打造我的 homelab

[Bpazy]

概要

新房装修，趁机把早就想要搞的各种智能家居搞起来，智能开关、智能温控、家具联动、语音控制等等。我会从几个方面分享整套 homelab 的内容：电路、硬件、软件、监控。

硬件篇

开关的智能化

智能家居概念中常见的“开关”，有一点小叛逆，分为零火、单火，这两个概念的出现，是因为智能开关要一直保持在线，通俗的说就是关灯了，开关面板也要能联网。

乍接触智能家居的朋友们应该感觉这两个词比较陌生，零火指的是开关面板中可以同时接入零线、火线，而单火则指开关面板中只有火线。另外无论单火还是零火，面板中一定会有一根“控制线”，后文中也会提到。

开关又有一个概念，叫双控，即一个灯由两个开关控制，实际场景为房门处一个开关，床头还有一个开关。这里放一下单控和双控的电路图。

(单开)单控	(单开)双控

从这两张图可以看出，无论单控还是双控，只要开关断开，电路即为断路，电路中没有任何电流，零火、单火概念就是为了这个场景服务的。这里说明一下零火、单火的原理：

单火开关：开关不是真正的切断电路，而是在灯关闭时，电线中仍保留非常小的电流，电流小到灯不亮，但又足够开关内的芯片工作，这就需要特殊设计继电器了，原理不暂不详细展开，通俗的说就是加电容和提高元器件阻抗。
零火开关：接线盒内有零线、火线，直接接在智能开关上独立供电，关灯时控制内部继电器完全断开控制线。

单火接线图	零火接线图

两种开关从原理上看，就能分辨出一些优缺点：

	优点	缺点
单火	无需对电路改造	1. 开关有延迟（电流非常小，芯片运行需要时间） 2. 芯片智能化能力弱（比如 zigbee 协议的网状网络无法通过单火节点中转） 开关和灯损坏的概率较大
零火	开关没有延迟	需要改造电路

选择上，请优先考虑零火开关。

由于是精装房，需要再考虑下开发商自带的双控开关如何改造成双控零火智能开关。结合上面的双控图，你应该可以发现：

1. 双控开关中的任意一个断电，则整个电路断电；
2. 市面上的智能开关，较少的直接内置了双控功能（单开单控面板有 2 根线，单开双控面板有 3 根线）；
3. 精装房的面板盒只有单火线；

综上所述，想要将双控开关切换为智能开关，有两种方向：

1. 给线盒增加零线，其中开关 A 接 L, N, B（控制线），开关 B 只接 L, N，当点击开关 B 时，通过网络通知开关 A，实现双控；
2. 不增加零线，要注意，单火开关模拟的断路中，电流非常小，小到无法支撑 2 个单火开关同时使用，这种方法就需要开关 A 接入 L, B，开关 B 短接，并替换为电池供电的无线开关，此后开关 B 都通过网络通知开关 A，实现双控；

那么，如何加零线？

观察上面的双控图，再结合实际电工的工作方式，一般分为两种走线方式：

1. 两个开关之间的控制线走灯线盒通过；
2. 两个开关之间的控制线直接相连；

• 如果是 1，最方便，剪短线盒中的使开关 A, B 相连的控制线，并到零线上，此时两个开关同时具有零火线，同时主开关 A 接入 L, N, B，可以独立控制灯具，副开关 B 通过网络的方式通知 A 控制灯具即可；
• 如果是 2，比较麻烦，先在主开关处，在控制线上 L1 绑上 2 跟电线，再从灯具处，用力拉拽控制线 L1，将开关处新增的 2 根线拽出来，此时主开关 A 具有了零火线、控制线。再处理副开关 B，B 直接和 A 相连，所以在 A 开关内，将 A, B 相连的控制线 L2 接入零线，此时副开关 B 具有了零火线，后续同方案 1。

注意方案 2 有个问题，通过 L1 拉拽的方式，新增一根线会失败，具体的原因有多种：

1. 线管直角弯太多，摩擦力太大拽不动；
2. 控制线 L1 的路径上有暗盒（暗盒是指是墙内预留了一个线盒，但是被腻子、墙漆覆盖无法看到），L1 在暗盒内一定会转弯打结，也拽不动；
3. 线管内线束太多，占满了线管，摩擦力太大，同样拽不动。

