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智能家居连不上家里WiFi?有点抽象了

省流:加密协议需要使用WPA2,不能WPA2/3或者WPA3 最近给家里换了米家的BE6500 PRO后,家里的智能家居开始变得抽象了。虽然国行的WiFi-7设备目前来说都是残血的,仅有一个随时规避雷达信号的5GHz 160MHz,但新协议的新特性怎么说也不是完全没用(虽然我手头暂时真的没有WiFi7的设备及网卡就是了 家里的小米微波炉突然掉线了,死活连不上。空气净化器也开始闪WiFi标志了……是新协议的兼容性问题?如果是的话其他电器为什么还连着呢?按理来说米家的路由器和米家的设备应该是最搭配的才对。 随着深入的实验发现,罪魁祸首竟然是加密方式。我知道WPA3有很多新特性非常值得我们去使用:更高的安全性(甚至对弱密码都有加强保护),基本上能够防止爆破了。此外,WPA2也确实被破解了,只是大部分情况下还是安全的。

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很多人以为智能家居,就是把家电连到手机上

我之前在一家智能家居设备公司呆了一年多。虽然我当时的主要工作是做偏市场的,不过因为老板知道我非常热爱技术,所以公司的所有技术文档也对我开放分享。而且我经常偷听硬件、结构和软件工程师们开会时在说什么:因为是初创公司,所以他们就在办公室里说。而我的座位是在我们老板旁边的,所以他与所有工程师的几乎所有对话我都能听到。

我来电子工程专辑第一个参加的活动就是 Silicon Labs 的,那次恰好也是在展会上,我就去 Silicon Labs 展位逛了逛。发现在应用场景展示部分,赫然出现前公司的智能家居产品,当时看见还蛮开心——这大概也算是个缘分吧。

如何定义智能家居?

在这家智能家居公司,我感觉我学到最多的,是对智能家居的理解。很多人以为,智能家居就是把家电,比如灯泡、电饭煲、空调、新风系统什么的接进网络,然后手机可以远程控制。我们老板不是个懂得市场宣传的人,但我很清晰地了解到,他对智能家居产品的理解是:你把一盏灯连到手机上,不管你是 WiFi、Zigbee 还是别的什么,然后用手机来远程开关灯——这件事是非常反人类的。

科技本身在用户层面的最佳体现,就是让你感觉不到科技的存在,同时又让你觉得你离不开它,而不是时刻提醒你:我这个东西很高级的哟!最典型的例子就是苹果对指纹识别在手机领域的普及,Touch ID 主体上需要 Secure Enclave、电容指纹识别传感器,以及操作系统层面的三方配合。几方配合实现的是一种技术的无感,你把手贴上去,跟按下普通 Home 按键一样,手机就解锁了,全过程非常符合直觉,就好像根本不存在这项技术一样。但 Touch ID 实际解决的包括了 Biometric Credential 的加密与存储机制(以及全盘数据加密),指纹识别过程的极佳体验(体现在高识别率、容差也比较大),以及具体的应用场景。这几个实现起来其实都不容易,都需要花很多的时间。但在用户看来,这东西就跟不存在一样,与此同时也离不开了。

三星在 Galaxy S4 时代就这部分是失败的,一方面那时的 Android 甚至都还欠缺对 Trustzone 硬件的支持(可能已经支持,这部分可以追溯到 Galaxy Nexus),另一方面滑动式的指纹识别存在感太强了,而且容差很小,识别成功率低。这种东西一定是失败的。

手机 app 开关灯这件事的离奇就在于,我明明每天回家,摸到门边的实体开关就能开关灯,我为什么要解锁手机、找到控制 app,然后在菜单中找到那盏灯,再点一下。这就是它反人类的地方,一套流程下来明明就比直接按个开关复杂太多了。

但其实讲真的,就市场上实际的应用来看,还是有大量的开发人员和初创企业在做这件事:即便是以他们认为更科学的方式,变来变去都不过是手机远程控制这回事。这件事的存在感太强了,每次点开 app 都仿佛反复跟用户强调:我这是个智能设备,你看,手机都成中枢遥控器了。小米有个床头灯是蓝牙连接手机的,除了买来时我用手机 app 试了下开关操作,以及尝试定时操作,其余任何时候,我都不会用手机去操控这盏床头灯。

这是我本人的手没错,好看吗?

