Automação residencial open source

Automação residencial
extrema com open source
Jan Seidl
GDG Foz do Iguacu / Maio 2020

$ whoami
Jan Seidl
Infrastructure Security
Engineer
Background em ICS/SCADA
Viciado em robótica /
automação
Terrível piloto de drones
freestyle
Velho mas ainda inteirão

O que e domótica?
Domótica e um nome chique
para automação residencial.
Automação residencial e
(pasme) automatizar a sua
residência.
Tá vendo, já te ensinei
algo.

Não po, serio.
Ok ok. Eu diria que há duas
escolas:
● Os que se satisfazem
com controlar as coisas
pelo celular.
● Os que não.

Domótica nutella
Prós
● Plug and play
● Devices buscam compatibilidade
com os major players
● Suporte
Contras
● Engessado / Funcionalidade
limitada
● Dependente de Cloud / Conexão
com a internet
● Integração limitada
● Não eh exatamente “seu”

Domótica extrema
Prós
● Não se comunica com redes
externas
● Não requer conexão com a
internet
● Altamente customizável /
extensible
● “Smartificacao” de coisas
burras não Smart
● Você é dono das suas coisas
Contras
● Consome quantidades
não-saudáveis de tempo
● Estressante
● Possível ameaça ao casamento
feliz
● Possibilidade de transformar
sua casa em uma grande fogueira

Domótica nutella ou
Domótica extrema?
Primeiramente, qual seu
objetivo com a domótica?
● Set-and-forget?
● Experimentação?
● State-of-art?
● J.A.R.V.I.S?
● Skynet?
Voce
Domótica
Extrema
Domótica
Nutella

Domótica nutella ou
Domótica extrema?
Quão fundo e o seu
conhecimento técnico?
● Python
● Linux/Docker
● Hardware
● Redes (cabeadas,
wireless, RF protos)
● CAD / 3D Printing

A seguir veremos:
● Motivação
● Objetivos
● A jornada
Não te perdi ainda? Excelente!

● Sempre curti automação
● Evitar, contornar ou lembrar de minhas tarefas de casa
(casados, tamo junto!)
● Cansado de apertar botão manualmente como um selvagem
● Bragging rights
Motivação

● Reativo: A casa deve reagir a intenções (event-based)
● Performante: Tudo deve funcionar reliably e rápido
● Contido: Meus dados não devem ir a servidores externos
● Resiliente: Sistema deve seguir funcionando mesmo sem
internet
Objetivos

● Customizável: Sistema deve permitir customização dos
componentes
● Extensível: Sistema deve ser fácil de estender e integrar
com outras soluções
● Seguro: Sistema deve adotar práticas seguras
● Fail-safe: Quando o sistema falhe, devo manter controle
da casa
Objetivos (cont.)

Uff, eh larga, mas vamos lá!
Pega ai um drink.
Eu te espero.
A jornada

Esposa concorda em comprar um
Philips Hue Kit e um Google Mini.
Erro #1

Primeiros dias de relacionamento

WiFi
● Bastante
straightforward
● Polui a Suportado pela
rede local
● Sofre com a quantidade
de clientes ao redor
● Não requer gateway
● Consome muita energia
● Não adequado para
devices a bateria

Zigbee
Rede RF Mesh
Frequência: ~2.4GHz
Baseado no padrão IEEE
802.15.4
Mantido pela Zigbee Alliance
Excelente para devices a
bateria
Quem usa: Philips Hue,
Samsung SmartThings, Sengled

ZWave
Rede RF Mesh
Frequência: ~900mhz
Mantido pela Z-Wave Alliance
Excelente para devices a
bateria
Fechado / Restrito / $$$
Quem usa: Lutron Caseta, GE

Vantagens de protocolos RF vs WiFi
Devices WiFi em geral requerem integração específica
Zigbee e Z-Wave por serem standards, geralmente permitem
integração “simples” por um gateway / hub
Protocolos RF Mesh aumentam o range a cada device cabeado
Z-Wave (operando a 900mhz) não compete com seus outros
dispositivos WiFi 2.4GHz

IR / RF
Presente em devices
não-smart
Controle remotos de TV,
ventiladores, ar
condicionado
Campainhas sem-fio
Requer Blaster / Repetidor

