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extrema com open source
Jan Seidl
GDG Foz do Iguacu / Maio 2020
$ whoami
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Infrastructure Security
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Domótica extrema
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Domótica nutella ou
Domótica extrema?
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● Linux/Docker
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● Redes (cabeadas,
wireless, RF protos)
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A seguir veremos:
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● 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
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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
Minha primeira vez 😏
Black Friday, 2018
Esposa concorda em comprar um
Philips Hue Kit e um Google Mini.
Erro #1
Primeiros dias de relacionamento
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Protocolos de comunicação
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straightforward
● Polui a Suportado pela
rede local
● Sofre com a quantidade
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Rede RF Mesh
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Excelente para devices a
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Quem usa: Philips Hue,
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Rede RF Mesh
Frequência: ~900mhz
Mantido pela Z-Wave Alliance
Excelente para devices a
bateria
Fechado / Restrito / $$$
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BLE Tags
Hubs / Gateways
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Versão HW proprietário
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● Zigbee2MQTT
● ZWave2MQTT
● SmartThings-MQTT-Bridge
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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”
Sensores
Atuadores
Sensores
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
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
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MeisterSensor Mark II (Versão Banheiro)
Codenome: NoPoopInTheDark
● Adiciona: Ultrassom (Distância)
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Pessoas dormidas se movem
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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
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● Firmware: ESPHome
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Sensores DIY
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Atuadores
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.
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Smart Switches
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Temperature Sensor + Smart
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Componente “Generic
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Liga / Desliga o ventilador
automaticamente baseado na
temperatura configurada.
Smart Outlets
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vitais não sejam esquecidos
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Automatiza rotinas de
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Smart Outlets
Smart Outlets /
Switches
Open-Source:
● Sonoff
● Tasmota / ESPHome
● Botões
● Fio elétrico
● Conectores
● Plano de saúde
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Indica estado
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E isso!
Smart Locks
Open-Source:
● ESP8266
● Servo
● ESPHome
Smart Locks
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Smart Locks
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IR Blasters / Signal
Repeaters
Open-Source:
● ESP8266
● IR LED
● ESPHome
IR Blasters / Signal
Repeaters
Caso de estudo: TV
não-tão-smart
Mapeado: ON/OFF, Volume +/-
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Caso de estudo: TV
não-tão-smart
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IR Blasters / Signal
Repeaters
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● Bluetooth
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Problema interessante
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Gerenciamento de presença - Local
Problema interessante
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Gerenciamento de presença - Local
Problema interessante
Divisão de cômodos
Fontes de presença
Mantendo presença (Presence Hold)
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Fontes de presença
Mantendo presença (Presence Hold)
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Acesso Remoto
Acesso Remoto
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Backups
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Notificações
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● Telegram
● Google Hangouts
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● Discord
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Via voz
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Notificações (cont)
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U$D 300+
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Jan Seidl @jseidl
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Automação Residencial Extrema com Opensource

  • 1. Automação residencial extrema com open source Jan Seidl GDG Foz do Iguacu / Maio 2020
  • 2. $ whoami Jan Seidl Infrastructure Security Engineer Background em ICS/SCADA Viciado em robótica / automação Terrível piloto de drones freestyle Velho mas ainda inteirão
  • 4. 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.
  • 5. Não po, serio. Ok ok. Eu diria que há duas escolas: ● Os que se satisfazem com controlar as coisas pelo celular. ● Os que não.
  • 7. 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”
  • 9. 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
  • 10. 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
  • 11. Domótica nutella ou Domótica extrema? Quão fundo e o seu conhecimento técnico? ● Python ● Linux/Docker ● Hardware ● Redes (cabeadas, wireless, RF protos) ● CAD / 3D Printing
  • 12. A seguir veremos: ● Motivação ● Objetivos ● A jornada Não te perdi ainda? Excelente!
  • 13. ● 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
  • 14. ● 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
  • 15. ● 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.)
  • 16. Uff, eh larga, mas vamos lá! Pega ai um drink. Eu te espero. A jornada
  • 19. Esposa concorda em comprar um Philips Hue Kit e um Google Mini. Erro #1
  • 20. Primeiros dias de relacionamento
  • 22.
  • 24. 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
  • 25. 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
  • 26. ZWave Rede RF Mesh Frequência: ~900mhz Mantido pela Z-Wave Alliance Excelente para devices a bateria Fechado / Restrito / $$$ Quem usa: Lutron Caseta, GE
  • 27. 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
  • 28. IR / RF Presente em devices não-smart Controle remotos de TV, ventiladores, ar condicionado Campainhas sem-fio Requer Blaster / Repetidor
  • 29. Bluetooth & BLE Comunicação curta-distância Detecção de devices iBeacons BLE Tags
  • 30.
