在树莓派上搭建智能家居网关

智能家居系统利用大量的物联网设备（如温湿度传感器、安防系统、照明系统）实时监控家庭内部状态，完成智能调节、人机互动。随着物联网技术的发展，其应用范围、数据规模、市场份额将进一步扩大，智能家居设备之间的智能联动也将变的越来越困难，同时由于家庭数据的隐私性，用户数据上传至云端处理还有一定的安全问题。

为此我们将使用 Raspberry Pi + EMQ X Edge + EMQ X Kuiper 搭建智能家居网关，实现智能家居设备数据的边缘计算处理，减少家庭私密数据外流。

本文中我们将用 BH1750FVI 光照强度传感器采集家庭光照强度数据，使用 EMQ X Kuiper 对光照强度数据进行分析和处理，并依据预先定义的数据规则对 LED 灯进行相应的控制。

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.py
import json
import time

import smbus
from paho.mqtt import