugin158_Mi 330
#define Plugin158_Fa 349
#define Plugin158_Sol 392
#define Plugin158_La 440
#define Plugin158_Si 494

static int Plugin158_TonesFreq[] = { Plugin158_Do, Plugin158_Re, Plugin158_Mi, Plugin158_Fa, Plugin158_Sol, Plugin158_La, Plugin158_Si };

static void Plugin158_PlayTones(int taskIndex) {
  int pin = Settings.TaskDevicePin1[taskIndex];

  char *tonesStr = "616161";

  pinMode(pin, OUTPUT);
  int len = strlen(tonesStr);
  if (Plugin158_TonesPlayingCharIndex < len) {
    char c = tonesStr[Plugin158_TonesPlayingCharIndex];
    int index = c - '0';
    if (index > 0 && index <= 7) {
      tone(pin, Plugin158_TonesFreq[index]);
    } else {
      noTone(pin);
    }
  }

  Plugin158_TonesPlayingCharIndex++;
  if (Plugin158_TonesPlayingCharIndex >= len) {
    Plugin158_TonesPlayingCharIndex = 0;
  }
}

为了能在有漏水时,马上报警,或者为了在没有网络情况不好时也能马上使用声音报警,需要在 ESPEasy 的本地规则里检测到漏水时来报警。

要实现这个功能,只需要使用 ESPEasy 的 Rules 功能,在 Rules 里检测到有漏水时,直接调用蜂鸣器插件进行报警:

on WATER#VAL=1 do
    buzzer,2,1
endon
on WATER#VAL=0 do
    buzzer,2,0
endon

更好的选择

当然,如果已经有小米网关了,可以直接购买 Aqara 水浸传感器,使用电池,方便部署,还美观 🙈。

而且小米的东西也可以不借助于 Domoticz 直接使用,可以将水浸传感器设置自动化,触发时直接使用小米网关播放警报音。

参考资料

  1. Domoticz
  2. Arduino – Tone

玩玩智能家居4:InfluxDB & Grafana

在接入了很多传感器到 Domoticz 之后,终于可以全面监控家里的各种环境参数了,例如温度、湿度、PM 2.5、二氧化碳浓度等等。

Domoticz 虽然已经自带了传感器数据日志,但是一来详细数据最多只能保存七天,二来只能单独查看每个传感器的数据,而不能将多个传感器数据放在一起对比查看,所以就需要使用其他方式去保存和展示传感器历史数据。

InfluxDB

InfluxDB 是一个时序数据库,很方便用来保存时间序列数据,而各种传感器数据其实就是一个时间序列化数据,InfluxDB 的介绍页面也说了很适合于 IoT Sensors 数据的保存。

使用 InfluxDB 最方便的方式就是用 Docker 了,直接在 DSM 的 Docker 中添加 influxdb 镜像,然后启动一个容器就可以了。

当然这里要记得添加一下端口映射,后面在配置 Domoticz Data Push 的时候需要用到。

Domoticz Data Push

部署好了 InfluxDB,就可以在 Domoticz 里面配置把接收到的传感器数据同时推送到 InfluxDB 中保存了。

Domoticz 提供了两种方式可以用来将传感器数据推送到 InfluxDB 中,一种使用 HTTP 调用 InfluxDB 的 HTTP API,还有一种是直接使用 Domoticz 内建的 InfluxDB 支持。

使用内建 InfluxDB 支持

使用内建 InfluxDB 的功能很简单,直接填写好 InfluxDB 服务器的 IP 和端口以及数据库名称就可以了

使用 InfluxDB HTTP API

使用 HTTP API 来向 InfluxDB 来写入数据稍微麻烦一点,需要自己定义一下发送数据的格式,但是其实这样更有利于控制写入 InfluxDB 中数据的名称。

URL 需要填写 InfluxDB 的 API 地址:

http://192.168.9.16:9800/write?db=domoticz&u=root&p=root&precision=ms

其中:

