RaspberryPi控制WiFi智慧開關

本篇文章將引導您使用 Raspberry Pi 控制 Sonoff WiFi 智慧開關。從硬體準備、韌體燒錄到網路設定，逐步說明如何將 Sonoff 連線到家用 WiFi 網路，並透過 MQTT 協定與 Raspberry Pi 進行通訊。此外，還會介紹如何使用 Node-RED 建立視覺化流程，簡化控制邏輯的設計，讓您無需撰寫程式碼即可輕鬆控制智慧開關。最後，將探討如何透過 MQTT 傳送指令控制 Sonoff 的開關狀態，並結合 Node-RED 建立更進階的自動化控制應用。

使用 Raspberry Pi 回應 WiFi 智慧開關

問題描述

您想要使用 WiFi 智慧開關與您的 Raspberry Pi 進行互動。

解決方案

將新的韌體（Tasmota）燒錄到低成本的 Sonoff WiFi 開關上，透過網頁介面進行組態，然後使用 MQTT 進行控制。 Sonoff 網頁開關（如圖 17-10 所示）提供了一種極低成本的方式，可以無線地開啟和關閉照明和其他電器。

所需材料

• Sonoff 網頁開關（見「模組」）
• 一排四個頭針（見「雜項」）
• 四個母對母跳線（見「原型設計裝置和套件」）
• 焊接裝置和焊料（見「原型設計裝置和套件」）

您還需要一個 Raspberry Pi 2 或更新版本，因為較早的 Raspberry Pi 無法在 3.3V 下提供足夠的電流來供應 Sonoff。

高電壓警告

使用 Sonoff 切換交流電（AC）需要將活線連線到 Sonoff 的螺絲端子。這是電工的工作，應該只由合格的電工進行。

步驟

1. 焊接頭針：在 Sonoff 的電路板上焊接一排四個頭針，位置如圖 17-11 所示。
2. 連線 Raspberry Pi：將 Sonoff 的頭針連線到 Raspberry Pi 的 GPIO 引腳，如下所示：

• Sonoff 3.3V 到 Raspberry Pi 3.3V
• Sonoff RXD 到 Raspberry Pi TXD
• Sonoff TXD 到 Raspberry Pi RXD
• Sonoff GND 到 Raspberry Pi GND

3. 下載 esptool：在 Raspberry Pi 上下載 esptool 軟體，使用以下命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install python-pip
pip install esptool

4. 燒錄韌體：使用 esptool 燒錄 Tasmota 韌體到 Sonoff 上。

注意事項

• 在將 Sonoff 連線到 AC 電源之前，請先燒錄新的韌體。
• 在連線 Sonoff 到 Raspberry Pi 時，請確保 Raspberry Pi 已經關閉，以避免意外重啟。
• 當 Sonoff 由 Raspberry Pi 供電時，可能會導致 Raspberry Pi 重啟。因此，請按照以下程式將 Sonoff 放入快閃記憶體模式，以避免意外重啟導致 SD 卡損壞。

組態 Sonoff WiFi 智慧開關

前言

在上一節中，我們成功地將 Tasmota 韌體燒錄到 Sonoff 智慧開關中。現在，讓我們進一步組態 Sonoff，使其成為一個真正的 WiFi 智慧開關。

步驟 1：連線 Sonoff 到 WiFi 網路

首先，確保您的 Sonoff 已經燒錄了 Tasmota 韌體，並且已經連線到您的 Raspberry Pi。然後，使用您的電腦或手機，連線到同一個 WiFi 網路。

步驟 2：設定 Sonoff 的 WiFi 連線

開啟您的網頁瀏覽器，輸入 Sonoff 的 IP 位址（通常是 192.168.0.1 或 192.168.1.1），然後按下 Enter 鍵。這將會開啟 Sonoff 的 Web 介面。

步驟 3：設定 Sonoff 的 WiFi 設定

在 Sonoff 的 Web 介面中，點選「設定」按鈕，然後選擇「WiFi 設定」。輸入您的 WiFi 網路的 SSID 和密碼，然後點選「儲存」按鈕。

步驟 4：設定 Sonoff 的 MQTT 連線

如果您想要使用 MQTT 協定來控制您的 Sonoff，您需要設定 Sonoff 的 MQTT 連線。點選「設定」按鈕，然後選擇「MQTT 設定」。輸入您的 MQTT 伺服器的 IP 位址和埠號，然後點選「儲存」按鈕。

