謝作如 邱奕盛

涉及學(xué)科：信息技術(shù)、科學(xué)、藝術(shù)

智能家居在我們的生活中已經(jīng)隨處可見，買一個智能家居設(shè)備，輕點手機屏幕，就能完成設(shè)備的連接與控制，甚至可以設(shè)定一系列的自動化功能。例如，房間的燈泡可以根據(jù)人體紅外傳感器檢測房間的空閑狀態(tài)，來自動決定開關(guān)，或者設(shè)定每天晚上7點準(zhǔn)時開燈，又或者通過語音口令來實現(xiàn)智能控制?？傊?，智能家居的普及極大地便利了我們的居家生活。

然而，盡管“米家”“天貓精靈”等平臺提供了一定的智能化管理方式，但只能使用其提供的APP進行控制。想實現(xiàn)自己寫一段Python代碼控制設(shè)備，或者把開源硬件改造為智能家居設(shè)備控制器，都有些困難。于是，筆者把目光投向了一款智能家居的管理平臺——Home Assistant（簡稱HASS），這是一個能夠?qū)⒉煌放浦悄芗揖釉O(shè)備管理起來的開源物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件。

● HASS的工作原理分析

手機APP之所以能夠遠(yuǎn)程控制智能家居設(shè)備，是依賴于與設(shè)備相連的企業(yè)網(wǎng)關(guān)或者服務(wù)器。以智能燈泡為例，首先是智能燈泡和網(wǎng)關(guān)相連，手機APP發(fā)送命令到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送命令到智能燈泡，從而實現(xiàn)控制。但是，絕大多數(shù)的智能家居網(wǎng)關(guān)并沒有開放編程接口，用戶無法對網(wǎng)關(guān)進行編程。HASS相當(dāng)于是一個額外搭建的智能家居網(wǎng)關(guān)，因為其開放了API接口，那么我們就可以編程來控制局域網(wǎng)內(nèi)的智能家居設(shè)備，達到個性化控制的目的。

如圖1所示，HASS和原來的企業(yè)網(wǎng)關(guān)并行工作，智能燈泡既能接受企業(yè)網(wǎng)關(guān)的控制，也可以接受HASS的控制，這樣就能確保原來的智能家居系統(tǒng)也能正常工作，不受破壞。

● 基于HASS的智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)

HASS是一個開源項目，可以運行在很多硬件上。筆者選擇用樹莓派4來運行HASS平臺，并且用來管理學(xué)校人工智能實驗室中的智能設(shè)備。

1.HASS的安裝

HASS提供了好多種安裝方案，經(jīng)過比較，采用Docker方案安裝最為方便。

（1）給樹莓派安裝Docker

樹莓派連上Wi-Fi后，在樹莓派操作系統(tǒng)內(nèi)使用命令行安裝Docker。筆者強烈建議先安裝Docker圖形化工具portainer，然后通過瀏覽器來安裝HASS。

（2）在Docker安裝HASS

在命令行輸入代碼完成安裝。

2.HASS平臺的設(shè)置

啟動Docker容器后，在瀏覽器輸入{樹莓派的IP}：8123（默認(rèn)端口號），即可訪問HASS前端頁面，第一次進入需要等待一會兒以完成聯(lián)網(wǎng)更新，然后完成用戶初始設(shè)定即可。

進入系統(tǒng)后，需要申請一個長期訪問令牌，用來做編程連接的身份認(rèn)證。在網(wǎng)頁左側(cè)側(cè)邊欄選擇最下面一欄的用戶，然后點擊右側(cè)頁面最下方的創(chuàng)建令牌，創(chuàng)建完成之后請務(wù)必保存好令牌的內(nèi)容。由于令牌內(nèi)容各不相同，下文以**your token**代替。

3.智能家居設(shè)備的設(shè)置

HASS支持的智能家居設(shè)備種類廣泛，兼容各大平臺，如小米、天貓精靈等。這里以Yeelight智能燈泡和米家智能插座Wi-Fi基礎(chǔ)版為例，來說明設(shè)備的接入和設(shè)置。這兩個設(shè)備都可以在“米家APP”進行管理。