  • 192.168.9.16:9800 需要替换为实际的 InfluxDB 服务器地址和端口
  • db=domoticz 需要将数据库名称替换为实际的数据库名称

Data 填写:

device_%V value=%v %t3

配置需要 Push 的数据

在设置完 InfluxDB 推送,还需要选择需要推送哪些传感器的数据到 InfluxDB,这个在 Data Push 页面中直接选择添加就可以了。

Grafana

有了数据,就可以来展示了。Grafana 是一个很好的展示时序数据的工具,它直接支持读取 InfluxDB 的数据,可以提供多种形式的展示方式,例如曲线图、柱状图等。

Grafana 同样可以直接使用 Docker 来安装部署。

在 Grafana 中配置好 InfluxDB 数据源,就可以开始使用 Grafana 的面板来展示数据了。

在 Dashboard 中创建一个 Graph Panel,然后直接选择一下需要显示的数据字段,填一下采样的时间间隔,就可以显示出好看的曲线啦。如果需要对比多个数据,可以直接添加,选择不同的字段就可以了。

Grafana 还有其他很强大的图表显示功能,这个就可以根据自己的需要去组合排布,也可以创建多个 Dashboard 来展示不同类型的数据。如果有条件,还可以用一个 iPad 来展示 Dashboard,可以直接看到数据而不用去电脑上打开网页了。

参考资料

  1. Influxdb
  2. Grafana
  3. Domoticz HTTP Link

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玩玩智能家居3:PlatformIO

ESPEasy 虽然方便,但是毕竟很久没有维护了,里面对硬件的支持也不是很完全,并且在使用有些模块时,与 Domoticz 对接可能会有一些问题,例如 CO2 传感器在发送数据到 Domoticz 时,发送的数据字段就不正确。

在这个时候就需要自己来修改 ESPEasy 代码,重新编译并烧录到 NodeMCU 中,而修改代码就需要用到 IDE 了。ESPEasy 是一个 Arduino 项目,自然用 Arduino IDE 来开发是最直接的。

但是 Arduino IDE 是一个相当古老的程序了,虽然版本号更新到了 1.8,但是在使用的时候有很多功能都不够完善,例如代码自动补全、符号定位、语法着色等。

这个时候就在网上找到了 PlatformIO 这个项目,它提供了基于 Atom 或者 Visual Studio Code 的 IDE 项目 PlatforIO IDE。

PlatformIO IDE

要安装 PlatformIO IDE 很简单,在 Atom 的设置中打开 Packages,直接搜索 platformio ,安装platformio-ide 扩展即可。

项目开发

安装完 PlatformIO IDE,就可以开始用 Atom 来开发 Arduino 项目啦,使用 Atom 侧边工具栏里面的 Home 图标即可打开 PlatformIO IDE 首页。

如果原来的项目是纯 Arduino IDE 项目,即项目文件都在一个文件夹并且扩展名为 .ino,可以使用 PlatformIO 的导入 Arduino 项目功能。PlatformIO IDE 会将项目文件组织方式转换为 PlatformIO 项目格式,这个转换操作会将所有源代码文件移动到 src 目录中,并且给每一个 .ino 文件头部加上 include <arduino .h>

导入完成之后,就可以直接使用 Atom 编译固件并烧录到 NodeMCU 上了。

串口监视器

当然 PlatformIO IDE 也提供了串口监视器功能,直接在左侧工具栏中找到插头图标,点击之后就会出现串口选择,选择 NodeMCU 对应的串口设备以及波特率,即可在终端中看到 NodeMCU 串口输出的数据。

PlatformIO 平台

当然 PlatformIO 并不是只有 IDE 功能,它同样还有库管理功能,在 PlatformIO 的平台上有超过 1800 多个开源库可以使用,进入 PlatformIO IDE 主页之后,在左侧菜单中找到 Libraries,就可以快速添加开源库到 Arduino 项目中。