以前 Jawbone 公司还很火的时候,他们的 CEO 提过一个很有趣的理念。当时所有的智能家居还在争论说,到底什么东西是智能家居的入口:手机?电视?还是什么插头、路由器之类的。Jawbone 当时就说:智能家居的入口肯定是可穿戴设备啊!什么意思呢?其实他具体指的是生物特征计量设备(不管是植入式的,还是可穿戴),比如可以监测你的心率啊、血氧含量啊各种乱七八糟的。

因为这些生命特征可以表达你当前的状态,比如你可能觉得太热了,你紧张了,你累了。这个时候根据这样的数据去智能调控家居设备的状态,比如背景音乐、空调温度。那么这时,Jawbone 就成为智能家居的“入口”了。

这个观点当然是为了 Jawbone 赚钱才提出来的,而且我觉得也不一定对。但至少它说对了一点,那就是智能家居应该是“主动”去理解人的,人是“被动”去体验智能的。而不是说,我现在要开灯或者电饭煲,我就把手机拿出来,找半天远程控制开关在哪里——甚至我还要对着机器喊一句:嘿开灯。这是反人类和倒退的…

越来越多的企业能够意识到这一点,比如前一阵去日本千叶参加 CEATEC,旭化成展台展示的就是这种“被动”体验,它的核心就在“传感器”上。比如传统摄像头通过一些算法来检测主人的脉搏,并且通过毫米波雷达来检测主人的动作,可以去理解这个时刻主人是个什么状态。再举一些实际特别简单的例子:门窗磁传感器——智能家居的组成部分,是在你回家推门的时候就让玄关亮灯。这是个非常简单的场景。再比如说红外检测——如果你用几个红外检测传感器(甚至在普通开关中集成的方式),就能很轻易实现《黑镜》里面那种我在家里,走到哪里,灯就开到哪里,并且我走过的地方还自动灭灯,这种操作。

如果传感器做组合的话,能够达成的自动化效果还是相当多样的。比如主动实现对“离家”场景的识别,就是门窗磁传感器检测到关门,与此同时,红外传感器检测到一个你从玄关某一侧经过的路径,那么这个场景基本就可以判定你已经离开家了——而且这个离家场景的识别方式特别经济。

当然,这种场景识别还有别的实现方式。苹果的 HomeKit 在基础软件层面充分利用了手机的特性,比如说基于手机 GPS 来给你定位。在你快到家的时候,就给你开启家里的空调(或者在你快到家的时候提醒你买牛奶);或者发现你不在家超过 20 分钟了,就自动把家里的灯都关了,而不需要你自己去主动触发一个场景。

地理围栏可以自动关灯

在“智能家居”这一类场景内,很多走在马路上的老百姓都觉得这些离我们十分遥远,实现起来太难了——事实上却根本不是这样的。他们为什么有这种错觉?大众对于智能家居的理解真的就在“远程遥控”这个程度,去年我爸妈给我家装灯,然后特地嘱咐我说,儿子啊,现在你在家,晚上睡前可以不用下地去关客厅的灯了,因为咱现在有遥控器了。然后就把一个实体的遥控器递给我,毕竟我自己床头柜有一把遥控器。

这件事其实是反人类的,对“睡眠”这个动作的识别,原本就应该由传感器或现代科技去完成。甚至我觉得说一句“嘿 Siri,晚安。”然后由 HomeKit 来关灯,这件事情仍是反人类的,这些东西不应该我们去做。

而实际上,实现一整套我所说的这些方案,真的不贵,而且也不是什么尖端技术。它只是需要开发者去把某些东西做到位,并且教育市场,我能做到什么。

小米有个感应夜灯,特别简单的一个东西,50 块钱。它不能联网,不能接入手机。但它内置了红外探头,你晚上经过的时候它会亮大概几十秒,之后自动熄灭。这东西当然仍然是不够智能的,但我觉得特别方便,我买了好几个贴在我家客厅里。它不是让我喊一声,或者还要开个手机 app 去开关灯。

说个比较有趣的实现方式,前公司的具体产品有一款叫“感应开关”。从外形来看,感应开关就是个大号的按钮——用很多人爱说的,它是“可编程开关”,你可以设定按下它,执行什么操作,比如按一下,家里的灯统统灭掉,那么我就可以把它放在床头,它本质上就是个遥控器;但它内部还集成了两枚红外线探头、温度传感器、照度检测传感器。

所以它某些具体的应用可以是这样的:当它发现家里太暗,而且你还经过的时候,就自动把某几盏灯打开;折返时自动关灯。所以堆砌传感器,总是有效的方案,这个场景说起来似乎没什么,但真正使用后就会觉得完全离不开,以后家里开关灯这件事根本就不需要我去处理。

声音是智能家居的最好选择吗?