4.智能設(shè)備接入HASS

在瀏覽器輸入{樹莓派的IP}：8123訪問HASS平臺，點擊左側(cè)側(cè)邊欄上的“配置”，然后在右側(cè)頁面選擇“設(shè)備與服務(wù)”，在跳轉(zhuǎn)的頁面點擊右下角的添加集成，來完成設(shè)備的接入。

（1）Yeelight智能燈泡接入

點擊添加“集成”后，在搜索框輸入Yeelight，選擇該集成后會自動在局域網(wǎng)內(nèi)查找符合條件的設(shè)備，并且自動完成接入。

（2）米家智能插座接入

插座的接入要稍微麻煩一點，在搜索框輸入Xiaomi Miio，選擇該集成后還需要在網(wǎng)頁上登錄米家賬號，然后選擇智能插座設(shè)備，HASS平臺會自動在局域網(wǎng)內(nèi)查找選擇的智能插座設(shè)備，并且自動完成接入（如圖2）。

（3）在HASS頁面控制

點擊左側(cè)側(cè)邊欄的“概覽”，可以看到剛才添加的設(shè)備已經(jīng)顯示在右側(cè)頁面中了。這時就可以通過網(wǎng)頁上的開關(guān)進行控制設(shè)備了，如圖3所示。

5.控制程序的編寫和測試

HASS提供了WebAPI，通過網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)對設(shè)備的控制。筆者選擇了Python為編程語言，結(jié)合requests庫進行編程測試。

（1）IDLE連接情況測試

輸入下頁圖4所示的代碼。

屏幕會打印出在HASS中的所有設(shè)備的狀態(tài)。返回的內(nèi)容是json格式，由于內(nèi)容太多，IDLE會壓縮內(nèi)容，僅輸出response=Squeezed text（218 lines），可以雙擊展開，也可以將輸出結(jié)果復(fù)制到j(luò)son格式化解析網(wǎng)站上做格式化，以便更好地查看返回結(jié)果。

在輸出的結(jié)果中搜索yeelight，可以找到智能燈泡的信息，留意其中的entity_id這一項。

（2）設(shè)備信息查詢測試

將url修改為下面的形式，其中{entity_id}是剛才查詢的結(jié)果，如圖5所示。

這樣，返回結(jié)果就是智能燈泡的狀態(tài)信息了?？梢钥吹?，“state”的值是“on”。類似地，也可以查看智能插座的狀態(tài)信息。

（3）使用Web API控制智能燈泡

輸入如圖6所示的代碼，代碼中調(diào)用了HASS的service服務(wù)中的toggle，它的功能是切換燈的開關(guān)狀態(tài)。service中還有更多可用的服務(wù)，如turn_on（打開）、turn_off（關(guān)閉）等，可以自行探索。

如果想對燈點亮后的亮度、色彩進行進一步設(shè)置，可以在payload中添加相應(yīng)信息，如圖7所示，這樣，可以設(shè)置燈的亮度為100，顏色為黃色。

● 基于HASS的個性化控制想法

一旦實現(xiàn)了智能家居設(shè)備的可編程控制，各種個性化的創(chuàng)意就涌現(xiàn)出來。

創(chuàng)意1：能夠“吹”的燈泡。

用Python代碼定時獲取當(dāng)前的天氣預(yù)報，然后顯示不同的燈泡色彩，這樣的創(chuàng)意筆者已經(jīng)做過，不夠好玩。但是，如果在聲音傳感器上吹口氣，就吹出燈光搖曳的效果呢？

創(chuàng)意2：魔棒控制燈光。

在哈利波特的魔法世界里，揮動魔棒就可以實現(xiàn)意念控制，進而可以利用加速度傳感器感知魔棒的運動方向，讓燈光呈現(xiàn)魔幻的效果。

創(chuàng)意3：根據(jù)主人情緒改變燈光。

可以通過攝像頭捕捉人臉，經(jīng)過算法分析人臉表情，根據(jù)情緒的高漲與低落，將燈光氛圍與情緒匹配。

常見的創(chuàng)客作品往往局限于LED、舵機、直流電機之類的電子模塊，我們一直希望創(chuàng)客作品能夠直接和家用電器形成交互?，F(xiàn)在有了HASS的支持，學(xué)校的人工智能實驗就變成了一個新的研究智能家居和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實踐場，下一步筆者還會通過人工智能技術(shù)，用各種有趣的方式控制燈光、開關(guān)、窗簾，還有門鎖等。

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