使用 Arduino IDE 中安装的库

当然在 PlatformIO 中也可以使用在 Arduino IDE 中安装的开源库,因为有一些库可能只上传到了 Arduino 的平台,而没有提交 PlatformIO 生态。

要在 PlatformIO 项目中使用 Arduino IDE 安装的开源库,只需要在 platformio.ini 这个配置文件中加下以下两行就可以了:

[platformio]
lib_dir=~/Documents/Arduino/Libraries

参考资料

  1. PlatforIO
  2. PlatformIO IDE for Atom
  3. PlatformIO Libraries

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玩玩智能家居2:ESPEasy

1. ESP8266

ESP8266 是乐鑫推出的一款低功耗高集成度的 Wi-Fi 芯片,价格低,I2C、SPI、ADC 等接口一应具全,非常适合作为个人 DIY 的单片机使用。

2. NodeMCU

NodeMCU 是基于 ESP8266 ESP-12E 做的一个开发板,集成了 Micro USB 输入,4M Flash,开发时使用起来更方便。

NodeMCU 默认是使用 Lua 作为开发语言的,但是借助于 ESP8266 Arduino 项目,就可以拿 NodeMCU 当 Arduino 开发板来使用了,可以直接使用 Arduino IDE 或者 PlatformIO 来开发。

3. ESPEasy

ESPEasy 是 LetsControlIt.com 开发的一个开源 MCU 固件,专门用于 IoT 设备。通过 ESPEasy,可以很方便地使用 ESP8266 系列 MCU 来组成家庭传感器网络,几乎不需要编写代码就可以实现。结合一些开源 Home Automation System,就可以实现家庭设备的自动化。

3.1 多种服务器支持

ESPEasy 内置了多种开源 Home Automation System 的支持,例如常见的有:

  • Domoticz
  • ThingSpeak
  • OpenHAB

在 ESPEasy 中,只需要配置 Home Automation System 的服务器地址端口等,就可以自动将 ESPEasy 采集到的数据发送到服务器,并且可以很容易定制发送时间间隔,格式等。

3.2 插件功能

在 ESPEasy 中,对于各种传感器的支持都是通过插件的方式来实现的,在官方固件中就已经集成了相当多的传感器等元件的支持。

另外还有一个 ESPEasyPluginPlayground 中有爱好者编写的试验性的传感器插件。

对于有能力开发的人来说,碰到官方固件没有支持的传感器或元件,完全可以自行编写插件来支持。

3.3 事件规则

Rules 在 ESPEasy 中是一个试验性的功能,需要单独在 Tools > Advanced 中开启。

通过 Rules 功能,就可以方便在一个 ESPEasy 节点上实现事件处理而不需要通过中心化的 Domoticz 去处理事件联动什么的,避免因为中心服务器失效而导致类似警报功能失效的问题。

例如我做了一个厨房漏水检测,希望在检测到漏水时直接通过蜂鸣器发现警报声,而不是触发到 Domoticz 中的 Switch 值改变,再由 Domoticz 去发出警报声,就可以直接在 Rules 中编写相应的规则来实现。

on WATER#VAL=1 do
    buzzer,2,1
endon
on WATER#VAL=0 do
    buzzer,2,0
endon

3.4 设备配网

对于一个 ESPEasy 节点来说,如果在固件默认配置好的 Wi-Fi 环境中,那么它会自动连接上 Wi-Fi 网络,但是如果移动到了一个陌生的 Wi-Fi 环境中,那么如何让它连接上 Wi-Fi 网络就是一个问题了。

很方便的是,ESPEasy 本身提供了 AP 方式的配网功能。

在无法连接到 Wi-Fi 网络时,ESPEasy 会将 ESP8266 的 Wi-Fi 工作模式切换到 AP Station 方式,提供了一个名称为 ESP_0 这样形式 SSID 的 Wi-Fi 网络,连接到这个网络,访问 192.168.4.1 就可以进入 ESPEasy 的配置界面了,在这里,可以配置真正实际使用时的 Wi-Fi 网络 SSID 和密码。