步驟 5：測試 Sonoff 的功能

現在，讓我們測試 Sonoff 的功能。點選「控制」按鈕，然後選擇「開啟」或「關閉」來控制您的 Sonoff。如果一切正常，您應該可以看到 Sonoff 的 LED 燈亮起或熄滅。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[開始] --> B[連線 Sonoff 到 WiFi 網路]
    B --> C[設定 Sonoff 的 WiFi 連線]
    C --> D[設定 Sonoff 的 MQTT 連線]
    D --> E[測試 Sonoff 的功能]
    E --> F[結束]

內容解密：

以上步驟中，我們使用了 Tasmota 韌體來組態 Sonoff WiFi 智慧開關。Tasmota 是一個開源的韌體，允許您將您的 Sonoff 智慧開關連線到 WiFi 網路，並控制其功能。透過以上步驟，您可以輕鬆地將您的 Sonoff 連線到 WiFi 網路，並設定其 WiFi 和 MQTT 連線。

將 Sonoff WiFi 切換器連線到您的家用 WiFi 網路

問題

您需要將 Sonoff WiFi 切換器連線到您的家用 WiFi 網路。

解決方案

首先，使用 Recipe 17.4 將 Tasmota 韌體燒錄到您的 Sonoff 上。如果您已經在 Sonoff 上安裝了 Tasmota 韌體，並且它已經啟動，無論是使用 Raspberry Pi（Pi 2 或更新版本）的 3.3V 供電還是使用 AC 供電，您都可以使用玄貓組態 Sonoff。

在撰寫本文時，您無法使用 Raspberry Pi 進行此操作，因為連線後，無線存取點不會以與使用 Mac 或 Windows PC 相同的方式觸發歡迎頁面。因此，請在 PC 或 Mac 上，或甚至在您的智慧型手機上連線到名為 Sonoff-2500 的 WiFi 存取點（圖 17-14）。

圖 17-14. 將 Sonoff 連線到 WiFi 網路

您實際上有選項可以輸入兩個無線存取點的憑證。但假設您只有一個存取點，您可以使用頁面頂部的「掃描 WiFi 網路」鏈結，或者直接在 AP1 SSId 欄位中輸入您的存取點名稱，在 AP1 密碼欄位中輸入您的密碼，然後單擊「儲存」。

Sonoff 將重新啟動，如果您正確輸入了存取點憑證，它將重新啟動並連線到您的網路。

現在，您需要找到 Sonoff 的 IP 地址。Fing（適用於 Android 手機）或 Discovery（適用於 iOS）等工具可以幫助您完成此操作。如圖 17-15 所示，在我的情況下，Sonoff 被分配了 IP 地址 192.168.1.84。

圖 17-15. 查詢 Sonoff 的 IP 地址

討論

現在 Sonoff 已經連線到您的網路，它將改變模式，而不是執行整個存取點，而是執行一個網頁伺服器，您可以從中管理裝置。要連線到此網頁，請在任何連線到網路的機器上輸入 Sonoff 的 IP 地址到瀏覽器中。您應該會看到類別似於圖 17-16 的內容。

圖 17-16. Sonoff 的網頁

單擊「Toggle」按鈕以開啟和關閉 Sonoff 的 LED。如果 Sonoff 實際上是連線到您的房屋，而不是從您的 Raspberry Pi 供電，它將開啟和關閉它所連線的任何裝置。

參考

若要了解如何組態這些切換器以與 MQTT 和 Node-RED 配合使用，請參閱 Recipe 17.5。

使用 MQTT 的 Sonoff Web 切換器

問題

您想要使用 MQTT 控制已經燒錄了新韌體的 Sonoff Web 切換器。

解決方案

首先，確保您已經遵循 Recipe 17.3 和 Recipe 17.4 將新的韌體燒錄到您的 Sonoff 裝置並組態它以連線到您的 WiFi 網路。

要使用 MQTT 控制 Sonoff 切換器，您需要使用其網頁介面組態 Sonoff。將 Sonoff 的 IP 地址（請參閱 Recipe 17.4）輸入到您的瀏覽器中，然後單擊「Configuration」按鈕。這將開啟如圖 17-17 所示的選單。

