Control Your Home with Raspberry Pi E-Book

Koen Vervloesem

• Herausgeber: Elektor International Media
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Englisch
• Veröffentlichungsjahr: 2020

Seitenzahl: 472

Beschreibung

Ever since the Raspberry Pi was introduced, it has been used by enthusiasts to automate their homes. The Raspberry Pi is a powerful computer in a small package, with lots of interfacing options to control various devices. This book shows you how you can automate your home with a Raspberry Pi. You'll learn how to use various wireless protocols for home automation, such as Bluetooth, 433.92 MHz radio waves, Z-Wave, and Zigbee. Soon you'll automate your home with Python, Node-RED, and Home Assistant, and you'll even be able to speak to your home automation system. All this is done securely, with a modular system, completely open-source, without relying on third-party services. You're in control of your home, and no one else. At the end of this book, you can install and configure your Raspberry Pi as a highly flexible home automation gateway for protocols of your choice, and link various services with MQTT to make it your own system. This DIY (do it yourself) approach is a bit more laborious than just installing an off-the-shelf home automation system, but in the process, you can learn a lot, and in the end, you know exactly what's running your house and how to tweak it. This is why you were interested in the Raspberry Pi in the first place, right? - Turn your Raspberry Pi into a reliable gateway for various home automation protocols. - Make your home automation setup reproducible with Docker Compose. Secure all your network communication with TLS. - Create a video surveillance system for your home. - Automate your home with Python, Node-RED, Home Assistant and AppDaemon. - Securely access your home automation dashboard from remote locations. - Use fully offline voice commands in your own language.

Leseprobe

Control Your Home with Raspberry Pi

●

an Elektor Publication

Koen Vervloesem

●This is an Elektor Publication. Elektor is the media brand of Elektor International Media B.V.78 York StreetLondon W1H 1DP, UKPhone: (+44) (0)20 7692 8344© Elektor International Media BV 2020First published in the United Kingdom 2020

●All rights reserved. No part of this book may be reproduced in any material form, including photocopying, or storing in any medium by electronic means and whether or not transiently or incidentally to some other use of this publication, without the written permission of the copyright holder except in accordance with the provisions of the Copyright, Designs and Patents Act 1988 or under the terms of a licence issued by the Copyright Licensing Agency Ltd, 90 Tottenham Court Road, London, England W1P 9HE. Applications for the copyright holder's written permission to reproduce any part of this publication should be addressed to the publishers. The publishers have used their best efforts in ensuring the correctness of the information contained in this book. They do not assume, and hereby disclaim, any liability to any party for any loss or damage caused by errors or omissions in this book, whether such errors or omissions result from negligence, accident or any other cause.

●British Library Cataloguing in Publication DataCatalogue record for this book is available from the British Library

●ISBN 978-1-907920-94-3

●EISBN 978-3-89576-383-0

●EPUB 978-3-89576-382-3

Prepress production: DMC ¦ daverid.comPrinted in the Netherlands by Wilco

Images and logos used in this book are courtesy of Material Design Icons, Cisco, and the Raspberry Pi Foundation

Elektor is part of EIM, the world's leading source of essential technical information and electronics products for pro engineers, electronics designers, and the companies seeking to engage them. Each day, our international team develops and delivers high-quality content - via a variety of media channels (e.g., magazines, video, digital media, and social media) in several languages - relating to electronics design and DIY electronics. www.elektor.com

Table of Contents

●5

Table of Contents

• Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Chapter 1 • Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.1 • What is home automation?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.2 • Why use a Raspberry Pi as a home automation gateway?. . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3 • The properties of a good home automation system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3.1 • Secure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.3.2 • Modular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.3.3 • Open-Source. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3.4 • Self-sufficient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 • How to use this book. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Chapter 2 • The Raspberry Pi as a home automation gateway. . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.1 • Which Raspberry Pi models are suitable for home automation?. . . . . . . . . . . . . 27

2.2 • Requirements for a reliable home automation gateway. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3 • Installing Raspberry Pi OS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.4 • Setting up network connectivity with Ethernet or Wi-Fi. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.1 • Ethernet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.4.2 • Wi-Fi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4.3 • Setting a fixed IP address. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.5 • Remote access using SSH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5.1 • Enabling the SSH server. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5.2 • Connecting with the SSH client. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.6 • Basic setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.7 • The tmux terminal multiplexer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.7.1 • The basics of tmux: windows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.7.2 • Working with tmux sessions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.7.3 • Seeing more at the same time with panes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.7.4 • Copying and pasting text. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.8 • Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.8.1 • Virtual environments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.8.2 • Package requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.9 • Docker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.9.1 • Installing Docker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.9.2 • Installing Docker Compose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Control Your Home with Raspberry Pi

