Шлюз в системе умного дома
Центр управления умным домом Mi Smart Home Hub или как его еще называют «шлюз Xiaomi» — это устройство, необходимое для подключения датчиков и других используемых дома устройств к сети интернет, для удаленного контроля, управления ими и их взаимодействия друг с другом. В зависимости от устройств, подключение к шлюзу происходит по Bluetooth или Zigbee протоколу. А сам шлюз подключается к вашей домашней сети по WiFi. Таким образом, он становится точкой доступа для тех приборов, которые не имеют WiFi и, соответственно, сами подключиться к сети интернет не могут.
Зачем и кому нужен шлюз?
Если купленный вами прибор имеет WiFi подключение, то отдельный хаб вам не требуется. Например, все увлажнители, роботы-пылесосы, кухонная, климатическая и другая бытовая техника техника, которая постоянно подключена к электросети имеет подключение по WiFi. И поэтому таким электроприборам не нужен посредник.
А многочисленные датчики безопасности, климата или контроля доступа, работающие от батареек, а также выключатели, выносные кнопки и некоторые световые приборы или лампочки, которые используют Zigbee или Bluetooth, потребуют наличие шлюза с поддержкой своего протокола связи для интеграции в умный дом и управления ими.
Поэтому при выборе или покупке нового устройства в свой дом или квартиру, обратите внимание на тип подключения. Если это WiFi, то вы сможете подключить его напрямую к роутеру, если Zigbee или Bluetooth, то потребуется хаб.
Zigbee и Bluetooth
Хоть Xiaomi и выпускают все новые датчики только с этим протоколом связи, в производстве и на рынке остается большое количество отличных и уже хорошо зарекомендовавших себя товаров, которые работают через Zigbee. Раньше именно этот тип связи был предпочтительным для построения систем умного дома, т.к. обладал рядом заметных преимуществ перед Bluetooth. Начиная от меньшего энергопотребления, что напрямую влияет на срок работы от одного элемента питания и вплоть до возможности построения ячеистой сети из множества приборов, в которой датчики могли передавать сигнал друг через друга по цепочке, а не напрямую к хабу. Это позволяет увеличить максимальное расстояние от начальной до самой удаленной точки.
Но развитие Bluetooth привело к появлению новых современных стандартов этой технологии. Сегодня 5 версия Bluetooth позволила сократить энергопотребление, увеличить дистанцию передачи сигнала и строить ячеистые сети, которые получили название Bluetooth Mesh. Однако, и Zigbee не стоит на месте, но уже тема для отдельного разбора.
Шлюз для организации сигнализации
Mi Smart Home Hub имеет четыре типа сигнализаций: первый — постоянно работающий базовый, в который входят датчики протечки воды, дыма или утечки газа. И три настраиваемых режима: дома, вне дома и ночной. Для этих режимов при наличии датчиков открытия дверей, движения, освещенности и многих других из арсенала Xiaomi можно создать сценарии для постановки дома или квартиры на вашу собственную сигнализацию. Такой функцией обладают только отдельные хабы. Причина тому — возможность хранить и обрабатывать сценарии локально внутри устройства, а не на удаленных серверах в интернете.
Шлюз для Apple HomeKit
Если вы хотите добавить свои датчики и другие устройства из системы Xiaomi в умный дом Apple HomeKit. Так через приложение “Дом” на своем iPhone или iPad вы сможете управлять устройствами, контролировать датчики и создавать на их основе сценарии.
Mi Smart Home Hub
Для абсолютного большинства в 2021 году и возможно позже я рекомендую Mi Smart Home Hub, который во многих магазинах продается под именем Xiaomi Gateway 3. Только он имеет поддержку обоих современных стандартов Bluetooth 5.0 Mesh и Zigbee 3.0. Кроме того, он сертифицирован для работы с Apple HomeKit и даже может быть подключен к Алисе от Яндекса. К сожалению, этот шлюз в отличии от предшественника лишен цветной подсветки и отдельного динамика для проигрывания мелодий. Также есть шлюзы других производителей, например Aqara или Qingping, но они менее универсальны и имеют заметно меньший список совместимых датчиков и устройств.