4. ESPEasy Plugin

ESPEasy 的 Plugin 机制是一个很有用的东西,对于我这样的 Arduino 初学者来说,它可以解决我相当一部分开发上的问题,例如配置的保存,系统架构的设计,定时器的使用等等。

4.1 Task Pin

对于 ESPEasy Plugin 来说,它的主要职责就是去与传感器沟通,而与传感器沟通最主要的方式就是通过针脚来通信了。ESPEasy Plugin 默认支持 Single Pin,Dual Pin,I2C 等方式来与传感器通信。

当然,这个只是用来保存插件与传感器通信所用的针脚,以及用来决定在 Web 界面上配置传感器时提供什么样的形式去给用户选择,真正如何与传感器通信还是需要由插件的代码去实现。

4.2 Configuration

ESPEasy Plugin 默认提供了三种类型 int16、float 以及 long 自定义配置存储项,其中 int16 最多 8 个,float 和 long 最多 4 个。

另外,ESPEasy Plugin 还为每个插件准备了 512 字节的自定义配置存储区域,在这 512 字节中,可以根据自己的需要存储例如字符串等配置信息。在 ESPEasy 自带的 OLED 插件中,就是使用了这 512 字节来存储需要显示的字符串信息。

4.3 Timer

定时器是个好东西,但是我不会用。不过有了 ESPEasy Plugin,只需要在 PLUGIN_ONCE_A_SECOND 或 PLUGIN_TEN_PER_SECOND 写代码就行了,每秒一次还是每秒十次任君选择。想要自定义时间?加个变量累加一下触发次数就可以实现任意 100 毫秒倍数时间的定时器了。

5. PlatformIO

ESPEasy 是一个很老的项目,可能以前是用 Arduino IDE 开发的,虽然 Arduino IDE 是一个好东西,但是毕竟比较不现代,在使用过程中还是有各种不便。

而 PlatformIO IDE 就比较现代了,这是一个基于 Atom 实现的跨平台 IDE,支持多种开发平台,例如 Arduino、mbed 等。

当然 PlatformIO 对我最多的吸引力是它比较完善的项目文件列表、语法颜色以及自动补全功能。Arduino IDE 与之相比就像是在用记事本在写代码。

PlatformIO 是直接可以兼容 Arduino 项目代码的,因为从 Arduino IDE 切换完全没有压力,并且在打开项目时也可以保持与 Arduino 项目的兼容性,这样如果有一些特殊需求也可以直接用 Arduino IDE 来打开项目来开发。

6. Plugins

6.1 MH-Z19

MH-Z19 是一款国产的二氧化碳传感器,量程为 0~5000ppm,精度为 50ppm+5% 读数值,指标和进口 SenseAir S8 差不太多,但是价格只需要三分之一,相当实惠。

在实际使用过程中,发现 MH-Z19 的数据也还算稳定,与 SenseAir S8 并没有太大差距,与 Netatmo Weather Station 的数据也还算符合,因此用来作为看室内二氧化碳浓度变化趋势是一个不错的选择。

6.2 PMS5003

PMS5003 是攀腾科技出的一款激光 PM 2.5 颗粒物传感器,便宜又好用,使用 pms5003 这个库可以很方便的读取数据,然后发送到 Domoticz 上的 Custom Sensor 设备,可以方便的追踪家里的 PM 2.5 浓度变化,或者来检测空气净化器的净化效果。

