Đèn thông minh, camera an ninh, cảm biến và loa hoạt động tốt hơn nhiều khi chúng hoạt động cùng nhau thay vì dưới dạng các ứng dụng riêng biệt. Trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi cho phép bạn kết hợp mọi thứ vào một nơi và điều khiển nó từ điện thoại, trình duyệt hoặc trợ lý giọng nói.
Trong hướng dẫn này, bạn tìm hiểu cách xây dựng trung tâm nhà thông minh của riêng mình bằng Raspberry Pi bằng cách sử dụng các công cụ hiện đại như Home Assistant OS, Zigbee và khóa Z-Wave cũng như các công cụ tự động hóa cục bộ. Bạn thiết lập phần cứng, cài đặt phần mềm, thêm thiết bị và bảo mật hệ thống của mình để hệ thống luôn hoạt động nhanh và đáng tin cậy theo thời gian.
Cho dù bạn muốn thiết lập ánh sáng và bộ điều nhiệt đơn giản hay một trung tâm tự động hóa nhà Raspberry Pi đầy đủ, bạn đều phải làm theo các bước cốt lõi tương tự. Bạn chỉ cần phần cứng cơ bản, một chút kiên nhẫn và sẵn sàng mày mò.
Trung tâm nhà thông minh là gì?
Trung tâm nhà thông minh đóng vai trò là bộ não của hệ thống tự động hóa nhà bạn. Nó nằm trên mạng của bạn, giao tiếp với các thiết bị thông minh của bạn và giữ mọi thứ đồng bộ hóa để đèn, cảm biến, ổ khóa và công tắc phản hồi với các kích hoạt và cảnh.
Thay vì mở các ứng dụng riêng biệt cho từng thương hiệu, bạn kết nối thiết bị với trung tâm và điều khiển chúng từ một trang tổng quan. Sau đó, bạn có thể xây dựng các quy trình như cảnh”Chúc ngủ ngon”để tắt đèn, khóa cửa và bật cảm biến chuyển động chỉ bằng một lần nhấn.
Với một trung tâm chạy cục bộ trên Raspberry Pi, bạn có thể tự động hóa ở nhà thay vì trên đám mây. Thiết lập đó cải thiện quyền riêng tư, giảm độ trễ và giúp các hành động quan trọng hoạt động ngay cả khi kết nối Internet của bạn bị rớt.
Tại sao nên sử dụng Raspberry Pi làm trung tâm của bạn?
Raspberry Pi hoạt động hoàn hảo như cốt lõi của trung tâm nhà thông minh DIY vì nó nhỏ, yên tĩnh và tiết kiệm năng lượng trong khi cung cấp đủ năng lượng để chạy toàn bộ ngăn xếp tự động hóa.
Các bo mạch Raspberry Pi 4 và 5 hiện đại xử lý Trợ lý gia đình, cơ sở dữ liệu, bảng điều khiển và các tiện ích bổ sung một cách thoải mái trong khi đồng thời sử dụng ít năng lượng hơn nhiều so với một PC đầy đủ. Chúng hoạt động 24/7 mà không tiêu tốn nhiều năng lượng, điều này quan trọng khi trung tâm nhà thông minh với Raspberry Pi 4 của bạn luôn hoạt động.
Bạn cũng có được sự linh hoạt rất lớn. Bạn có thể chạy hình ảnh hệ điều hành Home Assistant chuyên dụng, thiết lập dựa trên Docker hoặc ngăn xếp vùng chứa Home Assistant Raspberry Pi nâng cao hơn cùng với các dịch vụ khác. Nếu nhu cầu của bạn tăng lên, bạn có thể mở rộng bộ nhớ, thêm khóa USB hoặc thậm chí di chuyển cấu hình tương tự sang máy chủ lớn hơn.
Những gì bạn cần trước khi bắt đầu
Trước khi xây dựng trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi, hãy thu thập một số phần cứng cơ bản. Việc chọn đúng linh kiện sẽ mang lại cho bạn hiệu suất tốt hơn và ít đau đầu hơn sau này.
