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[动态] 基于Matter网络的个人智能家居需要什么?

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基于Matter网络的个人智能家居需要什么?

随着科技的进步,智能家居已经成为我们生活中不可或缺的一部分。在所有智能家居解决方案中,基于Matter网络的智能家居解决方案因其开放性、互操作性和安全性而受到欢迎。那么,建立一个基于 Matter 的智能家居系统需要什么?

当您在家中创建 Matter 系统时,该过程通常包括以下步骤:

  1. 分析您的系统要求。
  2. 设计网络拓扑。
  3. 选择合适的设备。
  4. 安装并配置您的设备。
  5. 设计和部署应用程序服务。

系统需求分析

在设计家庭智能系统时,我们应该精心规划以下几个方面,以保证系统的功能:

1. 功能要求:

  • 花园管理:系统应能够监测土壤湿度,并具有自动和定时浇水的智能功能,以确保植物得到良好的照顾。
  • 用电监控:实时监控家庭用电情况,提供详细的用电统计,异常用电预警,促进合理用能。
  • 前门安全:实时监控前门区域,支持视频录制和回放,异常情况远程通知,保障家庭安全。
  • 室内舒适:通过智能中央系统对室内灯光、空调、热水器、窗帘等进行集成控制,营造舒适的居住环境。
  • 宠物护理:包括智能喂食器和自清洁垃圾箱,确保即使主人不在的情况下,宠物也能得到很好的照顾。

2. 用户界面要求:

  • 直观的操作:提供模块化设计的用户界面,可以轻松设置和管理设备。
  • 跨平台体验:无论是iOS、Android还是Web平台,用户都应该拥有一致、高效的体验。
  • 及时反馈:确保用户界面及时显示设备状态更新,让用户随时了解家里的变化。

3. 可扩展性要求:

  • 智能场景:允许用户根据个人习惯设置自动化场景,如“离开模式”或“夜间模式”,增强智能家居的交互性和个性化。
  • 语音交互:集成Amazon Alexa、Google Assistant、Apple Siri等主流语音助手,实现无缝语音控制。
  • 开放API:提供开放的API接口,鼓励和支持第三方开发者为系统带来更多的创新和服务。
  • 云服务集成:通过云服务扩展系统功能,提供数据备份、远程访问和高级分析。

4. 安全和隐私要求:

  • 数据加密:采用端到端加密,保证所有设备之间的安全通信,保护用户数据不被泄露。
  • 隐私保护:实施严格的数据保护政策,确保用户的隐私和个人信息得到充分尊重和保护。
  • 及时更新:系统自动检查并安装最新的安全补丁,预防和修复潜在的安全漏洞。

5. 可靠性和稳定性要求:

  • 备份机制:建立故障转移机制,以在关键组件发生故障时维持基本操作。
  • 卓越的性能:优化系统性能,减少响应时间,保证用户操作的流畅性和及时性。
  • 持续监控:对系统进行全面监控,及时发现并解决性能瓶颈或系统故障,确保系统长期稳定运行。

网络拓扑设计

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图1

设备选型

节点选择

各个厂商已经推出了很多支持Matter协议的成熟产品。我注意到许多现有的智能家居产品都可以通过软件更新来升级以支持 Matter。我们需要注意产品的技术规格,因为 IP/WiFi、Zigbee/BLE 和 Thread 设备连接到 Matter 网络的方式有所不同。

1.IP/WiFi端

对于支持IP/WiFi连接协议的Matter设备,我们只需使用手机应用程序扫描设备包装上的二维码即可将其添加到Matter智能家居网络中。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图2

(来自 Google Next Hub Max 的连接协议)

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图3

(来自 YouTuber:智能家居求解器)

2. Zigbee、BLE、线程端

如果您需要使用Thread、Zigbee或蓝牙设备,则必须购买相应的Thread边界路由器和Zigbee/BLE桥接器。在Matter生态系统中,Zigbee/BLE设备可以充当“桥接设备”节点,通过Zigbee/BLE桥完成Zigbee/BLE与Matter协议之间的映射,从而与系统中的其他Matter设备进行通信。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图4

(乐鑫 Zigbee 与 Matter 通信示意图)

除了充当协议“转换器”之外,Zigbee/BLE 桥接设备还可以具有本机 Matter 功能。例如,智能恒温器设备可以充当Zigbee/BLE和Matter生态系统之间通信的桥梁,也可以充当标准Matter智能恒温器设备,通过Matter协议向HVAC系统发送控制命令。

