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在树莓派上如何搭建智能家居网关

发表于：2025-02-03 作者：千家信息网编辑

千家信息网最后更新 2025年02月03日，这篇文章主要介绍了在树莓派上如何搭建智能家居网关，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。所需组件树莓派 3b+ 以及更高版本树莓

千家信息网最后更新 2025年02月03日在树莓派上如何搭建智能家居网关

这篇文章主要介绍了在树莓派上如何搭建智能家居网关，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。

所需组件

树莓派 3b+ 以及更高版本

树莓派3代B+ 型是一款基于 ARM 的微型计算机主板，以 SD/MicroSD卡进行存储，该主板提供 USB 接口和以太网接口，可以连接键盘、鼠标和网线，该主板具备 PC 的基本功能，同时树莓派集成了 Wi-Fi，蓝牙以及大量 GPIO，是智能家居网关的理想选择。

EMQ X Edge

智能家居设备之间通信协议有 MQTT，Wi-Fi，蓝牙等，其中 MQTT 协议 是基于发布/订阅模式的物联网通信协议，它简单易实现、支持 QoS、报文小。在本文中我们将使 MQTT 协议作为智能家居设备之间的通信协议。

由于 Raspberry Pi 内存以及处理能力有限，我们选择由 EMQ 开源的 EMQ X Edge 作为 MQTT broker，EMQ X Edge 是轻量级的物联网边缘计算消息中间件，支持部署在资源受限的物联网边缘硬件。

EMQ X Kuiper

智能家居设备之间数据传输格式不同，并且数据存在波动性，我们需要对设备上报的数据进行处理。在本文中我们将使用由 EMQ 开源的 EMQ X Kuiper 对智能家居设备数据进行边缘化处理，EMQ X Kuiper 是基于 SQL 的轻量级边缘流式消息处理引擎，可以运行在资源受限的边缘设备上。

通过实时分析智能家居设备的各类数据，可以实现对设备的即时状态管理与控制。

其他组件

BH1750FVI 光照强度传感器
LED
330 Ω电阻
面包板, 跳线若干

项目示意图

环境搭建

电路连接

树莓派配置

我们选择 raspbian 8 作为树莓派操作系统，并选择 python 3 作为项目编程语言

# 创建名为 smart-home-hubs 的项目目录mkdir ~/smart-home-hubs

EMQ X Edge 安装与运行

$ cd ~/smart-home-hubs# 下载软件包$ wget https://www.emqx.io/downloads/edge/v4.1.0/emqx-edge-raspbian8-v4.1.0.zip$ unzip emqx-edge-raspbian8-v4.1.0.zip$ cd ./emqx# 运行 EMQ X Edge$ ./bin/emqx start

EMQ X Kuiper 安装与运行

$ cd ~/smart-home-hubs# 下载软件包$ wget https://github.com/emqx/kuiper/releases/download/0.4.2/kuiper-0.4.2-linux-armv7l.zip$ unzip kuiper-0.4.2-linux-armv7l.zip$ mv kuiper-0.4.2-linux-armv7l ./kuiper$ cd ./kuiper# 创建 rules 目录，用来存放规则文件$ mkdir ./rules# 运行 EMQ X Kuiper$ ./bin/server

代码编写

BH1750FVI 光照传感器数据上传

编写代码读取并计算 BH1750FVI 传感器光照强度数据，并以 1次/秒 的频率将光照强度数据通过 MQTT协议 发布到 smartHomeHubs/light 主题上。

# gy30.pyimport jsonimport timeimport smbusfrom paho.mqtt import client as mqtt# BH1750FVI configDEVICE = 0x23  # Default device I2C addressPOWER_DOWN = 0x00POWER_ON = 0x01RESET = 0x07CONTINUOUS_LOW_RES_MODE = 0x13CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE_1 = 0x10CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE_2 = 0x11ONE_TIME_HIGH_RES_MODE_1 = 0x20ONE_TIME_HIGH_RES_MODE_2 = 0x21ONE_TIME_LOW_RES_MODE = 0x23bus = smbus.SMBus(1)# MQTT broker configbroker = '127.0.0.1'port = 1883topic = 'smartHomeHubs/light'def read_light():    data = bus.read_i2c_block_data(DEVICE, ONE_TIME_HIGH_RES_MODE_1)    light_level = round((data[1] + (256 * data[0])) / 1.2, 2)    return light_leveldef connect_mqtt():    client = mqtt.Client(client_id='light_01')    client.connect(host=broker, port=port)    return clientdef run():    mqtt_client = connect_mqtt()    while True:        light_level = read_light()        publish_msg = {'lightLevel': light_level}        mqtt_client.publish(            topic,            payload=json.dumps(publish_msg)        )        print(publish_msg)        time.sleep(1)if __name__ == "__main__":    run()