Phần cứng bắt buộc
Raspberry Pi 4 (2 GB trở lên) hoặc Raspberry Pi 5 Thẻ MicroSD có dung lượng lưu trữ tối thiểu 32 GB và độ bền tốt 
Bộ nguồn chính thức cho mẫu Raspberry Pi của bạn 
Cáp Ethernet cho kết nối ổn định nhất hoặc Wi-Fi nếu khó kết nối cáp Máy tính có đầu đọc thẻ SD để flash hình ảnh hệ thống
Tùy chọn nhưng được khuyến khích sử dụng
Khóa USB Zigbee (dành cho cảm biến, bóng đèn và công tắc năng lượng thấp) Khóa USB Z-Wave (dành cho nhiều khóa thông minh và thiết bị tự động hóa nhà cũ) USB SSD nếu bạn muốn hiệu suất và độ tin cậy tốt hơn thẻ nhớ microSD Hộp đựng nhỏ với khả năng làm mát thích hợp, đặc biệt đối với Raspberry Pi 4 hoặc 5
Nếu bạn dự định giữ mọi thứ cục bộ và riêng tư, kết nối Ethernet có dây sẽ giúp ngôi nhà thông minh cục bộ của bạn hub luôn phản hồi nhanh và đáng tin cậy, ngay cả khi lưu lượng truy cập lớn hoặc tắc nghẽn Wi-Fi.
Chọn phần mềm cho trung tâm của bạn
Bạn có một số tùy chọn khi xây dựng trung tâm tự động hóa gia đình Raspberry Pi, nhưng hầu hết người dùng nên bắt đầu với Hệ điều hành Home Assistant. Nó chạy như một thiết bị chuyên dụng trên Raspberry Pi của bạn và bao gồm hệ thống cốt lõi, các tiện ích bổ sung và bản sao lưu trong một gói.
Hệ điều hành Home Assistant (tốt nhất cho hầu hết người dùng)
Hệ điều hành Home Assistant chạy trực tiếp trên Raspberry Pi và quản lý hệ thống cho bạn. Bạn nhận được một trang tổng quan mạnh mẽ, hàng nghìn tiện ích tích hợp, tiện ích bổ sung như Zigbee2MQTT và bản sao lưu cũng như các bản cập nhật thường xuyên từ một cộng đồng rất tích cực.
Nếu bạn muốn sử dụng cách nhanh nhất, dễ dàng nhất, Raspberry Pi Home Assistant OS mang đến cho bạn cảm giác”giống như một thiết bị”. Bạn tập trung vào các thiết bị và tự động hóa thay vì bảo trì Linux.
Home Assistant Container (dành cho thiết lập nâng cao)
Home Assistant Container chạy Home Assistant Core bên trong Docker trên Raspberry Pi OS hoặc bản phân phối Linux khác. Bạn tự cài đặt và quản lý Docker, điều này mang lại cho bạn nhiều quyền kiểm soát hơn và cho phép bạn chạy các ứng dụng khác trên cùng một Pi.
Thiết lập này hoạt động tốt nếu bạn đã sử dụng Docker, cần các dịch vụ bổ sung như cơ sở dữ liệu tùy chỉnh hoặc muốn có một máy chủ có mục đích chung hơn. Nó yêu cầu nhiều công việc dòng lệnh hơn và cập nhật thủ công, vì vậy nó phù hợp với người dùng thành thạo.
Các nền tảng khác cần xem xét
Các lựa chọn thay thế như openHAB, Node-RED, Homebridge hoặc các tùy chọn cũ hơn như Prota OS cũng có thể biến Raspberry Pi thành một trung tâm. Nhiều người kết hợp Node-RED với Home Assistant cho các luồng tự động hóa hình ảnh hoặc sử dụng Homebridge để đưa nhiều thiết bị hơn vào Apple Home.
Tại thời điểm viết bài, Home Assistant vẫn là lựa chọn linh hoạt và được phát triển tích cực nhất cho trung tâm nhà thông minh DIY trên Raspberry Pi, đặc biệt nếu bạn quan tâm đến quyền kiểm soát cục bộ và quyền riêng tư.
Cách chuẩn bị Raspberry Pi
Trước khi cài đặt Hệ điều hành Home Assistant, bạn thiết lập phần cứng Raspberry Pi và flash hình ảnh hệ điều hành. Phần này đặt nền tảng cho phần còn lại của bản dựng.
Flash Home Assistant OS vào thẻ nhớ microSD
Tải xuống và cài đặt Raspberry Pi Imager trên máy tính của bạn. Lắp thẻ nhớ microSD vào đầu đọc thẻ SD của máy tính. Chọn tùy chọn để chọn hệ điều hành, sau đó chọn Hệ điều hành hỗ trợ gia đình từ phần “Trợ lý gia đình và tự động hóa gia đình”. Chọn kiểu máy Raspberry Pi của bạn, chọn thẻ nhớ microSD làm mục tiêu lưu trữ và bắt đầu quá trình flash. Đợi cho đến khi máy ghi hình hoàn tất việc ghi và xác minh hình ảnh, sau đó đẩy thẻ ra một cách an toàn.