Thread 是一种基于 IPv6 的低功耗网状网络协议,常用于物联网产品。Thread 协议基于 IEEE 802.15.4 技术,因此 Thread 网络中的设备无法直接与 Wi-Fi 或以太网设备通信。Thread 边界路由器负责在 Wi-Fi 和 Thread 网络之间转发 IP 帧。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图5

(乐鑫的 Thread 和 Matter 通信图)

3. 主板

ESP32 和 Raspberry Pi 等硬件也可以集成到 Matter 网络中。ESP32 由 Espressif Systems 开发,是一款低功耗微控制器,内置蓝牙和 WiFi,并具有用于连接和控制各种外设的 GPIO。一旦与 Matter 协议集成,ESP32 就可以成为智能家居网络中的节点,与其他支持 Matter 协议的设备进行通信,实现互操作性。这意味着基于 ESP32 的设备可用于构建和扩展我们的智能家居系统。如下图所示,ESP32 系列产品可以作为 Wi-Fi 终端设备、Thread 终端设备、Thread 边界路由器和用于 Zigbee 设备 Matter 连接的 Matter 桥接器。具体部署步骤请参考文末提供的项目参考。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图6

(来自乐鑫)

Matter应用

我们可以通过 Matter 应用程序控制和管理设备,其中包括 Google Home 和 Apple Home 等流行的移动应用程序。通过使用应用程序扫描产品包装上的二维码,您可以轻松地将设备集成到您的智能家居系统中。

Matter云平台

家庭助理

家庭助理充当 Matter 生态系统中的“控制器”,这意味着它可以控制基于 Matter 的设备。Matter 控制器的其他示例包括 Google Nest 产品、Apple HomePod 扬声器、三星 SmartThings Station 以及一些较新的 Amazon Echo 设备。Matter协议使各种智能设备能够相互通信,而Home Assistant则是一个集成和管理这些设备的平台。它提供设备管理、数据存储、远程控制等功能。对于高级爱好者来说,Home Assistant可以部署在NAS、软路由器、Raspberry Pi等硬件上,直接控制和管理支持Matter协议的设备,打造更安全、私密的智能家居控制系统。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图7

需要的硬件:

硬件清单

ESP 造雨机

ESP RainMaker是一个综合性的AIoT平台,可以快速开发AIoT产品,构建安全、稳定、可定制的AIoT解决方案。它弥合了从底层芯片到上层软件应用程序的差距,涵盖所有乐鑫芯片和模块、设备固件、与第三方语音助手的集成、移动应用程序和云服务。

基于Matter网络的个人智能家居需要什么?图8

(来自乐鑫)

设备安装和配置

以Home Assistant为例,我们来了解一下系统配置步骤:

1.家庭助理云平台安装

安装Home Assistant有几种方法,官方文档提供了:

  • 直接安装在硬件设备上;
  • 通过Docker等容器平台安装;
  • 在传统Linux发行版上手动安装;
  • 在 Python 虚拟环境中安装。

这些方法都有其优点和缺点。第一种方法更适合Raspberry Pi,而第二种方法更适合NAS(或支持Docker且性能强劲的路由器)。前者允许通过刷新 SD 卡直接安装在 Raspberry Pi 上,而后者可以直接通过 NAS 的 Docker 管理器或通过虚拟机安装。两者在安装后即可使用,节省了环境设置时间并避免了大多数错误。请注意,目前不支持在 Home Assistant Core 安装上运行 Matter。

对于 Raspberry Pi,您需要 Raspberry Pi 3B 或 4、读卡器和以太网电缆。家庭助手对设备性能要求较高,建议选择更高规格的Raspberry Pi 4,搭配16GB以上高速SD卡作为系统存储,以保证操作更流畅。接下来,从 Home Assistant OS 的 GitHub 发布页面下载相应的映像,并使用计算机上的 balenaEtcher 将其闪存到 SD 卡上。

对于 NAS,如果您在 NAS 上运行 Home Assistant,则可以运行 Matter 服务器的 Docker 映像。GitHub 页面上描述了主机设置的要求和说明。您还可以使用 Lattepanda 作为 NAS + Home Assistant 平台,因为它有额外的 SSD 接口用于安装硬盘。

