用掌控板做智能家居控制器

邱奕盛 谢作如

涉及学科：物理、技术、艺术

为了让学生体会新技术的发展，笔者在温州中学人工智能实验中配置了一系列的智能家居设备，如智能灯泡、智能窗帘、智能插座和智能开关等。通过一个智能音箱设备，即可使用语音管理所有智能设备的工作状态。但是，用语音控制虽然看起来很方便，在某些特定的场合并不适合，如有噪音，识别效果并不好，再如上课时喊一声“小爱同学”，也有点尴尬。

在本栏目上一期的文章中，笔者用开源物联网网关Home Assistant（简称 HASS）实现了个性化控制各种设备，于是继续在HASS的帮助下，准备将开源硬件改造为智能家居的控制器。而自带屏幕的掌控板，肯定成为最佳选择之一。

● 掌控板做智能家居控制器的原理分析

Home Assitant有很多扩展插件，除了可以方便地连接各品牌智能设备，使得各品牌智能家居设备可以统一管理和控制外，还支持MQTT协议。掌控板等开源硬件虽然不能直接接入HASS，但是经过MQTT服务器做中转后，即可实现对智能设备的控制，也就是说利用掌控板能够制作一个与众不同的智能家居控制器。其工作原理如图1所示。

从图1中还可以看出，只要将掌控板与MQTT服务器连接，消息传递就不再受限于局域网，可以在任何有网络的地方实现控制实验室的智能设备。

● 准备工作：基础环境的搭建和设置

1.搭建MQTT服务器

MQTT服务器很多，HASS也支持绝大多数的服务器。SIoT是一款适合中小学教师和学生学习的跨平台MQTT软件，下面以它为例介绍MQTT服务器的搭建。

在gitee.com/vvlink/SIoT上可以下载对应版本的SIoT软件。软件不用安装注册，直接运行即可。用户名为siot，密码为dfrobot。

SIoT服务运行在1883端口，Web管理端口为8080，可以通过浏览器查看（如图2）。

如果希望实现因特网的远程控制，那么可以将SIoT搭建在公网服务器上，或者直接注册企业的MQTT服务，如EasyIoT、OneNet等。

2.HASS的安装与设置

上一期文章已经介绍了如何搭建HASS并接入智能家电设备。接下来，就需要配置MQTT平台地址。

首先，通过浏览器访问HASS的网页管理界面，地址是{HASS的IP}：8123。点击配置—设备与服务—添加集成—输入“MQTT”搜索。其次，如图3所示，填入MQTT服务器相关信息，其中服务器这一栏填写MQTT的服务域名或IP。如果使用的是企业MQTT服务，一般还需要SSL/CA身份认证，具体操作可以参考www.home-assistant.io/docs/mqtt/certificate/。

● 用掌控板控制智能插座

以SIoT控制智能插座的開关为例，需要配置一个“场景自动化”的脚本，具体操作如下：

打开HASS的网页管理界面，点击配置—场景自动化—添加自动化—从空的自动化开始，进入自动化配置。

在触发条件中选择触发条件类型为“MQTT”（如图4），主题填写chazuo/kaiguan，这样，HASS会监听这个主题收到的MQTT消息，一旦收到，就会触发“动作”（如图5）。在动作中，选择动作类型为“调用服务”，服务选择“开关：Toggle”表示切换开关状态。目标选择设备为智能插座。点击保存。

接着，添加一个自动化，实现设备状态的查询，这一功能属于高级功能，需要通过YAML语言编写，具体流程如下：

在触发条件中选择触发条件类型为“MQTT”，主题填写chazuo/chaxun。在动作中，选择动作类型为“调用服务”，服务选择“MQTT： Publish”表示发送MQTT消息，Topic填写chazuo/zhuangtai，然后点击这个模块的三个点，切换到YAML编辑模式，添加一行payload_template： '{{ states（"switch.cha_zuo_1"） }}'，这里的states（）代表获取实体switch.cha_zuo_1的状态，花括号表示是变量的引用。最后的效果如图6所示。

保存配置后，接下来就可以通过mPython给掌控板编程了。预设的功能是：按A键切换智能插座的开关，B键查询智能插座的状态。模块化编程代码如下页图7所示，运行效果如下页图8所示。

● 用掌控板调节智能灯泡的色彩

智能家电的控制不只有开和关的工作状态，还有很多其他的功能可以被控制，如窗帘的幅度、灯光的色彩等。我们可以通过以json格式的MQTT消息发送复杂指令控制家电，这里介绍最常见的智能灯的色彩调节。

先创建一个“自动化”脚本，在触发条件中选择触发条件类型为“MQTT”，主题填写deng/secai。在动作中，选择动作类型为“调用服务”，服务选择“灯光： Turn on”表示开灯，目标选择已经添加过的设备，如Yeelight彩灯，勾选“Brightness”并设置一个数值，然后切换至以YAML编辑，在data中添加rgb_color： '{{ trigger.payload_json.rgb }}'，表示灯光颜色设置根据触发条件中接收到的数据。效果如图9所示。

接着，通过mPython给掌控板编程，模块化编程代码如图10所示，运行效果如图11所示。

● 小结

借助HASS和MQTT，笔者成功地实现了用掌控板来控制智能家居设备。实际上，除了掌控板，任何一款支持MQTT的软硬件都能控制智能家居设备，如行空板、虚谷号、树莓派等。MQTT的编程门槛很低，小学生用Mind+和mPython，也能设计一个与众不同的控制面板。只要创意无限，用户和智能家居的交互方式就会越来越灵活有趣。