Lắp ráp và kết nối Raspberry Pi
Đặt Raspberry Pi vào vỏ của nó và gắn bất kỳ bộ tản nhiệt hoặc quạt nào nếu được cung cấp. Lắp thẻ nhớ microSD đã flash vào khe cắm thẻ nhớ microSD của Raspberry Pi. Cắm khóa USB Zigbee và Z-Wave nếu bạn định sử dụng chúng từ ngày đầu tiên. Kết nối cáp Ethernet từ Raspberry Pi với bộ định tuyến của bạn hoặc đảm bảo chi tiết mạng Wi-Fi của bạn đã sẵn sàng nếu bạn định cấu hình Wi-Fi sau này. Kết nối nguồn điện để khởi động Raspberry Pi và để Home Assistant OS khởi động lần đầu tiên.
Cho hệ thống vài phút trong lần khởi động đầu tiên. Nó mở rộng hệ thống tệp và tải xuống các thành phần cần thiết trước khi bạn truy cập giao diện web.
Thiết lập Home Assistant ban đầu
Sau khi Raspberry Pi khởi động xong, bạn kết nối với Home Assistant từ một trình duyệt trên cùng một mạng. Đây là nơi quá trình cài đặt Home Assistant Raspberry Pi của bạn bắt đầu trông giống như một trung tâm thực sự.
Trên máy tính hoặc điện thoại được kết nối với cùng một mạng, hãy mở trình duyệt và truy cập http://homeassistant.local:8123 (hoặc sử dụng địa chỉ IP của Raspberry Pi nếu địa chỉ đó không giải quyết được). Tạo tài khoản Home Assistant của bạn bằng mật khẩu mạnh và duy nhất. Đặt tên nhà, vị trí và múi giờ của bạn để tự động hóa dựa trên thời gian và bình minh/hoàng hôn hoạt động chính xác. Xem lại mọi thiết bị được phát hiện tự động, chẳng hạn như TV thông minh hoặc loa và chọn thiết bị cần thêm ngay lập tức. Hãy hoàn tất quá trình làm quen, sau đó khám phá trang tổng quan chính để làm quen với giao diện.
Tại thời điểm này, bạn đã chạy thiết lập xây dựng trung tâm nhà thông minh cơ bản. Tiếp theo, bạn thêm các giao thức như Zigbee và Z-Wave để có thể mang đến nhiều loại thiết bị thông minh hơn.
Thêm các thiết bị Zigbee, Z-Wave và Matter
Hầu hết mọi người đều muốn trung tâm nhà thông minh DIY của họ hỗ trợ nhiều thương hiệu và thiết bị. Khóa Zigbee và Z-Wave cho phép Raspberry Pi của bạn nói cùng một ngôn ngữ với nhiều bóng đèn, cảm biến, phích cắm và ổ khóa.
Thiết lập khóa USB Zigbee
Cắm khóa USB Zigbee của bạn vào Raspberry Pi và khởi động lại thiết bị nếu Trợ lý gia đình không nhìn thấy thiết bị ngay lập tức. Mở Cài đặt > Thiết bị & dịch vụ trong Trợ lý gia đình và tìm kiếm tích hợp Zigbee được phát hiện hoặc thêm Zigbee2MQTT làm tiện ích bổ sung nếu bạn muốn. Chọn cổng nối tiếp chính xác cho dongle và hoàn tất trình hướng dẫn thiết lập. Đặt thiết bị Zigbee vào chế độ ghép nối và sử dụng tích hợp Zigbee để tìm kiếm thiết bị mới. Đổi tên thiết bị và gán thiết bị vào một phòng để thiết bị xuất hiện ở đúng vị trí trong trang tổng quan của bạn.
Thiết lập khóa USB Z-Wave
Cắm khóa Z-Wave của bạn và mở lại Cài đặt > Thiết bị & dịch vụ. Thêm tích hợp Z-Wave được khuyến nghị cho phần cứng của bạn, sau đó chọn đường dẫn thiết bị nối tiếp thích hợp. Sử dụng các điều khiển của tích hợp để thêm nút mới trong khi thiết bị Z-Wave của bạn ở chế độ bao gồm. Xác nhận rằng các thực thể như khóa, công tắc hoặc cảm biến xuất hiện trong Home Assistant. Sắp xếp chúng thành các phòng và khu vực để giữ cho bảng điều khiển của bạn gọn gàng.
