我想分享我在业余时间从事的小项目。这是一个简单的智能家居项目，旨在在我的公寓中记录温度和湿度，同时还可以控制加热系统。为此，我从 Shelly 中利用传感器和恒温阀，这些传感器和恒温阀具有多种优势。这些设备能够通过Wi-Fi进行通信，它们支持MQTT协议，并提供Web REST-API接口。整个系统的核心是在Linux上运行的简单Python应用程序。该应用程序从传感器中收集数据，并将其存储在PostgreSQL数据库中。此外，还有一个在Apache上运行的Web应用程序。通过Web应用程序，我可以控制和配置整个系统。
设计系统时我有两个大问题。
第一个是确定最佳传感器放置，并决定是使用电池还是直接电源为其供电。
和秒：我没有Linux，Python，Postgresql和Apache的经验：D

请注意，这不是用于配置和设置所有必要组件的分步教程。我正在提供设置的基本概述和骨骼结构。

配置Ubuntu

作为第一步，我必须配置家庭服务器。由于其简单性，我选择了Ubuntu桌面作为操作系统。设置操作系统后，我继续逐步安装必要的服务。

首先，我通过执行以下命令安装了PostgreSQL：

$ sudo apt install postgresql postgresql-contrib

要启动PostgreSQL服务，我使用了命令：

$ sudo systemctl start postgresql.service

为了确保服务在系统启动时自动启动，我将其启用了：

$ sudo systemctl enable postgresql.service

此外，我安装了PGADMIN4，以方便使用数据库。安装程序包还包括Apache2 Web服务器。我执行了以下步骤安装pgadmin4：

$ curl https://www.pgadmin.org/static/packages_pgadmin_org.pub | sudo apt-key add
$ sudo sh -c 'echo "deb https://ftp.postgresql.org/pub/pgadmin/pgadmin4/apt/$(lsb_release -cs) pgadmin4 main" > /etc/apt/sources.list.d/pgadmin4.list && apt update'
$ sudo apt install pgadmin4

创建数据库

现在，我拥有所有必要的组件来创建一个数据库，以从传感器收集数据。为了满足我的要求，我设计了以下表：

房间表：
该表包含公寓中的房间列表。
设备表：
该表拥有所有传感器的共同属性，包括名称，WiFi连接状态，IP地址，RSSI（接收信号强度指示器），MAC地址，更新的可用性...
RoomDevice表：
该表通过存储房间ID和设备ID来建立房间和设备之间的关系，从而允许将任何设备分配到任何房间。

前进，我创建了特定于每种设备类型的表：

打开窗口传感器表：
该表收集诸如温度，lux（光强度），振动，电池状态，动作原因和测量数据等数据...
温度和湿度传感器表：
该表捕获了诸如温度，湿度，电池状态，动作原因和测量日期之类的数据...
恒温散热器阀表：
该表收集数据，例如温度，阀门位置，窗口打开状态，电池状态，时间表配置文件和测量日期...

安装蚊子

接下来，我继续配置所有雪莉设备。我更新了它们，在家庭网络上分配了固定的IP地址，并将它们配置为连接到MQTT服务器。
哦，我几乎忘记了，我还需要安装MQTT服务器。为此，我选择了蚊子经纪人。

安装蚊子：

$ sudo apt update -y && sudo apt install mosquitto mosquitto-clients -y

启动经纪人：

$ sudo systemctl start mosquitto

使经纪人能够从系统启动开始：

$ sudo systemctl enable mosquitto

此外，我需要在防火墙中打开所需的端口：

$ sudo ufw allow 8883

Python

现在是时候让我从未冒险过的编程语言Python了。
我需要一些基本元素：与PostgreSQL互动的适配器，用于通信的MQTT客户端，记录机构和JSON解析库。

我导入以下库：

import psycopg2
import paho.mqtt.client as mqtt
import logging
import json

此外，我为配置目的定义了一组常数：

# mqtt constant
CLIENT_NAME = 'Subscrible_test'
USER_NAME = 'username'
PASSWD = 'password'
HOST = 'IP'
PORT = 1883

# postgresql constant
SQL_HOST = 'localhost'
SQL_DBNAME = 'smarthome_db'
SQL_USER = 'username'
SQL_PASSWD = 'password'
SQL_PORT = 5432

现在，我将继续设置与数据库建立连接的记录器和定义过程。一个过程处理数据库连接的创建，而另一个过程检查数据库是否可访问。我每次传感器向我发送数据时都会运行该过程以验证访问。

要创建记录器，我实现了以下代码：

#create a logger
logger = logging.getLogger('mqtt_archiver')
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, format='%(message)s')
handler = logging.FileHandler(/mqtt_archiver.log')
formatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')
handler.setFormatter(formatter)
logger.addHandler(handler)