Bluetooth & BLE
Comunicação curta-distância
Detecção de devices
iBeacons
BLE Tags

Integrando hubs / gateways com HA
● Zigbee2MQTT
● ZWave2MQTT
● SmartThings-MQTT-Bridge

Em busca de um smart home controller

Controllers
Proprietários
● Há bons produtos
● Extensível até certo ponto
● Cloud-connected em sua maioria
● Quem sabe o que roda lá dentro
Open-source
● Alguns players
● Diferente linguagens
● Diferente arquiteturas
● Capacidades semelhantes

Meu processo de decisão
1. Cumprir com todos/maioria dos meus objetivos definidos
2. Ter uma UI que não pareca feita por um programador
3. Ter uma comunidade ativa
4. Ser em uma linguagem respeitável confiável

Home Assistant
O smart home controller
que ganhou meu 💖

Muitas integrações oﬁciais criadas pela comunidade

Componentes custom
não-oficiais criados pela
comunidade
Community Store

Configuração por arquivos
YAML
Backup no GitHub
I keep mine private
#paranoid
Conﬁguration as code

E mais...
● Fórum ativo
● Bem documentado
● Comunidade grande, muitos recursos online
(blogs, twitter etc)
● Atende todos os tamanhos
○ Iniciante: Raspberry Pi
○ Intermediário: Other Linux boards better than RPi
○ Avançado: Intel NUC
○ Extremo: Servidor rack mount 💪

Primeiro “server”
Raspberry Pi 3 B+
Codename: Assassino de SD-card

Segundo “server”
Intel NUC i7 - 16GB RAM - EVO SSD
Codename: Pequeno Gigante

Voltando à questão inicial...

“Gastei toda essa grana
e tempo e ainda assim tenho
que acender minhas próprias luzes”

Responsáveis por medir
diferentes parâmetros do
ambiente:
● Temperatura
● Humidade
● Luz
● Movimento
● Distância
● Peso
● etc...
Permite reagir a valores e
ser pró-ativo.
Sensores

Sensores (cont)
Sensor de contato: Usado em
portas e janelas
primariamente
Seja criativo: gavetas,
armários, geladeira etc.
Sensor de vazamento: Útil
debaixo de pias, ou dentro
do chuveiro (detecção de
banho?!) ou perto de coisas
que vazam 🐟

Sensores de rede
Localizam dispositivos na
rede
● Ping
● NMap
● Integração com
equipamento de rede

MeisterSensor Mark I
Codinome: Foco Do Incêndio
● Microcontrolador
ESP8266
● Firmware: Código custom
● Montado em breadboard
● WiFi + MQTT
● Sensores:
○ PIR (Movimento)
○ DHT22 (Temp/Humid)
○ LDR (Luz)
Sensores DIY

ESPHome
Framework
Integra com Home Assistant
pela API
C -> YAML
Simplesmente, lindo!

E mais: OTA updates, gerenciamento centralizado...

Imediatamente deixando meu código custom
e migrando para ESP Home

Sensores DIY
@t_grote’s ESPHome node

MeisterSensor Mark II
Codenome: ColaQuenteFTW!
● Firmware: ESPHome
● Custom 3D Printed case
● Adiciona: Status LED (Neopixel)
Sensores DIY
https://synapselabs.io/posts/multisensors-with-esphome-on-homeassistant/

Pessoas fazendo #2 não se movem
Desaﬁo #1

MeisterSensor Mark II (Versão Banheiro)
Codenome: NoPoopInTheDark
● Adiciona: Ultrassom (Distância)
Sensores DIY

Pessoas dormidas se movem
Desaﬁo #2

Bed Sensor Mark I
Codinome: Impressionante Que Funciona
● Microcontrolador ESP32
● WiFI + MQTT
● Firmware: Código custom
● Soldas horríveis
● Vários cabos dupont conectados juntos
Sensores DIY

Bed Sensor Mark II
Codinome: Esposa Agradece
● WiFI + HA API
● Firmware: ESPHome
● Soldas honestas
● Cabos apropriados, conectores RJ11 /
keystone, placa custom (perfboard)
Sensores DIY
https://synapselabs.io/posts/bed-sensor-with-esphome-on-homeassistant/