2. 将 Matter (BETA) 集成添加到 Home Assistant

  • 浏览至 Home Assistant 实例。
  • 转至设置 > 设备和服务。
  • 在右下角,选择“添加集成”按钮。
  • 从列表中选择“Matter”(测试版)。
  • 按照屏幕上的说明完成设置。

3. 使用ios配套应用程序添加设备

这将使用手机的蓝牙连接来添加设备。

  • 打开手机上的 Home Assistant 应用程序。
  • 转至设置 > 设备和服务。
  • 在“设备”选项卡上,按“添加设备”按钮。
  • 选择列表顶部的添加事项设备。
  • 使用手机摄像头扫描 Matter 设备的二维码或按更多选项...手动输入佣金代码。
  • 选择“添加到家庭助理”按钮,这将启动调试过程,该过程可能需要几分钟的时间。
  • 如果您要添加测试板或测试设备,您可能会收到有关“未经认证的配件”的提示。在此对话框中,选择“仍然添加”。
  • 出现提示后,您可以输入自定义配件名称,这只是内部参考,在 Home Assistant 中不可见。您可以在这里输入任何您喜欢的内容。
  • 该过程完成并按下“完成”按钮后,您将被重定向到 Home Assistant 中的设备。它已准备就绪,可供使用。

4.从Apple home共享设备

在 Apple Home 中找到该设备,然后按滚轮进行编辑。在包含设备详细描述和设置的页面上,一直向下滚动并按按钮打开配对模式。

现在您将获得一个安装代码,请将其复制到剪贴板。

按照上面使用 iOS Companion 应用程序添加设备的说明,将设备添加到 Home Assistant,您可以在其中粘贴刚从 Apple Home 收到的代码。

5. 使用 ESP32 开发板进行 Matter 实验

我们为您准备了一个页面,您可以在其中轻松地将 Matter 固件刷新到支持的 ESP32 开发板。我们推荐运行 Lighting 应用程序的 M5 Stamp C3 设备。

  • 确保您使用 Google Chrome 或 Microsoft Edge 浏览器。
  • 打开https://nabucasa.github.io/matter-example-apps/
  • 使用 USB 电缆连接 ESP32 设备。
  • 选择您要设置的示例旁边的单选按钮,如果是 M5 Stamp,请单击M5STAMP C3 的照明应用程序。
  • 选择“连接”。
  • 在出现的弹出对话框中,选择正确的串行设备。这通常类似于“cu-usbserial”或类似的内容。
  • 单击安装 Matter Lighting 应用程序示例并让它在设备上安装固件。这将需要几分钟的时间。
  • 设备刷入 Matter 固件后,再次连接到设备,但这次选择“日志和控制台”。
  • 您将看到一个控制台界面,您可以在其中查看事件的实时记录。这是一个交互式 shell,您可以在其中键入命令。要查看所有命令的列表,请输入“matter help”并按 Enter 键。
  • 要添加设备,我们需要二维码。在控制台中,输入 thing onboardingcodes ble 并将 URL 复制/粘贴到浏览器中。
  • 按照手机上的上述说明之一,使用 QR 码添加设备,例如使用 Home Assistant Companion 应用程序。

应用服务设计与部署

设置好服务器、安装配置节点和网关后,我们就可以根据实际需求设计应用逻辑,开发应用功能,包括开发用户界面、配置报警或触发规则、与其他系统集成等。最后,我们将应用服务部署到服务器上,完成整个系统的搭建。

本文主要介绍基于Matter网络的个人智能家居系统的选型。接下来,我们将从基础节点ESP32接入Matter网络开始,逐步完成系统的部署。详情请查看系列文章:如何将ESP32-C6连接到Matter

未来,随着越来越多的设备开始支持Matter协议,我们有理由相信基于Matter网络的智能家居系统将会越来越普及。它们将成为我们生活的一部分,让我们的生活变得更加智能、更加便捷。

Home Assistant 的照片来源为r/home.assistant

原作者:auroraAA

原文链接:https://community.dfrobot.com/makelog-313758.html

伦**  初级技师

发表于 2024-3-19 17:48:03

非常可以,学习了,感觉腿可以再长点儿。
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罗罗罗  见习技师

发表于 2024-4-14 10:50:26

666
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花生编程  中级技匠

发表于 前天 22:29

厉害厉害,不错不错!
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花生编程  中级技匠

发表于 前天 22:30

赞赞赞赞赞,感谢分享!
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