Nếu sử dụng các thiết bị Matter hoặc Thread mới hơn, bạn có thể thêm bộ định tuyến viền tương thích hoặc trung tâm chuyên dụng để hiển thị chúng với Trợ lý chính. Điều này mang đến cho trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi của bạn sự hỗ trợ đa giao thức mà không cần dựa vào một thương hiệu.
Kết nối và sắp xếp các thiết bị của bạn
Sau khi kết nối các thiết bị đầu tiên của mình, bạn nên đặt tên và nhóm chúng theo cách hợp lý. Bố cục rõ ràng giúp bạn tiết kiệm thời gian bất cứ khi nào bạn thêm cảnh hoặc tự động hóa sau này.
Đặt tên rõ ràng cho từng thiết bị, chẳng hạn như “Đèn phòng khách”hoặc “Khóa cửa trước”. Chỉ định thiết bị cho các phòng và tầng để bạn có thể lọc nhanh trong bảng thông tin. Loại bỏ hoặc vô hiệu hóa các thực thể bạn không định sử dụng, chẳng hạn như cảm biến nguồn trùng lặp. Sử dụng bảng thông tin mặc định hoặc tạo bảng thông tin tùy chỉnh cho các tác vụ cụ thể, như bảo mật hoặc kiểm soát khí hậu. Kiểm tra các thao tác cơ bản như bật, tắt đèn hay thay đổi cài đặt bộ điều chỉnh nhiệt từ giao diện Home Assistant.
Khi hệ thống của bạn phát triển, trung tâm tự động hóa nhà Raspberry Pi sẽ trở thành nơi bạn xem nhanh mọi thứ và quyết định cách các thiết bị phản hồi với nhau.
Tạo tự động hóa và cảnh
Tự động hóa cho phép ngôi nhà của bạn phản ứng với thời gian, chuyển động hoặc các yếu tố kích hoạt khác mà không cần bạn mở ứng dụng. Cảnh áp dụng một tập hợp trạng thái cho nhiều thiết bị cùng lúc, chẳng hạn như giảm độ sáng đèn và đóng rèm cho đêm chiếu phim.
Mở Cài đặt > Tự động hóa & cảnh trong Trợ lý gia đình và tạo tự động hóa mới. Chọn một yếu tố kích hoạt như thời gian, bình minh/hoàng hôn, phát hiện chuyển động hoặc nhấn nút. Thêm điều kiện nếu bạn muốn tự động hóa chỉ chạy trong một số trường hợp nhất định, chẳng hạn như vào ban đêm hoặc khi không có ai ở nhà. Đặt các hành động, chẳng hạn như bật đèn, điều chỉnh bộ điều chỉnh nhiệt hoặc gửi thông báo tới điện thoại của bạn. Kiểm tra tự động hóa theo cách thủ công, sau đó để nó tự chạy trong vài ngày và điều chỉnh nó nếu cần.
Bạn cũng có thể tạo những cảnh phù hợp với thói quen của mình. Ví dụ: cảnh”Chúc ngủ ngon”có thể tắt hầu hết các đèn, đặt đèn phòng ngủ ở mức độ mờ ấm và khóa các cửa bên ngoài.
Các cách điều khiển trung tâm nhà thông minh của bạn
Khi trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi của bạn chạy trơn tru, bạn có một số cách để kiểm soát nó. Bạn có thể chọn những phương pháp phù hợp nhất với gia đình mình và sử dụng nhiều phương pháp cùng lúc.
Trang tổng quan web: Sử dụng bất kỳ trình duyệt nào trên mạng gia đình của bạn để mở giao diện Home Assistant và quản lý thiết bị, cảnh và hoạt động tự động hóa. Ứng dụng dành cho thiết bị di động: Cài đặt ứng dụng Home Assistant trên Android hoặc iOS để điều khiển ngôi nhà của bạn, nhận thông báo và sử dụng các cảm biến của điện thoại như vị trí hoặc pin làm trình kích hoạt. Trợ lý giọng nói: Liên kết các trợ lý được hỗ trợ như Alexa hoặc Google Assistant để bạn có thể điều khiển thiết bị và cảnh bằng lệnh thoại. Tấm tường: Tái sử dụng máy tính bảng cũ làm bảng điều khiển cố định hiển thị các trang tổng quan chính ở những khu vực có nhiều người qua lại trong nhà bạn. Điều khiển thủ công: Luôn sẵn sàng các công tắc, điều khiển từ xa và nút vật lý để ngôi nhà thông minh của bạn vẫn hoạt động cho những ai không muốn sử dụng ứng dụng.