Sensores DIY
https://synapselabs.io/posts/bed-sensor-with-esphome-on-homeassistant/

Responsáveis por atuar no
ambiente:
● Conectar / Desconectar
fornecimento de
eletricidade
● Mover mecanicamente
● Abrir / Fechar válvulas
● Enviar sinais
● etc...
Atuadores

Além de permitir ligar e
desligar coisas, há modelos
que reportam o consumo da
tomada.
Estes são ferramentas muito
úteis na Smartificacao de
devices estúpidos.
Smart Outlets

Seguindo o mesmo princípio,
também temos os Smart
Switches (interruptores).
Vão na mesma caixa elétrica
do seu interruptor normal.
Como os outlets, alguns
modelos também provém
medição de carga.
Smart Switches

Caso de estudo: Pseudo
Ar-Condicionado
Temperature Sensor + Smart
Outlet + Ventilador
Componente “Generic
Thermostat” do HA
Liga / Desliga o ventilador
automaticamente baseado na
temperatura configurada.
Smart Outlets

Caso de estudo: Smart
Aquário
Garante que componentes
vitais não sejam esquecidos
desligados
Alerta em caso de mal
funcionamento
Automatiza rotinas de
limpeza e alimentação
Smart Outlets

Smart Outlets /
Switches
Open-Source:
● Sonoff
● Tasmota / ESPHome
● Botões
● Fio elétrico
● Conectores
● Plano de saúde

Destranca / Tranca
Indica estado
(Destrancado/Trancado)
E isso!
Smart Locks

Open-Source:
● ESP8266
● Servo
● ESPHome
Smart Locks

Caso de estudo: Auto-trancar
a porta
Sensor de porta + Smart Lock
+ HA Input Boolean
Tranca a porta quando
detecta que mudou de estado
para OFF (Fechado)
Smart Locks

IR Blasters / Signal
Repeaters
Simulam controle remotos
(ambos infravermelho e via
RF)
Recomendado: Broadlink RM
Plus
Integração nativa com HA
Suporta ambos IR e RF
Suporte a modo aprendizagem

Repeaters
Open-Source:
● ESP8266
● IR LED
● ESPHome

Repeaters
Caso de estudo: TV
não-tão-smart
Mapeado: ON/OFF, Volume +/-
IR Blaster + Smart Outlet +
Roku

Caso de estudo: TV
não-tão-smart
TV burra exposta como
full-media device no HA
Controle total: Apps
[netflix, hulu etc], Volume,
ON/OFF
Feedback de estado: idle,
home, playing
Repeaters

Automações no HA
● Sintaxe de markup (YAML)
● Triggers -> Condições -> Ações
● Condições podem ser AND e OR
● Podem ser ligadas / desligadas
● Execuções são logadas
● Podem ser executados
manualmente

Presença Local vs Presença Global
Presença Global
Detecção de onde estão os
residentes em relação com a casa.
● GPS
● Presença de devices na rede
● Bluetooth
Presença Local
Detecção de onde estão os
residentes dentro casa.
● Sensores (diversos)
● Presença de devices na rede
● Bluetooth
● Mudança no estado de devices

Gerenciamento de
presença - Global
Quanto mais sensores, melhor
Trio ternura:
● GPS
● Bluetooth
● Rede
Malabares de fonte de
presença gerenciado pela
integração Better Presence.
https://github.com/helto4real/hassio-add-ons/tree/master/presence

Gerenciamento de
presença - Local
Problema interessante
Divisão de cômodos
Fontes de presença
Mantendo presença (Presence
Hold)
Timeouts, Intervalos

Gerenciamento de presença - Local
Fontes de presença
Mantendo presença (Presence Hold)
● Quais estados de devices podem
ser considerados quando um
humano este presente?
● Quanto tempo deve-se aguardar
antes de liberar a presença?
● Como prevenir que o estado mude
em situações indesejadas.