这家智能家居公司在我离开时,已经着手做 AI 了。除了我前面提到的这些应用场景都能完成——但他们毕竟还是需要你去设定规则,比如 IF 门窗磁传感器==关 & 红外传感器==从左到右移动,THEN 触发离家场景。这东西还是需要你自己去设定规则,但当AI加入的时候,去学习你的使用习惯。你每天回家,第一件事情就是开某个家电:那我就知道你需要这个东西;以及,在你离家前你究竟做了些什么,那么我们自动去生成一些规则。

所以 AI+IoT 就智能家居,就是实现某种对科技的无感,以及未来你离不开这些实际上并不复杂(或可能非常复杂)的科技。

最后一点,用户是最终端的部分。他们接触的是产品、软件(app)。产品和软件,如果在开发时尽责的话,应该让它们对用户隐藏细节。你为什么要让用户知道,你的智能家居“入口”是什么,你有个 Hub 或者你构建了一个多么高明的生态来完成这一切?这很奇怪。

这就好像,任何一个层级之间相互脱藕,是信息技术行业原本的特点:我做高级语言开发,我不需要去关心你 MCU 怎么为我实现这一切的;或者我做 app,需要用到你的 AI/ML 硬件资源,我理应不需要知道你怎么充分调动算力的/怎么抑制存储子系统带宽瓶颈的,那是你的工作。这和用户不需要知道,你的智能家居如何组建网络,如何连接 hub,如何与云互通,是一样的。

而目前,我上面所说的这些功能,智能家居都可以实现了,普罗大众却都还不知道,很大程度上就是源于开发者都没有尽责去“脱藕”:用户要花 20 分钟研究我怎么把这个灯泡,连接到 Zigbee 网关,你这个产品就足够失败。当然,这个问题的解决,大概可能需要更多层级来共同配合解决。还有市场教育或许还没到那一步,以及也可能是“智能家居”设备销售的切入点,或许应该是房地产商,而未必是终端用户:因为他们可能真的不大想去折腾。房地产商在卖房子的时候,就让这套智能家居的部署,与用户之间实现了脱藕。

这个时候,我们回过头来看看,你把电扇、灯泡什么的连到手机上,做个 app 就把产品上市了,还宣称我这个是智能的,这件事就会显得十分滑稽。这是我从前公司学到的一件事,我们老板就反复强调过,这事儿不靠谱。所谓的“易用性”,“易用性”这一点听起来特别官方和冠冕堂皇,其本质就是如何完成脱藕,以及用人类直觉和习惯的方式来完成操作、部署的过程。产品真的做好了“易用性”,那就是大牛了。

智能家居?米家全家桶,Yes!

现在家庭装修基本都会考虑要不要装智能家居,但是考虑到成本和安装使用难度,许多人又只能放弃。所以,这里分享一下我家两年前装修时,选择米家智能家居方案的考量和实际安装情况。

一、主要需求

智能家居主要包括:无线网络覆盖、灯光场景模式、背景音乐系统、传感器与设备联动、语音控制、远程控制、电动窗帘和晾衣架、智能门锁。

我家装修后主要是爸妈居住,所以考虑更多的是他们使用的便利程度。这就要求日常使用要稳定不能时不时需要维护,而且使用要简单方便、逻辑直接,控制界面学习难度尽可能低。此外,老妈提出了以后如灯光模式要可以编辑调整的需求,老爸提出了要有背景音乐播放系统的需求,而我自己则是认为要有远程监控家里设备运行的功能,方便我在外地帮助爸妈解决使用中遇到的问题。

综合以上情况,我家的主要需求包括:

