第1回:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第一部分
第2回:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第二部分
第3回:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第三部分
大家好,我是吉田!
创作一款让家中更舒适、让在家办公更高效的设备,这个项目终于迎来了剧终篇。这次我们将会再增加一些功能,以完成这个项目。我们会添加一个根据天气预报信息和天气情况提示主人行动的功能,最终创作完成这个可以营造舒适环境的设备,让您即使在家办公也可以舒适地工作!
本部分所需部件
raspberry pi 3 b+ 或 raspberry pi 4 model b
raspberry pi 3 b+
raspberry pi 4 model b
raspberry pi用液晶显示器 或 触控显示器
raspberry pi用液晶显示器
触控显示器
罗姆sensormedal(sensormedal-evk-002)
热释电红外线传感器 (sb412a)
小型扬声器
手机电池
usb设备
本部分的流程
根据传感器的值控制硬件
关联天气信息和互联网信息
完成这款可以营造舒适环境的装置
总结
1. 根据传感器的值控制硬件
在第二部分中,我们使用sensormedal测量了温度和湿度;在第三部分中,我们添加了人体传感器。最初,我们也是打算利用传感器的值来实现下面这些功能的,所以让我们来把它们变为现实吧。
编号 检测功能 检测后希望具备的功能
1 检测房间的温度 根据室温控制风扇等
2 检测房间的舒适度(例如湿度) 如果湿度高,将空调设置为除湿模式
5 检测坐在椅子上的时间 检测到坐的时间太久(久坐不动),督促主人站起来活动活动
首先是检测完温度后,如果室温高于一定水平,需要自动打开风扇保持凉爽。在raspberry pi上插入usb迷你风扇。
要想让风扇根据室温情况打开或关闭,需要使用第二部分中用过的hub-ctrl命令来控制raspberry pi的usb功能。例如,当室温超过26℃时,给usb通电让风扇转起来。
另外,当使用人体传感器测得您在工作台周围停留超过某一时长(久坐)时,让raspberry pi发出声音来提醒您可能会很有趣。下面,我们将迷你扬声器插入raspberry pi。
获取名为“aquestalkpi”的可以朗读的语音合成软件,在programs下解压。
$ cd ~/programs$ wget http://www.a-quest.com/download/package/aquestalkpi-20130827.tgz$ sudo tar zxvf aquestalkpi-20130827.tgz$ cd aquestalkpi
然后,我们尝试让它播放“该休息了”之类的声音。
$ ./aquestalkpi 休憩しましょう! | aplay
要实现这些功能,需要在第三部分中使用过的ble_lcd.py程序中,添加下面的第2行、第29〜36行(温湿度控制)和第4〜6行、第12〜17行、第38〜43行(人体传感器控制)的内容。
[ble_lcd.py]
…import oshuman_count = 0human_check = 30aquest_path = /home/pi/programs/aquestalkpi/scanner = btle.scanner()while true:… human = gpio.input(human_pin) if human == 1: human_count+=1 else: human_count=0 print('hcount:'+str(human_count)) ... # 针对接收到的数据,对每一个ble设备进行处理 for dev in devices: ... ''' for key, value in sorted(sensors.items(), key=lambda x:x[0]): print(' ',key,'=',value) ''' temp = sensors['temperature'] humid = sensors['humidity'] if temp > 26 or humid > 60: temp_msg = hot! os.system(sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -p 2 -p 1) else: temp_msg = not bad os.system(sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -p 2 -p 0) human_msg = str(human_count) if human_count > human_check: human_msg += ' take rest!' os.system(aquest_path+'aquestalkpi 休憩しましょう! | aplay') else: human_msg += ' work hard!'
