智能家居 DIY 可以从哪些方面入手?

本人软件小本~嵌入式经验0~但对智能家居很感兴趣~也觉得是未来家装的方向~估计两年后有房子了想自己搭一套智能家居~初步设想是购买开放接口的局域网通信智能终端~服务端自己设计自己做~也可以学学嵌入式和底层的东西~另外想问一下~如果是空调电视的话可以用服务端红外控制~但是电饭煲呢~?如何访问控制~?
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自己是这样做的。
关于

源码:gmszone/iot · GitHub


文档可能没有足够的详细,因为剩下的部分都可以Google到,这里就不写详细了。
框架:
  • Laravel PHP
  • jQuery Javascript 主要用于Ajax
  • jQuery Mobile(可选)(我觉得我有点懒,于是从原来做的项目直接拿了出来)
  • Bootstrap (可选)(其实没有多大实际用处,只是因为好看和jQuery Mobile一样)
语言:
  • Processing/C/C++ Arduino用
  • Python 如果你有Raspberry Pi或者与之相近的都可以,只要可以与Arduino串口通信
  • PHP Laravel足够的简单,所以不要想太多了。
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搞硬件的同学需要重点了解的知识
试着开始去用Google以及Wiki
  • RESTful
  • Ajax
  • JSON
搞软件的同学需要重要了解的知识
按照我的理解写的,其实不止这么一点点
  • 串口通信
  • 高低电平
  • 端口
Android相关
最小项目
关于服务器
  • Nginx 需要配置,具体配置可以参照github上面的代码
  • LNMP 直接用上面的会比较简单,但是可能也会遇到一些问题。
  • Phpmyadmin 最好需要有这个,如果不是很精通MYSQL
这个答案我以前写过了,也在专栏里发了,直接搬运过来吧。链接:从传统到智能——一步一步教你改造 - 家+智能 - 知乎专栏
相信多数人都不是一上来就全部用上了智能家居,特别是装修比较早的朋友们(当然我也是其中之一),所以我觉得这个话题很有必要。
今天来说说如何将现有的普通设备一步一步改造为智能家居设备。
先说一下本文的条件。目前虽然好多公司都推出了各种各样智能组件,但多数都类似,市场上比较成熟的产品多数也就是智能插座、智能遥控、智能传感器等产品,所以本文讨论基于目前市场上的这些成熟产品。当然,可以预见,不久的将来肯定会出现更多低成本高性能的新型智能组件,到时候我再更新这篇文章。


1 一般结构
这图是2011年我硕士学位论文中的图,是工业控制系统层次结构图,而家庭控制系统结构也是一样,是其中的一部分而已。
智能家居系统必须了解家中的环境,然后根据环境和用户的需求进行智能控制,所以四个方面必不可少。
首先是传感器,将家中的温度、湿度、声音、亮度、红外、门窗状态等传入控制中心。传感器一般都是直接添加的,比如控客小K插座的插件、Broadlink的A1、S1等等,直接安装即可,不需要做什么改造。
第二是控制中心,根据环境状况和用户的设置对一些设备进行控制。控制中心有的是单独设置(例如小米智能家居系统),有的是集成在智能组件中(例如控客的智能家居系统),这一部分也不需要什么改造,仅仅是连接上网络即可。
第三就是执行器,我们都知道,只有实现了单个设备的智能控制才能实现整体的智能家居,所以实现全套智能家居的过程就是将各种开关、灯光、电气的控制权交给智能家居组件或控制中心的过程。这一部分是改造的重点。
第四是网络,这个很简单,智能家居系统之间的通讯以及和用户之间的通讯都需要网络支持,所以一个高性能的路由器和宽带接入是智能家居能够稳定运行的基础,所以这一部分的重点就是路由器的选型和网络的布置。当然有的智能组件之间使用专用的网络通讯方式,例如ZigBee、433MHz的射频等等,这些是智能组件之间的事情,厂家考虑的,用户一般不需要考虑。
综上所说,改造的重点就是执行器,然后就是网络。