圖 17-17. Sonoff Tasmota 組態選單

單擊「Configure MQTT」選項以開啟 MQTT 組態頁面，如圖 17-18 所示。

圖 17-18. Sonoff Tasmota MQTT 組態選單

這是組態 Sonoff 作為 MQTT 伺服器的使用者端並指定它將如何訂閱的位置，以便當我們發布命令（例如，開啟）時，它可以理解命令。

為此，您需要更改組態表單中的某些欄位：

Raspberry Pi 與 Sonoff 的 MQTT 連線設定

為了將 Sonoff 智慧開關連線到 Raspberry Pi 的 MQTT 伺服器，首先需要進行一些設定。這包括修改 Sonoff 的 Host 欄位為 Raspberry Pi 的 IP 地址，並設定 Client 欄位為「sonoff_1」，以便區分多個 Sonoff 裝置。由於 MQTT 伺服器尚未設定安全性，因此 User 和 Password 欄位可以留空。

設定 Sonoff

1. 修改 Host 欄位：將 Host 欄位設定為 Raspberry Pi 的 IP 地址，以便 Sonoff 可以連線到 MQTT 伺服器。
2. 設定 Client 欄位：設定 Client 欄位為「sonoff_1」，以便識別該 Sonoff 裝置。
3. 設定 Topic：設定 Topic 欄位為「sonoff_1」，以便與其他 Sonoff 裝置進行區分。
4. 儲存設定：點選「Save」以儲存變更，Sonoff 將會重新啟動以套用變更。

測試 MQTT 連線

可以使用 Terminal 來測試 MQTT 連線。輸入以下命令以開啟 Sonoff 的 LED：

mosquitto_pub -t cmnd/sonoff_1/power -m 1

輸入以下命令以關閉 Sonoff 的 LED：

mosquitto_pub -t cmnd/sonoff_1/power -m 0

如果以上命令無法正常運作，請新增 -d 選項以檢查 Mosquitto 客戶端是否連線到 MQTT 伺服器。

使用 Node-RED 控制 Sonoff

問題描述

您想要使用 Node-RED 來控制已經透過 MQTT 連線的 Sonoff 智慧開關。

解決方案

1. 完成 Recipe 17.5：按照 Recipe 17.5 中的步驟，將 Sonoff 連線到 MQTT 伺服器。
2. 建立 Node-RED 流程：建立一個新的 Node-RED 流程，並新增一個 MQTT 節點。
3. 設定 MQTT 節點：設定 MQTT 節點以連線到您的 MQTT 伺服器，並設定 Topic 欄位為「sonoff_1」。
4. 新增 Trigger 節點：新增兩個 Trigger 節點，分別用於開啟和關閉 Sonoff。
5. 設定 Trigger 節點：設定 Trigger 節點以在按下按鈕時開啟 Sonoff，並在 10 秒後自動關閉。
6. 佈署流程：佈署流程，並測試 Sonoff 是否可以正常開啟和關閉。

討論

這個食譜展示瞭如何使用 Node-RED 來控制 Sonoff 智慧開關，無需撰寫任何程式碼。Node-RED 提供了一個方便的方式來進行程式設計。

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• Recipe 17.7：Node-RED Dashboard

綜觀物聯網應用生態的蓬勃發展，使用低成本的 WiFi 智慧開關，例如 Sonoff 搭配 Raspberry Pi，已成為實作居家自動化的熱門方案。本文深入探討了從韌體燒錄、WiFi 組態到 MQTT 整合，最終以 Node-RED 實作控制的完整流程。從技術架構視角來看，Tasmota 韌體的開源特性為 Sonoff 開啟了無限可能性，MQTT 協定則扮演了橋樑角色，實作了裝置與 Raspberry Pi 的無縫溝通。然而，安全性議題仍是此方案的一大挑戰，未加密的 MQTT 通訊存在潛在風險。此外，Tasmota 韌體的版本更新與社群支援也需要持續關注。對於追求更高安全性和穩定性的使用者，可以考慮進一步整合更安全的 MQTT Broker 和更強大的自動化平臺。展望未來，隨著邊緣計算和 AI 技術的發展，預期未來智慧家居將更智慧化、個人化，而類別似 Sonoff 這樣的低成本裝置，將在更廣泛的物聯網應用場景中扮演重要角色。對於想要入門智慧家居的使用者，本文提供的逐步教學將是極佳的起點，並可作為未來更進階應用的基礎。玄貓認為，此方案兼具成本效益和技術彈性，值得想要探索智慧家居的使用者深入研究。