配置 EMQ X Kuiper 流处理规则

我们将在 EMQ X Kuiper 上创建名为 smartHomeHubs 的流，并配置规则对光照强度数据进行实时分析，以实现对 LED 灯的控制。

本文中我们将计算光照强度平均值，当平均光照强度 持续 5 秒 小于 55 时开启 LED（大于 55 时关闭 LED）。

创建流

$ cd ~/smart-home-hubs/kuiper$ ./bin/cli create stream smartHomeHubs '(lightLevel float) WITH (FORMAT="JSON", DATASOURCE="smartHomeHubs/light")'

编写开启 LED 规则（./rules/onLed.rule）

当持续 5 秒钟平均光照强度小于 55 时，向 smartHomeHubs/led 主题发送 "{\"status\": \"on\"}" 消息打开 LED。

{   "sql":"SELECT avg(lightLevel) as avg_light from smartHomeHubs group by TUMBLINGWINDOW(ss, 5) having avg_light < 55;",   "actions":[      {         "mqtt":{            "server":"tcp://127.0.0.1:1883",            "topic":"smartHomeHubs/led",            "sendSingle":true,            "dataTemplate": "{\"status\": \"on\"}"         }      }   ]}

编写关闭 LED 规则（./rules/offLed.rule）

当持续 5 秒钟平均光照强度大于 55 时，向 smartHomeHubs/led 主题发送 "{\"status\": \"off\"}" 消息关闭 LED。

{   "sql":"SELECT avg(lightLevel) as avg_light from smartHomeHubs group by TUMBLINGWINDOW(ss, 5) having avg_light > 55;",   "actions":[      {         "mqtt":{            "server":"tcp://127.0.0.1:1883",            "topic":"smartHomeHubs/led",            "sendSingle":true,            "dataTemplate": "{\"status\": \"off\"}"         }      }   ]}

添加规则

$ ./bin/cli create rule onLed -f ./rules/onLed.rule $ ./bin/cli create rule onLed -f ./rules/offLed.rule

查看规则
```
$  ./bin/cli show rules
```

LED 灯控制

编写代码连接到 EMQ X Edge，并订阅 smartHomeHubs/led 主题。监听订阅的 MQTT 消息内容，当 status 为 on 时打开 LED，当 status 为 off 时关闭 LED。

# led.pyimport paho.mqtt.client as mqttimport RPi.GPIO as GPIOimport json# MQTT broker configbroker = '127.0.0.1'port = 1883topic = 'smartHomeHubs/led'def on_connect(client, userdata, flags, rc):    print("Connecting to the MQTT broker...")    if rc == 0:        print("Connection success")    else:        print("Connected with result code "+str(rc))    client.subscribe(topic)def on_message(client, userdata, msg):    payload = json.loads(msg.payload)    led_status = payload.get('status')    gpio_status = GPIO.input(4)    if led_status == 'on' and gpio_status == 0:        GPIO.output(4, True)        print('LED on')    elif led_status == 'off' and gpio_status == 1:        GPIO.output(4, False)        print('LED off')    else:        passdef run():    # connect MQTT broker    client = mqtt.Client()    client.on_connect = on_connect    client.on_message = on_message    client.connect(broker, 1883, 60)    # set Raspberry Pi GPIO pin    GPIO.setmode(GPIO.BCM)    GPIO.setwarnings(False)    GPIO.setup(4, GPIO.OUT)    try:        client.loop_forever()    except KeyboardInterrupt:        GPIO.cleanup()if __name__ == "__main__":    run()