Подключаем новый Xiaomi Gateway 3 к Home Assistant без паяльника и смс
Новый хаб от Xiaomi с поддержкой технологий Zigbee 3, Bluetooth Mesh, HomeKit и его подключение к достаточно популярной системе умного дома — Home Assistant, интересует?
Введение
Устройства умного дома можно встретить на разных беспроводных протоколах.
Важно понимать, что поверх каждого протокола производители устройств накладывают что-то своё. А это значит, что нельзя выбрать какой-то один протокол и все устройства всех фирм будут автоматически поддерживаться.
Wi-Fi
Чаще всего новички выбирают устройства на технологии Wi-Fi. Ведь Wi-Fi роутер сегодня есть у всех. Умным устройством можно пользоваться сразу после покупки. Но тут есть нюанс: в количестве устройств слабость Wi-Fi. Роутеры от провайдеров в большинстве своём тот ещё хлам, способный справиться с 1-2 десятками устройств. И пять новых умных лампочек могут быть проблемой для всей сети.
Здесь выходом будет хороший двухдиапазонный роутер. Весь умный дом можно повесить на диапазон 2.4 ГГц, а мультимедиа-устройства (смартфоны, ноутбуки, телевизоры, колонки) на 5 ГГц.
Bluetooth
Устройства на Bluetooth новички выбирают так же охотно, ведь сегодня смартфоны есть почти у всех. Проблема в том, что дальность Bluetooth весьма ограничена. Уже из соседней комнаты вы не сможете посмотреть температуру на датчике или включить чайник или лампочку.
В таких случаях производители рекомендуют покупать BLE Gateway. Это устройство, которое будет посредником между Bluetooth и серверами производителя. Здесь уже далеко не все пользователи соглашаются на дополнительные траты и лишнюю железку в доме.
Некоторые производители встраивают возможности BLE Gateway в камеры и лампы, закрывая проблему лишних затрат и лишнего устройства в доме.
Zigbee
От этой технологии новички отказываются чаще всего из-за необходимости приобретать дополнительное устройство-посредник, ведь ничего работающего с Zigbee в их доме скорее всего нет. Некоторые производители встраивают поддержку этой технологии в умные колонки и, на мой взгляд, это очень интересный ход.
Дополнительную проблему составляет, что каждый такой Gateway поддерживает только дочерние устройства своего производителя. Купив устройства Philips Hue, IKEA, Sonoff, Xiaomi и Tuya, вы, скорее всего, должны будете докупить пять Gateway соответственно.
Эта технология заслуживает внимания по следующим причинам:
- Беспроводные датчики довольно маленькие и в последнее время не такие и дорогие: 500 рублей за простейший датчик или кнопку — это реальность, Xiaomi и AliExpress сделали своё дело.
- Беспроводные датчики могут продержаться на одной батарее несколько лет, без шуток — лет!
- В количестве Zigbee устройств их сила: технология поддерживает Mesh, проводные устройства, скорее всего, будут ретрансляторами сигнала между Gateway и удалёнными датчиками, заодно снимая нагрузку с самого Gateway.
- Технология поддерживает прямое управление в обход Gateway, можно связать кнопку и лампочку. В случае выхода Gateway из строя управление светом продолжит работать. Правда далеко не все кнопки это умеют.
Xiaomi
Фирма Xiaomi сделала многое для продвижения технологии Zigbee в альтернативных системах умного дома. Их старенький Xiaomi Gateway 2 (DGNWG02LM, lumi.gateway.v3) имел на борту «режим разработчика», который открывал локальный протокол доступа к управлению Zigbee устройствами этого шлюза. Интеграции этого протокола есть в множестве open source систем.
В евро-версии этого шлюза Xiaomi Gateway EU (DGNWG05LM, lumi.gateway.mieu01), а также в обновлённой версии Xiaomi Gateway 3 (ZNDMWG03LM, lumi.gateway.mgl03) этого протокола нет.
Обновлённая версия шлюза получила новый чип на Zigbee 3 (EFR32MG1B), а также поддержку технологии Bluetooth Mesh и HomeKit. В HomeKit поддерживаются не все устройства, будьте внимательны.
Xiaomi Gateway 3
В отличие от всех остальных шлюзов, обновлённая версия имеет уникальную особенность: на ней программно можно открыть Telnet-доступ. Доступ открывается только при наличии Mi Home токена, так что всё вполне секьюрно.