  • 千兆内网传输和无线网络 5GHz 信号全覆盖
  • 灯光场景编辑控制,其中实体开关要可以控制场景
  • 背景音乐系统
  • 环境传感器与设备联动
  • 语音和远程控制,其中语音控制不能只依靠手机
  • 电动窗帘、晾衣架,其中晾衣架不需要设备联动
  • 智能门锁、猫眼
  • 预留 NAS 的设备空间
  • 床底要预留扫地机器人进入清扫的高度
  • 各空间除阳台外要无障碍通行不设置门槛,方便未来轮椅的通行,也方便扫地机器人清扫

此外,我家还增加了水管净水和直饮水的需求。

二、方案选择

作为苹果全家桶家庭,最初想到的是 HomeKit 方案。但是支持 HomeKit 的智能家居设备选择余地很少,而且大多数价格高昂。这时候支持 HomeKit 的绿米 Aqara 设备进入了我的视线,这类设备价格适中,且同时支持苹果的 HomeKit 和米家,能发挥苹果家庭 App 操作简单直观(特别是灯光控制方面如下图)和米家 App 功能多样两种优势。

苹果家庭 App 上我家的设备

米家的智能家居很多人都听说过,但是毕竟小米带给很多人的印象还是廉价和手机的印象。特别是在父母辈的眼中,就会有想法:这个东西靠不靠谱、是不是容易坏、坏了怎么办?因为我们是新小区,所以基本上楼上楼下都是同一时间装修的,互相参考一下装修方案是常有的。于是好多邻居看到我家准备装智能家居就觉得自己家里也要搞,所以大家也有差不多的疑虑。

有比较早完成装修的邻居家采用了智能家居厂家提供的一体化解决方案,由厂家负责设计、安装。我家装修前专门去了邻市的几个装修市场考察行情(都在向全国的客户供货,应该比较有代表性),一整套解决方案报价在3-5万元不等,不包括灯的费用,只是线路和控制设备的价格,而别墅之类的就直接十万以上了。

此外,这类设备的可替换性和定制便利度不足。很多设置是写死了不能改的,比如想更换设计新的灯光场景模式,要么得加钱,要么每次换都要找他们来调整。其次是像灯光控制面板、开关这种都是定制的,如果坏了(不能觉得短时间内不会坏就没关系),更换就需要专门联系发货再让安装师傅上门,一来一去就会花很多时间。

而米家就不一样了,自己手机上也能操作编辑,老妈早就用得很熟练了,遇到麻烦我也可以远程在手机上帮忙搞定。如果设备坏了或者想增加一些设备,不急就网上下单,包邮区送货还是很及时的。更何况附近商场就有一家小米的门店,常规的智能开关面板、插座都有货,十分方便。

不过,这不能否定这种一体化智能家居解决方案。智能家居现在很多方案还不太完善,即使如米家这类也开始提供类似设计、安装的服务,这对于一般家庭来说无疑降低了使用的门槛。

三、设计与施工

其实我家主要的智能家居设计工作在于灯路的搭配和无线网络的覆盖,而这两部分归根结底就是强电与弱电的设计施工问题。

1. 无线网络

智能家居联网的设备就会很多,从目前我家的使用情况看平时就有将近15个设备在线,节假日高峰就可能有20个。那么,确保这些设备稳定联网就十分必要了。

首先,弱电柜不再采用传统的嵌入墙壁式弱电箱,这种嵌入式的信息箱无法提供足够的空间放置光猫、路由器、交换机等设备。我们选择在进门的地方预留一个多层的柜子用于放置相关设备,多余的空间可以放置五金工具箱,所有的网线也都在这里汇聚到交换机上。

弱电柜(网上找的示意图)

光猫只负责光信号转换成网络信号,这个 之前的文章 已提及,这里不再赘述。因为网线线路众多,所以路由器的出口就不够用了,需要一台交换机,我家选择了 TP-LINK TL-SG1218P。因为使用无线 AP 发射网络信号,记得选择带有 PoE 功能的交换机,因为需要给无线 AP 供电,而路由器就可以选择使用有线路由器了。不过我家搬家前就在用华硕的 AC86U 路由器,运行十分稳定,搬家后就不更换了。另外,也可以选择 TP-LINK 的有线路由器 + 交换机 + AC 控制器一体机,这样可以少买几个设备。