6.3 Switch

很多一些通断性质的传感器,可以直接使用 Switch Plugin 来读取状态,并实现一些相关的联动事件处理。

例如检测漏水,可以直接在淘宝上购买雨水传感器模块,它有一个数字输出 DO,有水时就会输出低电平,检测到低电平时就可以通过蜂鸣器发出警报提示检查漏水情况了。

7. 参考资料

  1. ESPEasy Wiki
  2. ESP8266
  3. Wikipedia: ESP8266
  4. NodeMCU
  5. PlatformIO
  6. GitHub: ESPEasy
  7. GitHub: ESPEasyPluginPlayground
  8. GitHub: pms5003

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玩玩智能家居1:Domoticz

1. 什么是 Domoticz

第一次知道 Domoticz 是在 smzdm 上的一篇原创文章《开源IoT平台domoticz与百搭wifi模块esp8266 篇三:空气站 Weather Station》里,以及知道了 ESP8266 模块这个好东西。

Domoticz 支持众多 USB 以及串口设备,可以通过将 Domoticz 安装在树莓派上,直接读取和操作连接在树莓派上的设备,例如 RFLink 或者 I2C 接口的 BME280 传感器。

当然,Domoticz 还支持通过局域网控制的设备和有网络 API 的设备,例如小米网关或者 Netatmo Weather Station。

2. 主要功能

传感器

Domoticz 可以直观的展示各种传感器状态以及历史,常用的有温度、湿度、二氧化碳浓度等。

对于 Domoticz 没有内置类型的传感器,也可以使用 Custom Sensor 来展示,可以自定义单位,同样可以查看历史。

开关

对于灯、遥控器等,都可以通过 Domoticz 开关类型设备来实现控制。对于遥控器,Selector Switch 是个好选择。

事件

Domoticz 内建了事件系统,对于事件的处理,简单的方法可以使用 Blockly 图形化编程来实现各个传感器和设备间的联动,如果有复杂逻辑,可以直接使用 Lua 脚本来处理。这给用户带来更大的自由度。

3. 对比其他 Home Automation System

当然,开源 Home Automation System 有很多,但是对比使用了一下其他系统之后,觉得相对而言还是 Domoticz 更简单易用一些。

openHAB

openHAB 是一个使用 Java 编写的开源 Home Automation System。它也支持相当多的设备,很容易配置连接 Amazon Dash Button、Philips Hue 等设备,还支持连接 Kodi 这个多媒体中心。

但是在使用的时候,openHAB 添加设备并不是特别直观,也没有弄明白自己怎么样去添加一个自定义的传感器设备。另外怎么查阅传感器历史数据也没有找到入口。

Home Assistant

Home Assistant 是一个开源的,使用 Python 3 编写的 Home Automation Platform。

对于我来说,最不喜欢 Home Assistant 的一点就是,它的设备都是需要使用 YML 配置文件的方式来配置,这在使用过程中感觉不是很方便。

4. 优缺点

对于我来说,第一步需要做的是使用 ESP8266 构建家庭传感器网络,在对比了几个系统之后,最终选择 Domoticz 作为 Home Automation System。

Domoticz 的优点

  • 直接在网页界面配置设备
  • 很容易添加自定义传感器设备
  • ESPEasy 内置 Domoticz 数据传送支持
  • Lua 事件处理比较强大

Domoticz 缺点

  • 界面不够现代,虽然 elemental 主题稍微好一点
  • 官方 App 功能不够完全
  • Homebridge 插件 homebridge-eDomoticz 功能不完善

有些缺点其实也是可以克服的,官方 App 可以用网页版代替,Domoticz 的主题本身带有移动设备支持,而 homebridge-eDomoticz 插件的问题,就只能靠自己改代码来完善了。

5. 安装

Domoticz 官方提供了 Windows、macOS 以及 Linux 的二进制文件,对树莓派也提供了编译好的二进制包,所以安装起来还是很方便的。另外官方还提供了树莓派和 Ubuntu 的一键安装脚本,比使用压缩包更省事。

因为不想另外找个树莓派或者开一台虚拟机,我就在 DSM 的 Docker 中部署了 Domoticz。Domoticz 的 Image 在 Docker Hub 上很容易找到。