В этом шлюзе стоит чип серии EFR32 от фирмы Silicon Labs. Те в свою очередь поставляют вместе с чипом набор SDK. В составе SDK есть MQTT-транспорт, обеспечивающий доступ к Zigbee проколу из любого ПО, установленного как на шлюзе, так и за его пределами.
По умолчанию MQTT-брокер не доступен извне, но у нас ведь теперь есть Telnet!
В брокере есть два корневых топика: это «сырые» данные Zigbee и обработанные данные от Xiaomi. Я решил взять за основу обработанные данные. Там атрибуты устройств хоть и описаны псевдокодами, но в них всё же проще разобраться человеку, ничего не понимающему в Zigbee.
В итоге получился такой вот компонент для Home Assistant — XiaomiGateway3.
Он автоматически включает Telnet и публичный MQTT, используя токен Mi Home.
Сейчас токен нужно получать нехитрым образом (инструкция в readme). Но в будущем я планирую добавить получение токена с серверов Xiaomi, используя аккаунт Mi Home. Ведь недавно в сети появилась рабочая реализация авторизации в их облаке.
Сейчас компонент получает список устройств и последние значения их атрибутов с Хаба. Но в дальнейшем я планирую добавить получение списка устройств из облака. Там есть пользовательские названия всех устройств.
BLE Gateway
С этим пришлось повозиться. Работа с Bluetooth-устройствами не отражается в MQTT. Зато все данные отражаются в консоли. Поэтому компонент подключается к хабу через Telnet отдельным потоком, перезапускает утилиту работы с Bluetooth и читает её вывод в реальном времени. Это самый стабильный способ, что я нашёл. В syslog данные от этой утилиты попадают с перебоями. Моих знаний Linux не хватает, чтоб понять, почему так происходит.
Первым делом компонент научился поддерживать стандартный набор Bluetooth-устройств Xiaomi: датчики температуры, анализаторы почвы и освещенности, фумигатор.
А пару дней назад в нём появилась поддержка умных Bluetooth-замков. На сегодняшний день это единственный из известных мне способов подключить BLE-умный замок Xiaomi в альтернативную систему умного дома.
Чайника у меня нет, но присылайте логи — добавлю и его. Правда чайники Xiaomi не поддерживают функцию удалённого включения, это большой минус.
BLE-устройства и их атрибуты отображаются по мере поступления данных. Когда появится поддержка облака — полный список BLE устройств с их моделями, именами и последними посланными данными можно будет получить оттуда. Такая информация на хабе не хранится.
Поддержка Bluetooth Mesh ламп пока в разработке. Работа с ними сильно отличается от BLE-устройств.
Планы
Нужно отладить работу хаба со всем списком официально поддерживаемых Zigbee-устройств. Добавить возможность настройки «тонких» параметров:
- настройки хаба: например, мощность (и её можно сильно увеличить!),
- изменение настроек дочерних устройств: режим логических кнопок на выключателях, чувствительность датчика вибрации и многое другое.
Нужно добавить поддержку облака для получения токена хаба и полного списка Zigbee и Bluetooth-устройств.
Нужно добавить поддержку Bluetooth Mesh ламп.
И самое главное — добавить поддержку устройств других производителей. Да, это возможно. Мне удалось подключить все сторонние устройства, что у меня были, и управлять ими. Такие устройства не отображаются в Mi Home и HomeKit. Но управлять ими можно с помощью «сырых» Zigbee-команд.
Для понимания полного масштаба проблемы такой поддержки загляните в исходники замечательного проекта zigbee2mqtt: devices, fromZigbee, toZigbee.
Почти каждое устройство требует свой собственный обработчик. В случае с Xiaomi Gateway 3 и официально поддерживаемыми устройствами — роль такого обработчика выполняет софт хаба.
Другие мои разработки можно найти на GitHub. Среди русскоговорящей аудитории наиболее популярный проект — YandexStation. Глобально очень хорошо себя зарекомендовал SonoffLAN. Но, думаю, XiaomiGateway3 его легко обгонит. За развитием этого и других моих проектов можно следить на моём канале Telegram.