2 执行器改造
先来说说执行器的改造。
我们来想想,平常哪些算是执行器呢?
墙壁开关、可开关的插座或者插排、遥控器、那我们依次来看看这些都需要怎么改造。
墙壁开关:墙壁开关可以直接使用智能墙壁开关代替,目前采用的主流的技术有两种,一种是火线零线供电,继电器控制;另一种是单火线取电,晶闸管控制,两种控利方式各有优缺点。 火线零线供电,继电器控制方式的坏处就是开关暗盒内必须要有零线,否则无法安装使用, 因此不能直接替换现有的普通墙壁开关,对于一些已经装修好的家庭来说,如果装修没有留下零线,重新改造线路肯定是比较麻烦的。此种控制方式的好处就是可以使用各种功率各种类型的灯具,只要电流小于继电器的额定电流即可,一般可以适用0到1000瓦的各种灯具。 优狐C8使用的就是此种方案。单火线取电,晶闸管控制方式最大的优点就在于不需要零线,可以直接替换现有的普通墙壁开关,缺点就是当开关为关的状态时,电路并不是完全断开的,其中依然有一个很小的电流,这个电流用于维持开关的正常工作,但因为没有零线做回路,这个电流肯定也会通过被控制的灯具,如果灯具功率很小,灯具的正常工作电流就小,微弱的电流就能让灯具产生明显的闪烁。晶闸管控制的好处是无触点、无火花、速度快、无噪音,但其与继电器相比,缺点也很明显:发热。因为继电器是直接导通,晶闸管是触发导通,电流通过晶闸管会有一定的压降,所以电流通过晶闸管会损耗一部分,虽然损耗部分占的比例并不大,但是当电流大的时候,这个损耗会导致晶闸管发热比较严重,也就是说,在实际使用中,通过晶闸管的电流不能太大,所以这种方式控制的灯具一般有功率限制,多数产品控制的 LED灯具式节能灯的功率为5W到300W(白炽灯可翻倍),少数产品可以做到1W到1000W,不过还好,大部分家用灯具都在这个功率范围以内 。目前使用此方案的产品较多,例如丹珑GC97013等产品使用的就是此方案。下面来说一件重要的事,那就是如何分辨一款产品采用的是哪种技术方案。如是一个开关的说明里面提供了可控制灯具的最小功率,那这款产品使用的是单火线取电,晶闸管控制的方案;如果一个开关说明里面提到要接零线,那这款产品使用的是火线零线供电,继电器控制的方式。
插座或者插排:各家几乎都有自己的智能插座和智能插排,所以这个改造是最为方便的,只要看看功率满足要求就可以直接替换或者插在现有的插座或者插排上。需要注意的一点是,如果此用电设备上电即可工作,则用智能插座控制非常方便,但是对于上电不能直接进入工作状态的电器,例如不带遥控功能且需要人工开启的电饭煲、需手动设置的热水器等则无法直接通过智能插座接入智能家居系统,此时的智能插座仅仅起到电源开关的作用。另外还要注意一点,部分用电器的开关机可能有必要的程序,例如家用存储服务器,虽然可以设置为上电就进入工作状态,断电就关机,但直接通过智能插座控制也是不妥当的,容易导致设备损坏。
遥控器:各智能家居厂家也都有自己的智能遥控用来代替普通的遥控器。目前常见的遥控器为红外遥控和射频遥控。
红外遥控容易理解,就是遥控器发射红外线,电视、音响、空调等设备基本上都是红外线遥控。红外线可以被不透明的物体遮挡,所以红外线的遥控不能有遮挡,现在的智能红外遥控基本都是全方向的,但是接受方,也就是被遥控的电器不一定在什么地方,所以布置红外的智能遥控必须充分考虑位置,安放在能遥控所有红外电器的地方,如果一台无法全部遥控,则需要配置多台红外遥控器。
射频遥控一般基于433MHz的无线电波,一些幕布、车库、灯光等设备使用这种遥控方式。无线电波不容易被阻挡,可以穿一到两堵墙,一般普通100平米左右的房子,一台具备射频遥控功能的智能组件即可满足要求。
所以配置智能遥控的话,一般需要一台具备射频和红外遥控的主智能遥控组件,然后在无法进行红外遥控的地方布置红外遥控组件即可。

