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

来源：ROHM

作者：吉田

发布时间：2023-3-1

阅读量：26

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！

 

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1
 

本部分所需部件

 

Raspberry Pi 3 B+ 或 Raspberry Pi 4 Model B

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Raspberry Pi 3 B+

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3
 

Raspberry Pi 4 Model B

Raspberry Pi用液晶显示器 或 触控显示器

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4
 

Raspberry Pi用液晶显示器

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5
 

触控显示器

罗姆SensorMedal(SensorMedal-EVK-002)

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6
 

热释电红外线传感器 (SB412A)

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7
 

小型扬声器

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8
 

手机电池

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USB设备

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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。

 

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11
 

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。

 

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12
 

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。

 

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13
 

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 os

 

human_count = 0

human_check = 30

aquest_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!'

 

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14
 

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。

 

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15
 

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。
 

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16
 

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。

 

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17
 

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 json

import datetime

import os

import requests

import sys

 

from pytz import timezone

 

API_KEY = "XXX"

ZIP = "123-4567,JP"

API_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, rainfall

 

forecastDatetime, 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。

 

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18
 

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-8

 

import dothat

import dothat.backlight as backlight

import dothat.lcd as lcd

 

interval = 10 # 動作間隔

 

from datetime import datetime

from bluepy import btle

from sys import argv

import getpass

from time import sleep

 

import os

import RPi.GPIO as GPIO

human_pin = 13

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(human_pin, GPIO.IN)

human_count = 0

human_check = 3

 

import json

import requests

import sys

from pytz import timezone

 

API_KEY = "xxx" #WeatherMap API Key

ZIP = "123-4567,JP" #Your address

API_URL = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?zip={0}&units=metric&lang=ja&APPID={1}"

aquest_path = "/home/pi/Programs/aquestalkpi/" #AquesTalkPi path

 

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                       

    #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, rainfall

 

def 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 a

 

scanner = 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 < 200:

                    illum_msg = "Dark!"

                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1")

                    backlight.rgb(255, 255, 255)

                else:

                    illum_msg = "Bright"

                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0")

                    backlight.rgb(0, 0, 255) #Blue

 

                human_msg = str(human_count)

                dothat.backlight.off()

                for led in range(human_count):

                    backlight.graph_set_led_state(led, 0.2)

                if human_count > 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/sh

sudo /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.sh

WorkingDirectory=/home/pi/Programs

User=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。

 

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19  

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！

 

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