无线 AP 主要有墙壁面板型和吸顶型两种,根据网上的反馈,面板型的覆盖范围比较有限、容易坏。所以全部采用了吸顶型的,直接放在中央空调的进风口里面(预先网线在天花板布线),墙壁上安装普通的网络面板提供给需要有线连接的电视机等设备。品牌选择上,TP-LINK 算是家用领域比较常见的品牌,不过据说稳定性稍显不足。因为主要是爸妈使用,还是尽量以稳定为主,就选择了稍贵的 Ubnt Unifi UAP-AC-LR 搭配同品牌的 AC 控制器 Ubnt Cloud Key(可以远程监控网络运行)。

网络拓扑图

网线的布线以多多益善为原则,尽量每个房间最少有两路网线,这样一路可以连接智能电视,另外的可以连接机顶盒等设备。主要是让能够有线连接的都接上网线,网络更加稳定。没错,我家电视基本上都联网观看了,有线电视已经好几年没开通了。不过对于我提出的不布置有线电视线路的方案,老爸还是觉得略显激进,最后就只安排了一路通往他们的卧室(虽然大概率是不会用的)。

全家都是用了 iCloud+ 共享空间备份手机资料,爸妈看电视也都是流媒体为主,下载再观看的需求不大。所以家里暂时没有 NAS 之类的需求,不过已经在前面提到的弱电柜预留了 NAS 位置。

2. 灯光控制

米家 Aqara 的灯光开关在设计时主要的思路就是将原本灯光的双控或多控开关改成一个有线开关控制物理上的灯路开闭,另外的无线开关遥控这个有线开关。

依照这种思路,其实电线都可以只布置单控的线路。但是考虑到目前智能家居产品标准不统一,未来十年内我家没有大的装修计划,那么如果未来开始出现新的智能家居方案标准,这种激进的施工方案会给调整更换带来麻烦。所以,最后决定灯路电线的设计施工上按照原本的多控模式,用一个有线开关配合多个无线开关遥控的方案。对于已经装修好的家庭,这也是一种便捷的使用智能家居的方法。

Aqara 的无线开关可以贴墙安装在普通的 86 型开关底盒上。Aqara 的有线开关面板建议选用零火线版本,单火线版本主要是给家中装修比较早没有在开关盒中预埋零线而准备的,现在装修施工请一定记得无论是插座还是开关都要预埋零线。另外,可以将有线开关其中的一个或多个按键转换为无线遥控使用,所以如果一下子算不清楚、搭配不明白每种要买几个,也可以全买有线的开关(当然价格更高)。

调整后的灯路图(局部)

本来打算是在装修公司设计的灯路图上修改后交给设计师重新绘图的,但是设计师看完就疯了,表示你这样画出来了就没必要再出图了,电工师傅也表示照着施工能看明白。其实电工师傅对于第一次安装这种智能开关还是有点疑虑的,怕搞不来。所以安装那天我亲自拿着贴纸在底盒上标注这个安装哪种面板,师傅照着装就行了。安装开关和普通传统的开关没什么区别,甚至因为有部分开关用了无线的,所以可以少接一部分的灯线。

3. 背景音乐系统

我爸想要背景音乐系统,这个我是拒绝的,因为实在找不到可以融入米家系统的设备。播放音乐可以选择小爱音响、客厅的电视机,音效也可以了(反正我家都不是什么发烧友),实在追求高一点可以买 HomePod 嘛,不过谁让老爸需求强烈呢,只能寻找可行的方案了。

在某宝和某东多番查找比较后,选择了向往 HOPE M8S 背景音乐主机搭配 4 个吸顶 750 喇叭。背景音乐主机安装在电视机边上,用来控制喇叭播放音乐,因为算是一个安卓平板,曲库还是很容易获取的。主机可以连接电视机等外部设备,这样也可以播放外部音源。

商家提供的安装图示

唯一比较麻烦的是语音控制,因为米家小爱同学语音控制是无法接入控制背景音乐主机的。如果需要语音控制,可以加钱买另外支持的主机,但依然不支持小爱,而是另外的语音助手。本来就已经同时用 Siri 和小爱同学进行语音控制(因为 Aqara 的网关同时可以接入 HoneKit 和米家),再来一个背景音乐的语音助手,就造成多种系统并存了没必要。想听歌但是不想手动操作主机面板,要么手机蓝牙连接到背景音乐主机上,要么喊一声让小爱同学播放音乐,也不是不能用。

