[IoT] 라즈베리파이, 앱과 스마트 플러그를 사용한 스마트홈 프로젝트

🤩 들어가기에 앞서…

이전 포스팅 참고: 기능 검증 단계
Smart Home Project Github Link
MQTT | Shelly Technical Document
Shelly - RPC Protocol

이전 포스팅에서 기능 검증은 완료했다.
이제 본 프로젝트에 들어가보겠다.

구상한진 얼마 안됐고, 내가 에너지 관련 회사를 다니고 있는데 내 집 에너지 모니터링도 내 환경에 맞춰서 할 수 있지 않을까? 라는 생각으로 본 프로젝트를 구상하게 되었다.

이번 포스팅은 일지를 기록하는 느낌? 으로 작성될 것이다.
더 자세한 내용은 내 깃헙에 코드로 올려놨으니 참고하면 될 것이다.

---

🤔 구상 및 설계

Flow

• Raspberry Pi5에 mosquitto broker 실행
• smart plug 장비에 MQTT broker 설정
  • smart plug는 특정 topic을 구독
  • smart plug는 내 broker의 특정 topic으로 publish (지원되는 기능)
• 앱은 Raspberry의 broker 서버로 붙음
  • smart plug의 특정 topic 구독 -> UI 대응
  • smart plug의 특정 topic 으로 publish (제어 가능)
• port forwarding을 사용하여 앱이 내부망 밖으로 벗어나도 정보를 주고받을 수 있게 대응

구상도

해당 그림을 기반으로 환경 구성, 개발을 하면 될 것 같다.

🤑 구매 목록

• 라즈베리파이: broker 서버용
• 미니 데스크탑 알루미늄 방열 케이스
• Micro HDMI to HDMI
• 샌디스크 울트라 32GB micro SD
• 스마트 플러그(Shelly Plus Plug S - F Type): 에너지 모니터링, 제어용

🔌 Shelly 선택 이유?

스마트 플러그를 사야했다.
다양한 스마트 플러그를 찾아보았고, 고려한 조건은 아래와 같았다.
1. MQTT 셋팅이 쉬운가?

• 펌웨어 플래싱(Tasmota)을 필요로 하는가?
• MQTT 설정을 지원해주는가?

2. 한국 전원 플러그 유형과 맞는가?

• 한국: Type C, Type F (220V, 60Hz)
• 미국: Type A, Type B (120V, 60Hz)
• 유럽: Type C, Type E, Type F (220~230V, 50Hz)

3. 가격, 단종

• 가격이 합리적이며, 단종되어서 못구하지는 않는가?

4. 보안

• 제품에 신뢰성이 있는가?

해당 1234번을 만족하는 제품이 있는지 여러 제품들을 찾아봤으며, 후보군들을 간추렸다.

sonoff s31

• Tasmota 펌웨어로 플래싱하면 MQTT 설정 가능
• 납떔이 필요 (FTDI 어댑터 필요)
• 스마트플러그를 분해해서 FTDI 어댑터 사용하여, 플래싱해야하기에 공수가 많이 듦
• 펌웨어 플래싱에 대한 자료가 많고, 분해 및 재조립이 쉬움
• 미국 type임
• 가격이 비교적 쌈
• ESP8266 칩 사용

sonoff s60

• Tasmota 펌웨어로 플래싱하면 MQTT 설정 가능
• ESP32칩 사용
• EU F 타입 지원 (한국과 호환 가능)
• 납땜이 필요한데, 납땜이 매우 어렵다고 함 -> 바로 패스

shelly plug

• 가격 비쌈
• shelly plug s (gen1)은 분해 조립에 대한 정보가 있는데, gen2는 없었음
• gen1은 단종
• gen2는 펌웨어 플래싱 하기 전 분해가 매우 어려움.
• gen2는 문서가 많이 없음
• ESP32 칩 사용
• EU F 타입 (한국과 호환 가능)
• 예쁨…
• 마지막에 찾은거지만, 따로 펌웨어 플래싱이 필요없는 것 같아 바로 결정

🏡 스마트홈 프로젝트 시작

실험했던 순서

1. Raspberry Pi5 환경 셋팅

• Ubuntu 설치, 각종 라이브러리 설치
• LAN 사용 -> Wi-Fi 연결
  • 공유기에 LAN선 연결하는게 싫어서 Wi-Fi로 연결

2. mosquitto 설정

• broker 설정
• conf 파일 설정
• 사용자 인증 정보 설정

3. 내부 통신 확인

• python 코드로 pub, sub 작동 실험
• mosquitto log 확인
• 앱과도 통신 확인 (저번 프로젝트 코드 사용)

4. 스마트 플러그 셋팅

• broker 설정 셋팅
• pub, sub 동작 확인

5. 통신 확인

• smart plug <-> broker <-> app 통신 확인

6. public IP 테스트

• app에서 내부망을 끊고(와이파이 끊고) 통신 확인

---

😝 어려웠던 점 느낀점

일단, 라즈베리파이 Ubunut OS 설치에서 시간을 많이 뺏겼고,
mosquitt.conf 파일 설정 및 설정 확인에서 시간을 좀 소요했다.
나머지는 스무스하게 진행했다.

내가 전체 환경, 기술에 대해 구상하고 조사하고 개발했던 프로젝트였다.
아주 재밌었고 현재는 딱 전원 on/off까지 컨트롤이 가능하다.
Shelly 공식 docs에서 정보들을 찾아봐서 기능을 더 추가하면서 이 프로젝트를 완성하고 싶다.(아직 미완성이지만 먼저 포스팅 올림)