2. 关联天气信息和互联网信息
最后,我们可以从网上获取天气预报等信息,这样会很方便。如果要下雨,最好让它大声朗读并提醒主人采取必要的行动。
编号 检测功能 检测后希望具备的功能
6 确认天气 如果天气预报有雨,提醒主人将晒在外面的衣物收回来
首先,我们需要使用名为“openweathermap”的服务来获取天气预报。如下图所示,该网站是英文的,但是从上面可以轻松获取日本国内天气,所以我们将使用这里提供的api。
https://openweathermap.org/api
从该页面的右上方创建一个帐户并登录。
然后进入称为“api keys”的页面,确认key(秘钥)并复制此密钥。
接下来,我们需要创建一个可以获取天气预报的程序。首先,要安装以下库文件。
$ sudo pip3 install pytz requests
创建一个名为“forecast.py”的示例程序。将刚刚复制的密钥输入api_key部分。另外,需要在zip部分输入您的邮政编码,并添加国家代码“jp”。下面,我们让刚刚的aquestalk软件也能够播报天气吧。
[forecast.py]
#! /usr/bin/python3# -*- coding: utf-8 -*-import jsonimport datetimeimport osimport requestsimport sysfrom pytz import timezoneapi_key = xxxzip = 123-4567,jpapi_url = http://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?zip={0}&units=metric&lang=ja&appid={1}def getweatherforecast(): url = api_url.format(zip, api_key) response = requests.get(url) forecastdata = json.loads(response.text) if not ('list' in forecastdata): print('error') return for item in forecastdata['list']: forecastdatetime = timezone( 'asia/tokyo').localize(datetime.datetime.fromtimestamp(item['dt'])) weatherdescription = item['weather'][0]['description'] temperature = item['main']['temp'] rainfall = 0 if 'rain' in item and '3h' in item['rain']: rainfall = item['rain']['3h'] break print('date:{0} weather:{1} temp:{2} c rain:{3}mm'.format( forecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfall)) return forecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfallforecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfall = getweatherforecast()os.system(“/home/pi/aquestalkpi/aquestalkpi “ + weatherdescription + “ | aplay”)
如下所示,运行该程序时,将会返回指定地区的天气预报。于是,raspberry pi就会向您播报今天的天气预报了,比如“多云”。
$ python3 forecast.py date:2020-06-05 00:00:00+09:00 weather:多云 temp:23.29 c rain:0mm
3. 完成这款可以营造舒适环境的装置
下面,我们将液晶显示器、扬声器、人体传感器和usb设备都连接到raspberry pi,以完成该设备。
sensormedal可以放置在ble范围内的任何位置,因此可以将其放置在您桌子周围或窗户附近。当然,您也可以将它放在电脑附近或挂在墙上。
下面是该设备的最终程序,可以让设备根据sensormedal、人体传感器和天气预报等信息执行任务。程序仅供参考。
[ble_lcd.py]
#!/usr/bin/env python3# coding: utf-8import dothatimport dothat.backlight as backlightimport dothat.lcd as lcdinterval = 10 # 動作間隔from datetime import datetimefrom bluepy import btlefrom sys import argvimport getpassfrom time import sleepimport osimport rpi.gpio as gpiohuman_pin = 13gpio.setmode(gpio.bcm)gpio.setup(human_pin, gpio.in)human_count = 0human_check = 3import jsonimport requestsimport sysfrom pytz import timezoneapi_key = xxx #weathermap api keyzip = 123-4567,jp #your addressapi_url = http://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?zip={0}&units=metric&lang=ja&appid={1}aquest_path = /home/pi/programs/aquestalkpi/ #aquestalkpi pathdef getweatherforecast(): url = api_url.format(zip, api_key) response = requests.get(url) forecastdata = json.loads(response.text) if not ('list' in forecastdata): print('error') return #print(forecastdata) for item in forecastdata['list']: forecastdatetime = timezone('asia/tokyo').localize(datetime.fromtimestamp(item['dt'])) weatherdescription = item['weather'][0]['description'] temperature = item['main']['temp'] rainfall = 0 if 'rain' in item and '3h' in item['rain']: rainfall = item['rain']['3h'] break print('date:{0} weather:{1} temp:{2} c rain:{3}mm'.format(forecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfall)) return forecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfalldef payval(num, bytes=1, sign=false): global val a = 0 for i in range(0, bytes): a += (256 ** i) * int(val[(num - 2 + i) * 2 : (num - 1 + i) * 2],16) if sign: if a >= 2 ** (bytes * 8 - 1): a -= 2 ** (bytes * 8) return ascanner = btle.scanner()while true: now = datetime.now() d = '{0:0>4d}/{1:0>2d}/{2:0>2d}({3})'.format(now.year, now.month, now.day, now.strftime('%a')) t = '{0:0>2d}:{1:0>2d}:{2:0>2d}'.format(now.hour, now.minute, now.second) forecastdatetime, weatherdescription, temperature, rainfall = getweatherforecast() lcd.clear() lcd.set_cursor_position(0, 0) lcd.write('{}'.format(d)) lcd.set_cursor_position(2, 1) lcd.write('{}'.format(t)) lcd.set_cursor_position(0, 2) lcd.write('w:{0}c {1}mm'.format(round(temperature,0), rainfall)) if rainfall > 0: print(weatherdescription, rainfall) os.system(aquest_path+'aquestalkpi '+weatherdescription+' | aplay') human = gpio.input(human_pin) if human == 1: human_count+=1 else: human_count=0 print('hcount:'+str(human_count)) try: devices = scanner.scan(interval) except exception as e: print(error,e) if getpass.getuser() != 'root': print('使用方法: sudo', argv[0]) exit() sleep(interval) continue # 受信データについてbleデバイス毎の処理 for dev in devices: print(ndevice %s (%s), rssi=%d db % (dev.addr, dev.addrtype, dev.rssi)) isrohmmedal = false sensors = dict() for (adtype, desc, val) in dev.getscandata(): print( %s = %s % (desc, val)) if desc == 'short local name' and val[0:10] == 'rohmmedal2': isrohmmedal = true if isrohmmedal and desc == 'manufacturer': # センサ値を辞書型変数sensorsへ代入 sensors['id'] = hex(payval(2,2)) sensors['temperature'] = -45 + 175 * payval(4,2) / 65536 sensors['humidity'] = 100 * payval(6,2) / 65536 sensors['pressure'] = payval(22,3) / 2048 sensors['illuminance'] = payval(25,2) / 1.2 sensors['battery level'] = payval(30) sensors['rssi'] = dev.rssi # 画面へ表示 print(' id =',sensors['id']) print(' temperature =',round(sensors['temperature'],2),'℃') print(' humidity =',round(sensors['humidity'],2),'%') print(' pressure =',round(sensors['pressure'],3),'hpa') print(' illuminance =',round(sensors['illuminance'],1),'lx') print(' battery level =',sensors['battery level'],'%') print(' rssi =',sensors['rssi'],'db') ''' for key, value in sorted(sensors.items(), key=lambda x:x[0]): print(' ',key,'=',value) ''' temp = sensors['temperature'] humid = sensors['humidity'] lcd.clear() dothat.backlight.set_graph(0.5) # 50% backlight.rgb(0, 0, 0) if temp > 28 or humid > 80: temp_msg = hot! backlight.rgb(255, 0, 0) #red else: temp_msg = not bad illum = sensors['illuminance'] if illum human_check: human_msg += ' take rest!' backlight.rgb(0, 255, 0) #green os.system(aquest_path+'aquestalkpi 休憩しましょう! | aplay') else: human_msg += ' work hard!' backlight.rgb(0, 255, 255) #lightblue lcd.clear() lcd.set_cursor_position(0, 0) lcd.write('t:{0:1.0f}c {1:1.0f}% {2}'.format(temp,humid,temp_msg)) lcd.set_cursor_position(0, 1) lcd.write('i:{0:1.0f} lx {1}'.format(illum,illum_msg)) lcd.set_cursor_position(0, 2) lcd.write('h:{}'.format(human_msg)) sleep(interval)
最后,我们让这个程序能够自动启动吧。首先,创建一个shell程序来运行python程序。需要进行服务设置,以使启动该shell程序时能够执行python程序。
[blelcd.sh]
#!/bin/shsudo /usr/bin/python3 /home/pi/programs/ble_lcd.py
[blelcd.service]
description=rohm medal ble to lcd[service]execstart=/bin/bash /home/pi/programs/blelcd.shworkingdirectory=/home/pi/programsuser=pi[install]wantedby=multi-user.target
现在,当您重新启动它时,raspberry pi将会显示传感器的值,指示灯开始闪烁。
4. 总结
在这个连载系列中,我们针对在家办公时间增加的情况,创作了一个可以检测办公环境并改善环境的设备。
在第一部分中,我们思考并列举了希望实现的目标,也了解了用罗姆的sensormedal可以测得多种值。
在第二部分中,我们创建了实际通过raspberry pi和ble连接sensormedal用的程序。
在第三部分中,我们使用人体传感器,实现了检测是否有人(是否久坐不动)的功能。此外,还用液晶显示器成功显示了温湿度和亮度等信息。
在第四部分,也就是本文中,我们增加了天气预报等功能,完成了这个用起来非常方便的设备。当您打开raspberry pi的电源时,它会自动启动并执行自动检测和提醒等任务。
事实上,它现在每天都在我家工作,它会告诉我周围的亮度,并提醒我别忘了收回晒在外面的衣服!
鼓励大家也尝试制作方便您居家生活和在家办公的设备!
相关连载一览
第1部分:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第一部分
第2部分:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第二部分
第3部分:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第三部分
第4部分:用raspberry pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第四部分•剧终篇(本章)
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