6. 添加设备

Domoticz 提供了很多类型的硬件,其中一些很便于扩展使用自己的设备。

虚拟设备

在 Hardware 中添加一个 Dummy 的硬件,然后从这个硬件就可以创建各种虚拟传感器了,在 ESPEasy 中可以很方便的更新这些虚拟传感器的数据。

HTTP/HTTPS Poller

使用 HTTPS Poller 这个设备就可以很方便的去拉取一些外部数据来显示在 Domoticz 内部了,比如去获取外部的 AQI 指数。

小米网关

在去年年底,Domoticz 加入了小米多功能网关的支持,通过 Xiaomi Gateway 这个硬件,可以自动的将小米多功能网关的子设备(例如温湿度传感器、门窗传感器、人体活动传感器以及小米智能插座)添加到 Domoticz 中。

7. 事件

借助于 Blockly 或者 Lua,可以很方便地实现家中设备的联动,例如开门时自动打开小米智能插座。

8. 参考资料

  1. 5 open source home automation tools
  2. 开源IoT平台domoticz与百搭wifi模块esp8266 篇三:空气站 Weather Station
  3. openHAB
  4. Home Assistant

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玩玩智能家居0:开始折腾

记录一下折腾智能家居的过程和东西。

Domoticz

Domoticz 是一个开源的 Home Automation System,使用 C++ 编写,相对于其他系统的好处就是占用资源少。

Domoticz 使用比较简单,界面也比较清晰,不过界面不太现代。

NodeMCU 和 ESP8266

ESP8266 是上海乐鑫出的一款自带 Wi-Fi 的 MCU,NodeMCU 是基于 ESP8266 ESP-12E 做的一个开发板,集成了 Micro USB 输入,4M Flash,开发时使用起来更方便。

NodeMCU 默认是使用 Lua 作为开发语言的,但是借助于 ESP8266 Arduino 项目,就可以拿 NodeMCU 当 Arduino 开发板来使用了,可以直接使用 Arduino IDE 或者 PlatformIO 来开发。

ESPEasy

ESPEasy 是一款可以用于 ESP8266 芯片的开源固件,使用这个固件可以很方便的把常用的一些传感器集成到 Domoticz 系统中。

并且 ESPEasy 内置 Web 配置界面,以及一整套日志、插件、数据传输系统,非常方便于我这个 Arudino 新手来使用。

BroadLink

BroadLink 是杭州的一家智能家居产品厂商,出了一系列的智能家居产品,例如门磁、红外传感器、智能插座、万能遥控等。

在刚开始玩智能家居的时候,BroadLink 是唯一一家有全套产品的品牌,于是买了一些它们家的产品。在使用 Domoticz 后也尝试将它们家的产品集成到这个 Domoticz 中。

小米多功能网关

小米在去年也推出了相当于的智能家居附件,但是一开始并没有选用小米的产品。在去年末小米多功能网关推出局域网通信协议之后,Domoticz 也迅速加入多功能网关的支持,这让我决定来尝试一下小米的产品。

在购买收货之后,发现相对于 BroadLink 来说,小米的产品在外观及体积上有相当大的优势,于是决定用小米的传感器来替代 BroadLink 的传感器产品。

Homebridge

Homebridge 是一个开源的 HomeKit 网桥实现,可以很方便的集成各种设备到 HomeKit 中,从而可以使用 Hey Siri 来控制各种设备。

使用 Homebridge-eDomoticz 插件可以很方便的将 Domoticz 中的设备导入到 Homebridge 中,这样除了使用 Web 界面来控制设备,还可以使用语言来控制了。

参考资料

  1. Domoticz
  2. ESP8266
  3. NodeMCU
  4. ESP8266 Arduino Core
  5. ESPEasy
  6. BroadLink
  7. 小米多功能网关
  8. Homebridge

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