●6

2.9.3 • Creating a Docker Compose YAML file. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.10 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Chapter 3 • Secure your home automation system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1 • Some general computer security principles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.2 • Isolate your home automation devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2.1 • Physical isolation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2.2 • VLANs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.2.3 • Firewalls. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3 • User management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.3.1 • Permissions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.3.2 • Passwords. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3.3 • Lifecycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4 • Encryption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4.1 • Your threat model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.4.2 • TLS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.4.3 • Setting up your own CA with mkcert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.4.4 • Creating a CA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.4.5 • Creating and signing a certificate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.4.6 • Keeping your root CA key secure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.5 • Keeping your software up-to-date. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.5.1 • Update apt packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.5.2 • Update Docker images. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.5.3 • Update pip packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.5.4 • Update manually installed packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.5.5 • Update your home automation devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.6 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Chapter 4 • MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.1 • What is MQTT?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.1.1 • Central intermediary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.1.2 • Hierarchical names. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.1.3 • Using wildcards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.2 • Installing and configuring the Mosquitto MQTT broker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4.2.1 • A basic Mosquitto setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4.2.2 • Testing your setup with the Mosquitto clients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Table of Contents

●7

4.2.3 • A secure Mosquitto setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4.2.4 • Testing your secure setup with the Mosquitto clients. . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.2.5 • Default options for Mosquitto clients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.3 • Using graphical MQTT clients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.3.1 • MQTT.fx. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.3.2 • MQTT Explorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.4 • Using MQTT in Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.5 • Direct communication between other containers and Mosquitto. . . . . . . . . . . 100

4.6 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Chapter 5 • TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.1 • Wake other network devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.2 • Remote control with SSH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

5.2.1 Run commands on other devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.2.2 • Secure passwordless logins using SSH keys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.3 • Collecting information from devices using SNMP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5.3.1 • Walking through the MIB tree. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

5.3.2 • Collecting your router's version using SNMP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.3.3 • Collecting your printer's ink levels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5.4 • Using devices with a HTTP/REST API. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

5.4.1 • Setting up a Shelly device for secure remote control. . . . . . . . . . . . . . . 117

5.4.2 • Using Shelly's HTTP API with curl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

5.4.3 • Using the HTTP API in Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.5 • Creating a video surveillance system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.5.1 • Turn your Raspberry Pi into an IP camera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

5.5.2 • Turn your Raspberry Pi into a camera controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.5.3 • Viewing your remote cameras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.5.4 • Motion detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

5.5.5 • Notifications on motion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

5.6 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Chapter 6 • Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.1 • An introduction to Bluetooth Low Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.1.1 • Broadcasting data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.1.2 • Connecting to services. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

6.2 • Enabling Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.3 • Investigating Bluetooth Low Energy devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.3.1 • Scanning for Bluetooth Low Energy devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Control Your Home with Raspberry Pi

●8

6.3.2 • Dumping raw Bluetooth broadcast data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

6.3.3 • Discovering device characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.3.4 • Reading device characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.4 • Reading BLE sensor values in Python. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.4.1 • RuuviTag Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.4.2 • Miflora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.5 • Relaying Bluetooth sensor values with bt-mqtt-gateway. . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.5.1 • Configuring bt-mqtt-gateway. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.5.2 • Running bt-mqtt-gateway. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.6 • Presence detection with Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

6.6.1 • Presence detection with monitor.sh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

6.6.2 • Configuring and running monitor.sh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

6.6.3 • Trigger arrival and departure scans in monitor.sh. . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6.7 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Chapter 7 • 433.92 MHz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

7.1 • 433.92 MHz protocols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

7.2 • Hardware requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

7.2.1 • Receiver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

7.2.2 • Antenna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.3 • Receiving sensor values with rtl_433. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

7.3.1 • Installing rtl_433toMQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

7.3.2 • Configuring rtl_433. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

7.4 • Publishing 433.92 MHz sensor values to MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

7.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Chapter 8 • Z-Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

8.1 • An introduction to Z-Wave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

8.1.1 • The specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

8.1.2 • How does Z-Wave work?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

8.2 • Choosing a Z-Wave transceiver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

8.2.1 • Transceiver on the GPIO header: RaZberry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

8.2.2 • USB Transceiver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

8.3 • OpenZWave and Zwave2Mqtt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

8.3.1 • Installing Zwave2Mqtt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

8.3.2 • Configuring Zwave2Mqtt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.3.3 • Using the Zwave2Mqtt Control Panel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Table of Contents

●9

8.4 • Using your Z-Wave devices with MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