Fontes de presença
● Hall
● Cozinha
● Sala de jantar
● Sala de estar
● Quarto
● Banheiro do quarto
● Escritório
● Banheiro
● Pátio
● Entrada

Fontes de presença
● Sensores de movimento (PIR)
● Sensores de distância
● Sensores de peso
● Tocadores de mídia
● Presença de devices
○ Rede
○ Integração
○ Consumo de energia
● Porta aberta

Fontes de presença
● Previne a mudança do estado de
ocupação do cômodo
● Muitas fontes de presença podem
ser fontes de Presence Hold
● Pode ser ativado manualmente

Fontes de presença
● Clear Timeout: Tempo passado
desde que uma última fonte de
presença foi a OFF antes de
marcar o cômodo como Livre
● Diferentes cômodos requerem
diferentes clear timeouts
● Experimentação e a chave!
● Intervalos de atualização: se
algum evento de estado foi
perdido (por reboot por
exemplo), recheca todos os
sensores em um dado intervalo.

Meu primeiro
componente
Tentando resolver o
paradigma da presença

Room
● Migrando de uma série
de template sensors,
inputs e automações
para um único
componente
● Mantendo-se DRY
● Considera diferentes
estados como presença
● Timeouts configuráveis

Console principal: Tablet 10”

Celulares velhos
Permanentemente carregando
Suporte de carro
reaproveitado
Lockeado em modo Kiosk
somente com os controles do
cômodo configurado.
Controlado por MQTT
Console por cômodo

WallPanel
Open-Source
Android / iOS

Acesso Remoto
Fácil: Servico Nabu Casa
● Pago (Barato)
● Nenhuma alteração na rede interna
● Integração nativa no HA
Menos fácil:
● NAT no roteador
● DuckDNS
● Gerenciamento de certificados de SSL (Let’s Encrypt)

Backups
Local: Nativo
Cloud: Hass.io Google Drive Backup
Configuração: GitHub

Notiﬁcações & Conﬁrmações

Notiﬁcações
Via texto
● Telegram
● Google Hangouts
● Slack
● Twitter
● Discord
● Email (SMTP)
● Pushbullet
● Apple Push Notification Service
● AWS Lambda
Via voz
● Google Assistant (TTS)
● Alexa (Alexa Media Player)
○ Suporta perguntas!

Hardware
● All-in-one para consumidor
final não aguenta
○ Nem os top de linha gamer de
U$D 300+
● Investimento ($$$) em hardware
enterprise-level
○ Access Point
○ Switches
○ Router
○ Firewall
Open-source: HW Barebones +
PFSense/VyOS/etc
Proprietário: Varios players

Meu ninho de rato setup com Uniﬁ / NUC / Hue Bridge / Hubitat

Roborock S5 + Valetudo
FW
Modelo S5 suporta carregar
firmware custom
Desconecta o robô da nuvem
(e de se comunicar com o
fabricante)
Todas funcionalidades
intactas (exceto app
oficial)
Controle e sensoriamento por
MQTT

Síndrome de Velozes e Furiosos

“Condição onde um vê a oportunidade de aplicar LED strips em
todos lugares. Causada pelo uso de LED strips uma única vez,
a síndrome é facilmente tratada aplicando A olhada da morte,
500mg, diretamente no rosto do paciente.”
Organização Mundial da Saúde
Síndrome de Velozes e Furiosos

Fato divertido
Convertendo RGB to HSL

Magia negra over 9000
Sylvania/Sengled LED strips
usam HSL
Home Assistant usa RGB +
Temperatura de cor
Template sensor (Componente
HA) escuta mudanças do valor
RGB e réplica no HSL (e
vice-versa)

Hyperion
● Philips Ambilight-clone
● Projeto open source
● Usa light-strips LED enderecaveis por SPI (LPD6803,
LPD8806, APA102, and WS2801)
● Controlador: Raspberry Pi Zero W
● Requer soldagem, fontes de energia de alta-corrente 💀

Esposa engenheira altamente recomendado

Splitters, conversores, captura e Raspberry Pi
Bus 5V principal

LED Strip, injeção de power, trabalho de ﬁta-isolante proﬁssional

Wyze V2
Dafang-Hacks FW
Remove conexão com a cloud
Detecção de movimento
Streams RTSP e MJPEG
Controle e notificações por
MQTT

OctoPrint
● Monitoramento &
Controle
● Camera View
● Gráficos de temperatura
● Notificações (erro/fim)
● Automações

Le ﬁn
Jan Seidl @jseidl
🧠 synapselabs.io

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