自制 Homekit 和 Alexa “智能家居”设备

Sat, Oct 22, 2016

注：本文最初写于2016年10月22日，那次做的是HomeKit的设备，后来这个BeagleBone被用来干其他的事情了。今天（2018年3月22日）比较有空，决定把这个声控小灯恢复，这次用了Amazon Alexa，使用暑假买的Amazon Echo Dot控制，过程添加在文末。

整个尝试起源于我想躺在床上看纸质轻小说：开学前在 Kindle 里放了 6 本，然后又跑到朝阳门买了 5 本纸质的，结果 Kindle 里的两周就看完了，纸质的到现在才看了 ¹⁄₆ 本。问题被归结到床上照明不好，看纸质书比较累，于是我决定在床边装个 24 小时可以亮的灯。

现有的设备有床底下的蓄电池、Beaglebone、一个宜家的 USB 小灯（没开关）。我最初的想法是把小灯接到 Beaglebone 上，Beaglebone 本身就接着蓄电池以保证 24 小时供电（用于寝室和实验室之间的 VPN），然后只要控制 Beaglebone 的 USB 口输出就控制了灯。这个事情马上就做完了，记录在这篇文章。

然后考虑如何加强一下易用性：每次都 ssh 上去输行命令开关灯显然太麻烦了，一个成熟的方法是写一个简单的网页，然后手机访问它来控制，但是操作还是有点慢。要是能整合进 Apple Homekit，让手机、手表都能直接开关，还能用 Siri 控制，那就爽了。

Apple Homekit，很可惜，不对个人开发者开放，只开放给拥有 MFi 认证的厂商。好在 Homekit 出来有一段时间了，该做的反向工程都有人做完了，并把结果放了出来。GitHub 上就有几个类似的项目，比如我采用的 HAP-NodeJS：它是一个 Homekit Accessory Server，可以用于创建任何种类的 Homekit Accessory。下面是我使用它自制 Homekit Compatible 床头灯的过程。值得一提的是这个 project 的依赖管理做的不是特别好，直接 npm install 之后有相当概率出各种错，这里的过程只是我在 Archlinux 上把它跑起来并实用的过程。

安装 HAP-NodeJS

这是个 node.js 项目，但是仅仅 npm install 完全无法解决其依赖问题。

首先安装 avahi 并启动之。

pacman -S avahi
systemctl restart dbus
systemctl daemon-reload
systemctl start avahi
systemctl enable avahi

然后安装编译 node.js 包需要的依赖

pacman -S python2
npm install -g node-gyp

然后把源码 clone 下载，并尝试安装依赖

git clone [email protected]:KhaosT/HAP-NodeJS.git
npm install

我在 npm install 完之后貌似没有装好所有依赖，还补充了这三个

npm install mdns
npm install libxmljs
npm install ed25519

全装好以后，可以运行了。运行的时候会报一些 warning，查了下 export 某个环境变量可以 supress 掉，所以我暂时没管。

node Core.js

这个时候打开 Home App 并尝试配对，已经可以看到一堆设备了。

编写设备脚本

我把床头灯的脚本放到 GitHub 上了。

HAP-NodeJS 的设备脚本非常容易写，只要有个例子，稍微改一下就可以用了。在 HAP-NodeJS 提供的灯的脚本基础上，我做了这些修改（变量名都懒得改了，还是 “FAKE”）：

var cmd_on = "sudo devmem2 0x47401c60 b 0x01";
var cmd_off = "sudo devmem2 0x47401c60 b 0x00";
setPowerOn: function(on) { 
    if (on) {
        exec(cmd_on, function(error, stdout, stderr) {
            console.log("Turning on");
            FAKE_LIGHT.powerOn = true;
        });
    }
    else {
        exec(cmd_off, function(error, stdout, stderr) {
            console.log("Turning off");
            FAKE_LIGHT.powerOn = false;
        });
    }
},

这段定义了当灯被要求开启时，server 该做什么（往 GPIO 口写从而给 USB 口通电）。顺便注释掉了后面调亮度的函数，因为没法调。同时也把 expose 调亮度功能给外界的那段删了。

light.username = "1A:2B:3C:4D:5E:6F";
light.pincode = "123-45-678";

light
  .getService(Service.AccessoryInformation)
  .setCharacteristic(Characteristic.Manufacturer, "Lei Yang")
  .setCharacteristic(Characteristic.Model, "Rev-1")
  .setCharacteristic(Characteristic.SerialNumber, "A1S2NASF88EW");

这里设置灯的 PIN code，配对的时候要输入的八位数码。还有一些简单的信息。

light
  .addService(Service.Lightbulb, "Bed Light") // services exposed to the user should have "names" like "Fake Light" for us
  .getCharacteristic(Characteristic.On)
  .on('set', function(value, callback) {
    FAKE_LIGHT.setPowerOn(value);
    callback(); // Our fake Light is synchronous - this value has been successfully set
  });

这段实际上创建了一个灯设备（抽象为 Service），并命名为 Bed Light。当它捕获到 iPhone 发来的开关信号时，就调用之前定义的 setPowerOn 函数。很合理。

light
  .getService(Service.Lightbulb)
  .getCharacteristic(Characteristic.On)
  .on('get', function(callback) {
    var err = null; 
    var check_cmd = "sudo devmem2 0x47401c60";
    exec(check_cmd, function(error, stdout, stderr) {
        if (stdout.indexOf("0x117916697") > -1) { 
            console.log("Are we on? Yes.");
            callback(err, true);
        }
        else {
            console.log("Are we on? No.");
            callback(err, false);
        }
    });
});

这段用于检查并返回灯的状态。本来是直接无脑返回 cache 的状态，但这样健壮性未免太差了。所以这里改成用 devmem2 检查 GPIO 口状态（USB 有没有通电）并返回。

至此，这个设备就完全可用了。现在只需要 node Core.js 并配对就可以啦！从 Siri 和 Home App 操作都没问题，也可以把 iPad 放在寝室做 Remote Access Server 提供远程控制。

Amazon Alexa

原来的HomeKit小灯因为BeagleBone被我拆走干别的事情而停用了一段时间。今天把BeagleBone重新刷了OS，决定把这个声控小灯恢复。之前HomeKit小灯的设置过程比较痛苦，最主要的原因就是它用了node.js。我的BeagleBone Black只有512M内存，而一个npm install是可以轻松用掉2G的（npm实在是太垃圾了，真不知道JS community怎么想的）。正好暑假买了一个Echo Dot，正愁没地方用，于是决定做一个和Alexa兼容的。

Echo出来这么久，早就有人实现了和它兼容的smart home device bridge。不过这个是个Python 2的程序，我正准备帮他改成Python 3的。

搭建过程非常方便，首先确保有Python 2、pip，然后Echo和板子在同一个广播域内。然后clone那个project并用pip安装所有依赖。Project里提供了一个example，第30行就是用来处理Echo发来的控制命令的。只要把它改成开关灯的code就可以了。另外，第27行设定了这个设备使用的名字和端口。这个名字就是之后向Echo说话时指代这个设备用的，可以改掉。

配对过程也非常方便。和Echo说“discover my devices”，大概10秒就配对成功啦！