8.4.1 • Reading sensor values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

8.4.2 • Controlling switches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

8.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Chapter 9 • Zigbee. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

9.1 • An introduction to Zigbee. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

9.1.1 • The specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

9.1.2 • How does Zigbee work?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

9.2 • Creating a Zigbee transceiver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

9.2.1 • Connect the downloader cable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

9.2.2 • Install the flashing software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

9.2.3 • Flash the firmware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

9.3 • Zigbee2mqtt and Zigbee2MqttAssistant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

9.3.1 • Connecting the CC2531. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

9.3.2 • Installing Zigbee2mqtt and Zigbee2MqttAssistant. . . . . . . . . . . . . . . . . 195

9.3.3 • Configuring Zigbee2mqtt and Zigbee2MqttAssistant. . . . . . . . . . . . . . . 196

9.3.4 • Using Zigbee2MqttAssistant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

9.4 • Using our Zigbee devices with MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

9.4.1 • Reading sensor values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

9.4.2 • Controlling switches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

9.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Chapter 10 • Automating your home. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

10.1 • Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

10.1.1 • Installing Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

10.1.2 • Adding authentication to Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

10.1.3 • Using Node-RED over HTTPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

10.1.4 • Creating Node-RED flows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

10.1.5 • Installing extra nodes in Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

10.1.6 • Creating a dashboard in Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

10.2 • Home Assistant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

10.2.1 • Installing Home Assistant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

10.2.2 • Integrating MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

10.2.3 • Creating automation rules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

10.3 • AppDaemon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Control Your Home with Raspberry Pi

●10

10.3.1 • Installing AppDaemon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

10.3.2 • Creating an AppDaemon app with MQTT: the time. . . . . . . . . . . . . . . 229

10.3.3 • Creating an AppDaemon app with MQTT: garage door alert. . . . . . . . . 231

10.4 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Chapter 11 • Notifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

11.1 • Forwarding local email. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

11.1.1 • Installing Nullmailer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

11.1.2 • Testing Nullmailer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

11.1.3 • Using Nullmailer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

11.2 • Forwarding emails from Docker containers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

11.2.1 • Installing docker-postfix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

11.2.2 • Sending emails to docker-postfix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

11.3 • Push notifications with Gotify. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

11.3.1 • Installing the Gotify server. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

11.3.2 • Adding applications to Gotify. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

11.3.3 • Using Gotify applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

11.3.4 • Using Gotify clients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

11.4 • Notifications on receiving MQTT messages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

11.4.1 • Installing mqttwarn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

11.4.2 • Sending emails with mqttwarn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

11.4.3 • Transforming and filtering payloads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

11.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Chapter 12 • Voice control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

12.1 • A basic Rhasspy setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

12.1.1 • Hardware requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

12.1.2 • Configure audio hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

12.1.3 • Installing Rhasspy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

12.1.4 • Rhasspy's settings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

12.1.5 • Configuring audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

12.1.6 • Configuring the wake word. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

12.1.7 • Configuring text to speech. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

12.1.8 • Configuring speech to text. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

12.1.9 • Configuring intent recognition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

12.1.10 • Configuring dialogue management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

Table of Contents

●11

12.1.11 • Testing your Rhasspy setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

12.2 • A Rhasspy base with satellites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

12.2.1 • Hardware requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

12.2.2 • Setting up the satellites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

12.2.3 • Setting up the base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

12.2.4 • Testing your base and satellites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

12.2.5 • Enable UDP audio streaming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

12.3 • Train your sentences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

12.3.1 • Rhasspy's template language. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

12.3.2 • Slots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

12.4 • Intent handling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

12.4.1 • Intent handling with MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

12.4.2 • Intent handling with AppDaemon and MQTT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

12.4.3 • Intent handling with WebSocket in Node-RED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

12.5 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Chapter 13 • Remote access. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

13.1 • Three ways for remote access. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

13.1.1 • Port forwarding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

13.1.2 • A localhost tunneling solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

13.1.3 • A virtual private network (VPN). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

13.2 • Updating your dynamic DNS with ddclient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

13.3 • Running WireGuard on your Raspberry Pi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

13.3.1 • Installing PiVPN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

13.3.2 • Adding a VPN client. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

13.3.3 • Connecting with a VPN client. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

13.3.4 • Managing your VPN clients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

13.4 • Summary and further exploration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

Chapter 14 • Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

14.1 • A dashboard for all your services. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

14.2 • More about home automation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

• Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

15.1 • Getting the name and ID of a serial device. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

15.2 • Switching USB ports. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

15.3 • Disabling the onboard radio chips. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

15.3.1 • Disabling onboard Bluetooth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314