TODO 补实际线路图照片

当无法对零火改造，也接受不了单火的缺点时，可以选择另一种方法——通断器。看下电路图：

其基本原理为: 在灯旁边装一个通断器，然后开关里装一个弹簧以达到自动回弹（凌动开关），这样通断器就可以通过接收脉冲信号，判断开关被按下，进而触发通断器的状态切换。

以此类推，家里的普通插座也可以用这种方法进行改造，成本相较于直接购买智能插座，可节省高达 80%。

中央空调的智能化

这个简单，买一个 VRF 中央空调控制器 直接接在任意内机上即可。注意下，最好能接入米家，因为米家可以比较便捷的转接到 HomeKit 中。

接入任一内机后，就可以控制所有内机了。

通信协议怎么选

协议五花八门：Zigbee, 蓝牙, 蓝牙 mesh, WiFi, Matter, Thread。

Zigbee	蓝牙mesh	蓝牙	WiFi	Matter

首先要说明，不同的协议工作在不同的层面：

其中 matter 比较特殊，它是在现有的协议之上构建的「高层协议」：蓝牙握手、Thread通信、IPv6 传输。

因为 matter 出现较晚，所以市面上的产品以及配套方案都尚不成熟，供应商也较少，所以选择里可以先把它排除，其他几个我们一项项看。

• Zigbee: 信号覆盖强（设备自组网），需要独立网关才可访问设备，主要供应商有：Aqara(绿米), 宜家, 涂鸦智能。
• 蓝牙: 信号覆盖弱，可手机直连或走网关访问设备，多数设备只能上报指令，各供应商皆有产品，但新产品几乎没有采用该方案的，逐渐废弃。
• 蓝牙 mesh: 信号覆盖强（设备自组网），可手机直连或走网关访问设备，主要供应商有：小米。
• WiFi: 信号覆盖中等，设备多之后对路由器压力非常大，每家供应商都有产品；
• Thread: 特性几乎与 Zigbee 一致，国内没有厂商支持，就不讨论了。

主流协议，就从蓝牙mesh 和 zigbee 二选一吧：蓝牙mesh只有小米，zigbee 厂商多，但必须用自家的网关（可通过 zigbee2mqtt 等开源设施实现网关跨供应商）。

我目前的方案：

• 小米多模网关2（蓝牙、蓝牙mesh、zigbee）来支撑小米系的所有设备（以及早期 aqara zigbee 设备），tuya 网关支撑 tuya 系设备。
• 有计划添置开源网关硬件搭配 zigbee2mqtt 替换掉所有 zigbee 网关。

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软件篇

智能家居品牌非常多，诸如：小米、Aqara、华为、海尔、涂鸦、苹果家庭等等，总不能开个灯打开 米家，晾个衣服打开 Aqara Home，洗个衣服再打开 海尔智家 吧？

那咋办呢？答案是我们要建立自己的家庭中枢：Home Assistant

家庭中枢 Home Assistant

Home Assistant 是由社区发起并维护的开源项目，可运行在大多数软件平台，如树莓派、x86、arm 等等，通过它的插件机制，我们可以将第三方的硬件接入到 Home Assistant 中，并最终在 Home Assistant 中操作一切。

在 Home Assistant 中，我们可以控制灯的开关，可以做联动，可以做任何你想做的自动化，比如出门全屋关灯，回家开灯关窗帘灯。

一般情况下，市面上各大供应商的各种产品，社区已经有方案可以无痛接入了：

供应商	接入插件(集成)
小米	Xiaomi Miot Auto, Xiaomi Gateway3
美的	Midia AC LAN
涂鸦	tuya

甚至一些你想不到的场景，也可以接入，如 iCloud, Tesla, BMW 等，有这些集成后，你可以实现手机位置定位记录、车辆总充电量、车辆总加油量统计等，只怕你想不到，没有它做不到。

4. Prometheus
5. Grafana

联动: Siri，日出日落，起床闹钟，夜灯等等；

监控: 摄像头、浸水、车辆；

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网络篇

1. 多局域网组网；
2. 硬路由、软路由；
3. 软路由系统；
4. 硬路由系统；
5. 接入监控；

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成果展示

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高可用 or 备份

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家用机柜选择篇

需要的配件：

1. 合适的机柜。准备放在书桌下，较合适的尺寸为：600(宽) * 600(深) * 650(高)；
2. 散热风扇，顶部、底部各一个；
3. 散热风扇驱动器（或者说叫风扇调速器）与电源；
4. 防尘过滤棉；
5. PDU；