3 网络改造
这一部分是整个智能家居的基础,目前相当多的智能组件都是同无线网络连接,多数采用WiFi,所以路由器就成了沟通这一切的最重要的一环,而只要布置智能家居,智能组件的数量就不会少,虽然这些智能组件之间传输都是控制或者状态信息,量不大,但是网络质量的好坏则直接影响控制效果,所以一个稳定而全面的无线网络覆盖是必不可少的,在此,笔者推荐500元以上的高速路由,一两百元的路由器很难保证长时间稳定工作。
而如果配置家用存储服务器的话,则一个稳定的无线网络还要再加上一个高速的有线网络,毕竟数据服务器带来的方便是以高速的数据传输为基础的。建议选择带千兆LAN口的高性能路由器,配置千兆内网,如此才能保证存储服务器的服务质量。


4 其他配套
这一部分主要来说说以前没有,经过智能改造后需要添加的部分。
先说说安防套件,现在的安防套件基本上由门磁(门窗开关传感器)、红外人体感应器和摄像头组成,这就比较容易理解了。门磁安装在需要传感开关状态的门窗上,红外人体传感器可吊装或固定在墙壁上,正对需要探测人体活动的区域,摄像头更为方便,而且目前多为广角,按照自己的需要选择位置安装即可。
安防套件中,摄像头是最为方便的组件,现在的摄像头都具备移动侦测功能,可以实时侦测移动物体,并且将抓拍的图片推送到手机APP,部分厂家还可以直接与微信联动,将移动侦测信息发送至微信,看家护院用起来非常方便,而摄像头的开关可以直接用智能插座或智能插排控制,方便的实现外出自动启动摄像头监控,到家关闭监控的功能。

5 控制逻辑
再说说控制逻辑。这一点说起来容易做起来难,很多朋友可能连自己的生活习惯都没太搞懂,所以这一部分需要认真考虑。用两个简单的例子来说明一下吧。
例子1 什么情况下应该开门开灯?
如果仅仅设置为检测到门打开,灯光暗就开灯很明显会出现问题,因为你出门的时候,也会有开门关门的过程,很可能你刚关上灯,正准备出门,结果一出门,家里灯就亮起来来。
所以,这个过程应该是:检测到家中光线黑,且家中无人,当大门开启时,将家中的灯打开。而如果家中光线黑,且家中有人,大门开启的时候就不能打开灯,因为家中可能正在看电影或者耍浪漫。
例子2 如何操作家庭影院?
家庭影院操作起来比较麻烦,因为你要首先打开所有相关设备的电源,然后打开功放机,调整音源输入,然后打开投影机,然后降下幕布。
这个过程智能化以后,实际上是控制智能插座打开所有设备的电源,然后由智能遥控选择音源输入、打开投影机、降下幕布的过程。
总之,任何一个控制逻辑的设置,都是需要认真思考一下,到底在什么情况下才需要进行。如果控制逻辑把握的精准,智能家居系统并不需要手机遥控,这种手机遥控也是很多人所讨厌的形式,毕竟仅仅实现将就地控制变成手机遥控很难称上智能。所以,在你优化好控制逻辑之后,手机仅仅是辅助作用,整套智能家居在大多数情况下根本不需要人工干预。


6 总结
总之,智能家居就是将家中控制权通过改造交到机器手中,然后让机器按照自己的意图去实现各种各样的联动和智能控制,好处自然是省事,舒服,但同时也存在软件控制设备的问题,由此会产生安全问题、可靠性问题、稳定性问题,以后的文章再来具体讨论。此文先写到这里。