# Write PID to log file
pid = os.getpid()
logger.info('pid: ' + str(pid))

上面的代码设置了一个记录器并将其配置。记录器还将进程ID（PID）写入日志文件。

接下来，我定义了两个函数： sql_connect（）和 check_sql_connection（），分别处理数据库连接和连接检查：

def sql_connect():
    global con
    try:
        con = psycopg2.connect(user=SQL_USER, password=SQL_PASSWD, host=SQL_HOST, port=SQL_PORT, database=SQL_DBNAME)
        logger.info('SQL: connect to' + SQL_DBNAME)
    except (Exception, psycopg2.DatabaseError) as error:
        logger.error('SQL: connect error to ' + SQL_DBNAME + '. ' + str(error))
        if con:
            con.rollback()

def check_sql_connection():
    try:
        if con == None:
            sql_connect()
        else:
            cur = con.cursor()     
            cur.execute("SELECT 1")
    except (Exception, psycopg2.DatabaseError) as error:
        print(datetime.datetime.now(), ' SQL: check connection error: ', error)
        logger.error('SQL: check connection error: ' + str(error))
        sql_connect()

# Connect to PostgreSQL
sql_connect()

sql_connect（）函数建立了与PostgreSQL数据库的连接。它记录了成功的连接或任何遇到的错误。
check_sql_connection（）函数检查数据库连接是否可用。如果不存在连接，它将调用 sql_connect（）函数以建立新连接。否则，它执行一个简单的SQL语句来验证连接。
最后，该代码调用 sql_connect（）函数以连接到postgresql。

接下来，我为MQTT客户端定义了几个功能：

# Called when the client connects to the server.
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    logger.info( 'MQTT: connected with result code ' + str(rc) + '; client_id: ' + str(client._client_id))

# Called when the client disconnects from the server.
def on_disconnect(client, userdata, rc):
    if rc != 0:
        logger.warning( 'MQTT: unexpected disconnection. ' + str(rc) + '; client_id: ' + str(client._client_id))

# Called when a message has been received on the subscribed topic.
def on_message(client, userdata, message):
    check_sql_connection()
    try:
        topic_array = message.topic.split('/')
        if len(topic_array) > 2 and topic_array[2] == 'info':
            update_tbl_device(message)
            if get_device(message.topic).startswith('shellyht-'):
                insert_tbl_shelly_ht(message)
            elif get_device(message.topic).startswith('shellytrv-'):
                insert_tbl_shelly_vrt(message)
            elif get_device(message.topic).startswith('shellydw2-'):
                insert_tbl_shelly_dw2(message)
        elif get_device(message.topic).startswith('shellyplug-s-'):
            insert_tbl_shelly_plugs(message)
    except (Exception) as error:
        logger.error('on_message: ' + str(error))

在 on_message（）函数中，我首先检查SQL连接，然后确定接收到的消息所属的Shelly设备。基于设备类型，我处理消息。函数 update_tbl_device（message）负责解析消息并填充设备表中的基本信息。同样，函数 insert_tbl_shelly_ht（message）， insert_tbl_shelly_vrt（message）和 insert_tbl_shelly_dw2（message）雪莉设备。不同之处在于 insert_tbl_shelly_ht（）和 insert_tbl_shelly_dw2（）触发一个将HTTP获取请求发送到恒温器散热器阀的外部功能。一个发送当前的室温（对于自动阀调节很有用），而另一个则发送状态，指示窗口是否打开（阀门打开时自动关闭）。

外部功能看起来像这样：

# Send open window state device_id = sys.argv[1] sensor_state = sys.argv[2] params = {'state': sensor_state} if device_id == 'shellydw2-XXXXXX': #shellydw-room1 response = requests.get('http://192.168.88.101/window/', params) if device_id == 'shellydw2-YYYYYY': #shellydw-room2 response = requests.get('http://192.168.88.102/window/', params)

# Send actual temperature device_id = sys.argv[1] tmp_val = sys.argv[2] hum_val = sys.argv[3] params = {'temp': tmp_val} if device_id == 'shellyht-AAAAAA': #shellyht-room1 response = requests.get('http://192.168.88.101/ext_t/', params) if device_id == 'shellyht-BBBBBB': #shellyht-room2 response = requests.get('http://192.168.88.102/ext_t/', params)

现在我需要设置MQTT经纪人：

try: client = mqtt.Client(CLIENT_NAME, clean_session=False) client.username_pw_set(USER_NAME, PASSWD) client.on_connect = on_connect client.on_disconnect = on_disconnect client.on_message=on_message client.connect(HOST, PORT) client.subscribe("shellies/#") client.loop_forever() con.close() except (Exception) as error: logger.error('MAIN LOOP: ' + str(error))

我创建一个新客户端，并为其提供名称和密码。此外，我为处理连接，断开和接收的消息分配了必要的功能： on_connect（）， on_disconnect（），and on_message（） 。我建立了与MQTT经纪人的连接，并订阅了一组特定的主题。就我而言，主题由“ shellies/＃” 表示。最后，我启动执行无限循环以处理传入消息。
最后，确保当服务器启动时自动启动此应用程序。为了实现这一目标，我利用Cron是Ubuntu的任务自动化工具。

网页

接下来，我为我的智能家庭项目创建了一个简单的网页。索引页面提供了所有房间的概述，并在每个房间内的设备及其最重要的值显示。单击房间可打开详细的视图，其中所有值均列出。另外，可以修改某些设备的设置，例如设置温度或更改散热器阀的套筒轮廓。

客厅的视图：

客厅细节的视图：

这是创建自己的DIY智能家庭系统的方法。只需几个传感器即可读取数据并处理并存储它。可以根据存储的数据来控制其他活性元素，例如恒温散热器阀。
将来，我计划通过聚光灯和LED条扩展系统，可以通过场景控制器设备或网页控制。
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