4. 智能联动

要想多个设备智能联动,首先需要一个网关将使用 Zigbee 和蓝牙等信号的开关、插座等设备连接起来接入网络,而小爱音响、扫地机器人这类直接插电的设备是直接接入 Wi-Fi 的。Aqara 现在的网关功能还挺丰富的,基本上把 Zigbee、蓝牙、红外等多信号的设备都可以用一个网关连接了,不过如果范围大尽量多布置几个网关,让设备就近连接到附近的网关上,保证连接质量。

虽然 Aqara 有支持同时接入 HomeKit 和米家的网关,不代表直接可以用 HomeKit 远程控制家中的设备了。HomeKit 在没有家庭中枢设备的情况下,只有当 iPhone、iPad 或 Mac 设备与网关处于同一局域网的情况下,才可以控制网关下面的设备。想要远程控制(离开家里的局域网),就需要一台家庭中枢设备联网放置于家中,满足要求的家庭中枢有:Apple TV、iPad、HomePod。我家是放了一台 Apple TV 4K 在客厅作为家庭中枢,目前使用体验良好,离家后要联入控制家中灯光反应速度还是不错的。

家庭中枢设置

联动除了设置不同的场景模式以外,依据不同的环境状态执行不同的场景模式,就需要各种传感器了。我家主要安装了:人体传感器、门窗传感器、烟雾报警器、天然气报警器(需要预留电路)、水浸传感器,后三者安装在厨房保证安全。

5. 窗帘晾衣架门锁

电动窗帘可以 Aqara 自己的窗帘电机,这样就可以无缝接入米家。不过 Aqara 的电机和轨道价格偏高,杜亚品牌的窗帘电机和轨道倒是口碑不错。但是杜亚的电机遥控器使用的是 443 MHz 的射频信号,想接入米家就需要万能的某宝了。某宝上有一种信号转换器,可以将射频信号转换成红外信号,让小米的红外万能遥控器接收信号。这样就可以在米家上对收到红外信号设置不同的场景,实现远程或者语音控制窗帘开合。

我家虽然选择的是电动的晾衣架,但是没有选择支持米家的设备。因为主要用户老妈表示用不到,晾衣服、收衣服的时候已经站在衣架边上了,按一下遥控器更方便,也没什么远程控制升降的需求。其实晾衣架遥控器也是用射频信号控制的,同样可以用上面提到的信号转换器转换信号后接入米家,这样语音和远程控制也可以实现。

智能门锁主要的需求是指纹解锁、NFC 卡解锁、手机蓝牙解锁、发放临时密码解锁,而且作为安装在入户门上的锁,颜值也是必不可少的。经过挑选,我家选择了支持米家的鹿客 S30 Pro,搭配同品牌的猫眼。就在准备网上下单时,我发现家附近有线下门店在销售这款产品,而且通过他们渠道不仅包安装售后,价格也比线上便宜。于是,在与老板讨价还价后成功拿到了十分优惠的价格,顺便告诉老板他名片上的微信号印错了(笑)。

6. 净水过滤

前面提到的都是强弱电的设计安装,现在越来越多的家庭装修时在水的方面也更重视了。在浏览过许多“什么值得买”上的经验分享以后,就和老爸探讨并设计了我家的净水系统。

设计的水路

没有采用软水机是因为我家这边水质硬度不高,而软水机占用面积大,水路需要将生活用水和饮用水单独分离,过于复杂。图中的过滤瓶在最后施工时也取消了,生活用水通过前置过滤已经足够,饮用水有 RO 净水机搭配管线机即可。这些设备品牌选择余地就特别大了,随便选一个都差不多。

需要注意的是,前置过滤器安装除了要考虑入户时的水压大小,最好在水表后面设计两个并行的水路,一路安装前置过滤器(前后各安装一个阀门方便冲洗过滤器),一路只安装阀门(平时此路阀门常闭)。这样即使前置过滤器坏了(如漏水),也可以直接关闭这一路而使用备用的水路,不会影响日常使用。

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