這是一個探索性項目，旨在提供一個完整的智能家居搭建指南，具體系統架構圖如下所示：

方案簡介：

• 使用 Home Assistant、HomeBridge 作為智能家居的核心

• 使用 Amazon Echo 作為語音輸入工具（當前僅支持英語）

• 使用 iPhone 的“家庭”應用作為控制工具

• 可以使用任何的設備連接 Home Assistant 服務來控制應用

智能家居簡介

當前，我們談論智能家居的時候，我們實現上是在討論：家庭自動化。引自維基百科，對于智能家居的介紹1：

Home automation or smart home （also known as domotics） is building automation for the home．

隨著機器學習和深度學習等 AI 技術的進一步普及，這一點（智能化）在最近幾年里，應該會發生一些劇烈的變化。而無論如何，我可不太希望我要被機器催著起床。

開始實戰之前，讓我們先關注于當前智能家居的幾個關鍵點：

• 設備。這些設備要么使用 WiFi，要么要使用藍牙，方便使用手機連接上這些設備。依當前的情況來看，主要是以 WiFi 為主，在手機上配置完后，可以輕松地實現遠程控制。與此同時，他們在與手機通訊的時候，會使用一些自定義的通訊規則，并且似乎很容易被破解（參見仿真器一節）。如 Philips Hue 智能燈、Wemo 開關等等，他們都已經可以被仿真，并作為 Homekit 組件使用。

• 自動化。自動化是指你可以定時也開關某個特定的設備，鬧鐘一響，便打開燈諸如此類的。

• 場景（規則）。與自動化稍微區別的是，場景是某個特定場合下，對一系列設備的操作，如早起，便開燈、打開窗簾，離開家，則鎖門、關閉一系列用電器、開啟防盜功能等等。

• 中心網關。當我們所使用的一系列設備擁有 WiFi 功能時，裝有各種軟件的手機便相當于控制中樞。而這樣的設計本身是不合理的，你要在手機上安裝一系列的應用。這個時候，便需要一個額外的軟件作為中心，來接入這些設備，而手機上也不需要多余的額外軟件。如 HomeKit、Home Assistant 就是這樣的例子。

而作為一個普通的用戶，我們只需要關注便利的生活。作為一個極客，我們則關注于如何改造成需要的功能。

智能音箱

學術上有個概念是“傳聲器陣列”，主要由一定數目的聲學傳感器組成，用來對聲場的空間特性進行采樣并處理的系統。

如下圖所示 Amazon Echo 的電路板：

其及對應的麥克風的位置：

其所要主要解決遠距離語音識別的問題，以保證真實場景下的語音識別率。而這些設備的主要原理，都是將語音信號發送到服務器端，由服務器端識別，并匹配到對應的指令上。

Amazon Echo

實驗表明 AWS 的服務并不是那么可靠的～～，經常出現：Your Echo dot is not connected

自定義組件的原理，如下圖所示：

中心網關

Home Assistant

Home Assistant 是一個運行在 Python 3 上的開源家庭自動化平臺。能跟蹤和控制家庭中的所有設備，并實現自動化控制，同時還完美的支持在 Raspberry Pi 上。

通過 Home Assistant 插件，它可以直接兼容各式硬件設備。其原理是通過 WiFi、BLE、Zigbee、MQTT 等不同的協議，來與不同的本地設備互聯，并提供一個響應式的 Web 界面、PWA 應用、iOS 應用，讓用戶可以輕松地與設備進行交互。

其在桌面瀏覽器上的界面如下圖所示：

手機瀏覽器的界面如下圖所示：

對于提供豐富功能（如 RGB 燈）的設備來說，它也能支持豐富的操作，即上圖。同時，還能接上 Amazon Echo、HomeKit 等各式各樣的中心。

HomeBridge

HomeKit 是由 Apple 公司推出的智能家居平臺，包括iOS 上的 SDK、智能家居硬件通信協議 （HAP： HomeKit Accessory Protocol） 、以及 MFi（Made for iPhone／iPod／iPad） 認證等等。

借助于 iPhone、iPad、iWatch 等設備及『家庭』應用，用戶可以輕松地掌控各種 HomeKit 配件。并且可以通過設備上 Siri 應用、Homepod，直接用語音來與設備交互。

當前要在 Homekit，有三種方法：

• 購買昂貴的 MFi 設備。

• 借助于 Home Assistant，來自建 Homekit API 服務連接設備。

• 模擬現有的 MFi 設備。諸如使用 ESP8266 仿真 Philip Hues。

引自：使用iOS Homekit控制樹莓派：HAP 協議部分是需要加入 MFi Program 才能獲取文檔，而且 MFi Program 無法以個人開發者身份加入。

因此，這個時候我們就需要借助于 Homebridge。

Homebridge 是一個用 Node．js 實現的輕量級后臺，可以在家庭網絡上運行，用于模擬iOS HomeKit API。 它支持插件——由社區提供的模塊，這些插件能提供從 HomeKit 到 “智能家居” 設備制造商，提供的各種第三方API的基本橋梁。

而我們只需要有一個 iPhone 在手便可以了。

設備

如果只有上面的幾種中心網關，而缺少設備，那么整個智能的中心就是不完善的。而這也是最近幾年來，限制智能家居發展的一個因素：找不到合適的用戶需求。

通訊機制與協議

• WeMo

• ZigBee

• WiFi

• BLE

• 紅外

舊設備中樞

如小米的萬能遙控、Broadlink RM Pro 等。

仿真設備

設備：

• Amazone Echo Dot

• NodeMCU

• Broadlink RM Pro

• Yeelight

• Raspberry Pi 2

• Android、iOS 設備