Các phương pháp hay nhất về bảo mật và bảo trì
Vì Trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi của bạn kết nối với nhiều thiết bị và đôi khi với các dịch vụ truy cập từ xa, nên bạn nên coi nó như bất kỳ hệ thống nối mạng quan trọng nào khác.
Thay đổi tất cả mật khẩu mặc định trên Home Assistant, bộ định tuyến của bạn và mọi dịch vụ bị lộ. Bật xác thực hai yếu tố trên tài khoản người dùng Home Assistant của bạn. Luôn cập nhật hệ điều hành Home Assistant, các tiện ích tích hợp và tiện ích bổ sung để bạn nhận được các bản sửa lỗi bảo mật và tính năng mới. Sử dụng mã hóa Wi-Fi mạnh và tránh để trung tâm của bạn trực tiếp tiếp xúc với Internet; sử dụng giải pháp truy cập từ xa an toàn thay vì mở cổng bất cứ khi nào có thể. Lên lịch sao lưu thường xuyên cấu hình Trợ lý gia đình của bạn vào bộ nhớ ngoài hoặc dịch vụ đám mây mà bạn tin cậy.
Dành một chút thời gian cho vấn đề bảo mật sớm giúp trung tâm nhà thông minh tại địa phương của bạn luôn an toàn, ổn định và dễ dàng khôi phục hơn nếu có sự cố xảy ra.
Khắc phục sự cố thường gặp
Ngay cả việc thiết lập trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi được lên kế hoạch tốt đôi khi cũng có thể gặp phải trục trặc. Khi thiết bị ngừng phản hồi hoặc hiệu suất giảm, hãy kiểm tra một số thông tin cơ bản trước khi bạn đi sâu hơn vào việc gỡ lỗi.
Xác minh rằng Raspberry Pi có nguồn điện, kết nối mạng đang hoạt động và nhiệt độ CPU hợp lý. Khởi động lại Home Assistant và nếu cần, Raspberry Pi để khắc phục các trục trặc tạm thời. Xác nhận rằng khóa Zigbee và Z-Wave của bạn vẫn xuất hiện trong Home Assistant và chưa chuyển sang đường dẫn nối tiếp khác. Kiểm tra mức pin trong các nút và cảm biến không dây; pin yếu gây ra hiện tượng lạ. Xem lại nhật ký của Home Assistant để biết các thông báo lỗi gần đây và tìm kiếm trên diễn đàn cộng đồng nếu có điều gì đó lạ.
Khi có kinh nghiệm, bạn sẽ tìm hiểu cách trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi hoạt động vào những ngày tốt và ngày xấu, điều này giúp việc phát hiện và khắc phục sự cố dễ dàng hơn nhiều.
Kết luận
Giờ đây, bạn đã biến Raspberry Pi đơn giản thành một trung tâm nhà thông minh Raspberry Pi mạnh mẽ, chạy đèn, cảm biến, ổ khóa và nhiều thiết bị khác từ một nơi. Bạn thiết lập phần cứng, cài đặt Trợ lý gia đình, thêm thiết bị, xây dựng hệ thống tự động hóa và củng cố hệ thống của mình bằng các phương pháp bảo mật hợp lý.
Vì trung tâm của bạn chạy cục bộ nên bạn nắm quyền kiểm soát, quyền riêng tư và độ tin cậy trong tay mình thay vì phụ thuộc vào các dịch vụ đám mây. Khi muốn mở rộng, bạn có thể thêm thiết bị, giao thức, trang tổng quan mới và thậm chí chuyển thiết lập của mình sang phần cứng mạnh hơn mà không cần bắt đầu lại từ đầu.
Bây giờ, bạn đã hiểu cách xây dựng trung tâm nhà thông minh của riêng mình bằng Raspberry Pi, bạn có thể tiếp tục thử nghiệm. Thêm nhiều phòng hơn, thử các tiện ích tích hợp mới và tinh chỉnh hệ thống tự động hóa cho đến khi ngôi nhà của bạn thực sự thông minh chứ không chỉ được kết nối.
