智能家居场景中,我们通过架设自己的 Zigbee 网关,可以将米家的 Zigbee 设备轻松接入 ThingsCloud。借助 ThingsCloud 平台的内置应用和开放性,我们可以在很多行业项目和应用场景中灵活自如的发挥 Zigbee 无线设备的优势。例如:楼宇办公、温室大棚、小型仓库、环境监测、工业控制等一些非家居场景。 

01.

开源项目 Zigbee2MQTT

这里要用到开源项目 Zigbee2MQTT ,它采用 NodeJS 编写,可以运行在 Linux/Windows 下,详细的搭建过程这里略过,官网有详细的介绍。

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Zigbee2MQTT 支持的 Zigbee 设备多大2000多种。

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通常来说,搭建 Zigbee2MQTT 网关需要以下硬件:

  • Linux 小型主机,可通过 WiFi/以太网/4G 连接互联网,支持 USB 接口。我们这里以树莓派为例。
  • Zigbee 适配器,支持 USB 或以太网接口。采用 CC25xx 或 CC26xx 的 Zigbee 芯片。CC26xx 具有更远的传输距离和更好的稳定性。

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树莓派 4B + USB Zigbee 适配器

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树莓派 Zero + USB Zigbee 适配器

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02.

Zigbee 的优势

Zigbee 无线设备的主要优势包括:

  • 低功耗:例如小米温湿度传感器使用 3V 纽扣锂电池,可以续航长达一年多时间。
  • 低延迟:设备响应速度快,从睡眠状态切换到工作状态通常仅需要 15ms,节点访问网络仅需要 30ms,从而进一步节省了电量。
  • 容量大:Zigbee 可以采用星状,片状和网状的网络结构,最多可以形成 65000 个节点的大型网络。
  • 低成本:Zigbee 协议免专利费,且市面上支持 Zigbee 标准协议的传感器、灯、开关、电源等产品非常多,价格低廉。仅 Zigbee2MQTT 支持的设备就有超过 2000 多种,包括小米、绿米、宜家、飞利浦等。

03.

Zigbee 接入 ThingsCloud

Zigbee2MQTT 网关准备好后,我们来重点介绍 ThingsCloud 平台的接入和应用,对于其它 Zigbee 网关的接入同样具有参考意义。 

创建项目

打开 ThingsCloud 控制台,如果还没有创建项目,先创建一个项目。

创建设备类型

为了定义网关设备的功能,我们需要先创建一个设备类型,这里可以直接使用我们已经发布的模板,创建类型时选择产品类型,输入产品 ID:7892219658。如下图:

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这样会自动生成一些规则,用来解析网关和子设备的消息,直接使用即可。

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同时还有自动生成的自定义数据流,支持 Zigbee2MQTT 的 MQTT 主题。

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注册网关设备

接下来,我们注册一个网关设备,绑定到刚创建的设备类型下。进入设备>连接,可以看到设备证书和 MQTT 连接地址,稍后会用到。

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编辑 Zigbee2MQTT 配置

接下来配置 Zigbee2MQTT,以默认安装路径为例,打开配置文件:

nano /opt/zigbee2mqtt/data/configuration.yaml

需要注意的几点:

  • base_topic:必须修改为 data/zigbee2mqtt
  • server:修改为从网关设备页面复制的 MQTT 接入点完整地址,例如 mqtt://xxx.iot-api.com:1883
  • user:修改为从网关设备页面复制的 AccessToken
  • password:修改为从网关设备页面复制的 ProjectKey
  • homeassistant:设置为 false
  • permit_join:当需要添加子设备时,设置为 true

保存配置文件,重启 Zigbee2MQTT,网关设备连接成功,会上报网关的基本信息。

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创建子设备

所有 Zigbee 设备都是网关的子设备,我们以温湿度传感器为例,创建一个子设备类型。然后在该类型下创建多个温湿度传感器设备。

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添加子设备到网关上

最后,进入网关设备的子设备管理列表,将创建好的多个子设备添加到网关下,并且设置子设备地址。

子设备地址可以有两种方式找到:

  • 在 Zigbee2MQTT 的本地日志中,可以找到类似 data/zigbee2mqtt/0xXXXXXXXXXXXXXXXX 的主题,这里的 0xXXXXXXXXXXXXXXXX 就是子设备地址。
  • 或者在 ThingsCloud 网关设备的调试消息历史中,查看自定义上报消息的详情,也可以找到如上设备地址。

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配置子设备地址后,就可以立即看到传感器上报的数据被网关设备转发到了子设备,子设备显示在线状态。

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04.

在 ThingsCloud 查看设备数据

在 ThingsCloud 控制台进入不同的子设备,可以看到 Zigbee 设备的当前属性数据。

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进入设备页面,对于数值型属性,直接点击属性面板上的历史数据图标,即可打开历史数据曲线图。

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05.

远程控制设备

一些 Zigbee 设备具备控制功能,例如小米智能电源,可以从云平台下发指令控制电源开关,从而控制使用市电的设备,相当于继电器。 

在智能电源设备类型中定义开关量属性,并且使用设备云端共享的属性类型,这样该属性既可以由智能电源上报,也可以通过控制台、App 或调用 API 下发给设备。

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在设备调试消息中,可以看到下发的 JSON 指令,同时设备更新状态后会立即上报一条最新 JSON 属性数据。从消息时间可见,Zigbee 的传输延迟非常低。

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06.

可视化大屏

通过不同的看板组件,可以将不同设备的不同属性,以可视化的形式呈现出来。

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07.

移动App展示

到目前为止,我们已经通过 ThingsCloud 获取所有 Zigbee 子设备的状态数据,并可以对一些设备下发实时控制指令。

接下来,我们来为生成用户 App 做一些准备,对于不同的设备类型,我们编辑相应的 App 设备面板。

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对设备类型完成 App 界面设计后,我们来创建用户应用,即可获得支持多个移动平台的用户 App,如下图:

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