  • 34. Integrando hubs / gateways com HA ● Zigbee2MQTT ● ZWave2MQTT ● SmartThings-MQTT-Bridge
  • 35. Em busca de um smart home controller
  • 36. 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
  • 37. 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
  • 38. Home Assistant O smart home controller que ganhou meu 💖
  • 39. Muitas integrações oficiais criadas pela comunidade
  • 40. Componentes custom não-oficiais criados pela comunidade Community Store
  • 41. Configuração por arquivos YAML Backup no GitHub I keep mine private #paranoid Configuration as code
  • 42. 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 💪
  • 43. Primeiro “server” Raspberry Pi 3 B+ Codename: Assassino de SD-card
  • 44. Segundo “server” Intel NUC i7 - 16GB RAM - EVO SSD Codename: Pequeno Gigante
  • 45. Voltando à questão inicial...
  • 46. “Gastei toda essa grana e tempo e ainda assim tenho que acender minhas próprias luzes”
  • 49. Responsáveis por medir diferentes parâmetros do ambiente: ● Temperatura ● Humidade ● Luz ● Movimento ● Distância ● Peso ● etc... Permite reagir a valores e ser pró-ativo. Sensores
  • 50. 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 🐟
  • 51. Sensores de rede Localizam dispositivos na rede ● Ping ● NMap ● Integração com equipamento de rede
  • 52. 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
  • 54. ESPHome Framework Integra com Home Assistant pela API C -> YAML Simplesmente, lindo!
  • 55. E mais: OTA updates, gerenciamento centralizado...
  • 56. Imediatamente deixando meu código custom e migrando para ESP Home
  • 58. 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/
  • 59.
  • 60. Pessoas fazendo #2 não se movem Desafio #1
  • 61. MeisterSensor Mark II (Versão Banheiro) Codenome: NoPoopInTheDark ● Adiciona: Ultrassom (Distância) Sensores DIY
  • 62. Pessoas dormidas se movem Desafio #2
  • 63. Bed Sensor Mark I Codinome: Impressionante Que Funciona ● Microcontrolador ESP32 ● WiFI + MQTT ● Firmware: Código custom ● Soldas horríveis ● Vários cabos dupont conectados juntos Sensores DIY
  • 64. 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/
  • 66.
  • 68. Responsáveis por atuar no ambiente: ● Conectar / Desconectar fornecimento de eletricidade ● Mover mecanicamente ● Abrir / Fechar válvulas ● Enviar sinais ● etc... Atuadores
  • 69. 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
  • 70. 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
  • 71. 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
  • 72. 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
  • 73. Smart Outlets / Switches Open-Source: ● Sonoff ● Tasmota / ESPHome ● Botões ● Fio elétrico ● Conectores ● Plano de saúde
  • 74. Destranca / Tranca Indica estado (Destrancado/Trancado) E isso! Smart Locks
  • 75.
  • 77. 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
  • 78. 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
  • 79. IR Blasters / Signal Repeaters Open-Source: ● ESP8266 ● IR LED ● ESPHome
  • 80. IR Blasters / Signal Repeaters Caso de estudo: TV não-tão-smart Mapeado: ON/OFF, Volume +/- IR Blaster + Smart Outlet + Roku
  • 81. 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 IR Blasters / Signal Repeaters
  • 83. 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
  • 85. 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
  • 86. 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
  • 87. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos
  • 88. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos ● 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.
  • 89. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos ● Hall ● Cozinha ● Sala de jantar ● Sala de estar ● Quarto ● Banheiro do quarto ● Escritório ● Banheiro ● Pátio ● Entrada
  • 90. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos ● Sensores de movimento (PIR) ● Sensores de distância ● Sensores de peso ● Tocadores de mídia ● Presença de devices ○ Rede ○ Integração ○ Consumo de energia ● Porta aberta
  • 91. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos ● Previne a mudança do estado de ocupação do cômodo ● Muitas fontes de presença podem ser fontes de Presence Hold ● Pode ser ativado manualmente
  • 92. Gerenciamento de presença - Local Problema interessante Divisão de cômodos Fontes de presença Mantendo presença (Presence Hold) Timeouts, Intervalos ● 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.
  • 93. Meu primeiro componente Tentando resolver o paradigma da presença
  • 94. 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
  • 97. 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
  • 100. 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)
  • 102. Backups Local: Nativo Cloud: Hass.io Google Drive Backup Configuração: GitHub
  • 104. 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!
  • 106.
  • 108. 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
  • 109. Meu ninho de rato setup com Unifi / NUC / Hue Bridge / Hubitat
  • 110. Foi todo um processo...
  • 112. Divisão de redes em VLANs
  • 113.
  • 116. 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
  • 117. Síndrome de Velozes e Furiosos
  • 118. “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
  • 122. 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)
  • 124.
  • 125. 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 💀
  • 127. Splitters, conversores, captura e Raspberry Pi Bus 5V principal
  • 128. LED Strip, injeção de power, trabalho de fita-isolante profissional
  • 129.
  • 131. Wyze V2 Dafang-Hacks FW Remove conexão com a cloud Detecção de movimento Streams RTSP e MJPEG Controle e notificações por MQTT
  • 132. Impressora 3D / Octoprint
  • 133. OctoPrint ● Monitoramento & Controle ● Camera View ● Gráficos de temperatura ● Notificações (erro/fim) ● Automações
  • 134. Le fin Jan Seidl @jseidl 🧠 synapselabs.io