用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置” 第一部分
大家好，我是吉田！
隨著居家辦公的時間越來越多，我想創造一個讓人更加舒適地享受居家時光的環境，創作一個有助於我在家工作或做事的設備。
您可能也注意到了，在家辦公時，很容易一坐就是很長時間，或者過於專注於工作而無法注意房間環境，甚至導致工作效率下降。在這裡，我想為大家介紹一種能夠用各種感測器檢測您工作臺周圍的環境、並使其與Raspberry Pi聯動將空間環境視覺化、可以自動營造舒適空間的設備。
本部分的流程
- 使用Raspberry Pi和感測器讓您的家中或房間內更舒適
- 什麼是羅姆的“SensorMedal”？
- 用SensorMedal來測量值
- 本項目所需零件和所學知識
- 總結
1. 使用Raspberry Pi和感測器讓您的家中或房間內更舒適
現在，讓我們列舉一下在家辦公或做事時，都有哪些事情讓您覺得“要是能自動搞定就好了（要是有這些功能就好了）”。然後嘗試寫下它們的改進方法。
我暫且列出了以下項目：
| 編號 | 檢測功能 | 檢測後希望具備的功能 |
| 1 | 檢測房間的溫度 | 根據室溫控制風扇等 |
| 2 | 檢測房間的舒適度（例如濕度） | 如果濕度高，將空調設置為除濕模式 |
| 3 | 檢測工作臺周圍的亮度 | 亮度不夠時自動開燈 |
| 4 | 檢查所在環境的雜訊水準 | 如果太吵，用遙控器調低音量 |
| 5 | 檢測坐在椅子上的時間 | 檢測到坐的時間太久（久坐不動），督促主人站起來活動活動 |
| 6 | 確認天氣 | 如果天氣預報有雨，提醒主人將曬在外面的衣物收回來 |
| 7 | 在固定時間執行任務 | 播放能讓人轉換心情的資訊或音樂等 |
竟然列出了這麼多項目！現在，讓我們想想應該設計一種什麼樣的機制來完成這些任務，比如用什麼感測器測量這些項目，然後用Raspberry Pi分析，並讓各種硬體來協助執行這些任務。用什麼樣的組合能實現這些目標呢？想想就讓人興奮！
2. 什麼是羅姆的“SensorMedal”？
在檢測房間環境方面，比如前面提到的溫濕度和亮度等，實際上可以用羅姆的感測器來測量。在羅姆的感測器中，有一款名為“Sensor Medal（SensorMedal-EVK-002）”的產品，它使用鈕扣電池即可驅動，便攜，體型小巧卻匯集了多種感測器。
這個“SensorMedal”是一款感測器評估套件，集成了BLE模組和溫濕度、照度、加速度等6種感測器，還配有低功耗微控制器，使用1顆鈕扣電池即可驅動好幾個月。
將其安裝在房間中，可以讓它測量環境，還可以通過連接Raspberry Pi和藍牙賦予其多種功能。
具體而言，是將以下規格的感測器都集成在一塊小小的電路板上了。
感測器
| 感測器類型 | 產品名稱 | 工作電壓範圍 (V) |
工作溫度範圍 (℃) |
備註 |
| 加速度感測器 | KX126-1063 | 1.71～3.6 | -40～+85 |
|
| 地磁感測器 | BM1422AGMV | 1.7～3.6 | -40～+85 |
|
| 氣壓感測器 | BM1383AGLV | 1.7～3.6 | -40～+85 |
|
| 照度感測器 | BH1721FVC | 2.4～3.6 | -40～+85 |
|
| 霍爾IC | BU52072GWZ | 1.65～3.6 | -40～+85 |
|
| 溫濕度感測器 | SHT31 | 1.7～3.6 | -40～+85 |
|
Bluetooth® 模組
| 產品名稱 | 電源電壓(V) | 工作溫度(℃) | 主機 CPU | 支援規格 | 使用頻段 | 發送輸出 | 接收靈敏度 | 備註 |
| MK71251-01 | 2.0～3.6 | -20～+75 | 同步串列 或 UART | Bluetooth® Core Spec v4.1 (Single mode) | 2.4GHz ISM Band | 0 / -6 / -12 / -18dBm | -85dBm | Bluetooth® 認證：QDID:77987(End Product)無線認證：TELEC/FCC/IC/CE |
低功耗微控制器
| 產品名稱 | 工作電壓(V) | 工作頻率 (Max.) | 最短指令時間 | 消耗電流(Typ.@HALT) | 工作溫度(℃) | ROM/RAM | ||||
| 低速時鐘 | 高速時鐘 | ROM 類別 | ROM(Byte) | Flash(Byte) | RAM(Byte) | |||||
| ML620Q504H | 1.8～5.5 | 32.768kHz （內置RC振盪） |
16MHz （內置RC振盪） |
62.5ns （以16MHz運行時） |
0.45μA | -40～+85 | Flash | 64K | 2K | 6K |
這次，我們將使用SensorMedal中的溫濕度感測器（SHT31）和照度感測器（BH1721FVC）。
3. 用SensorMedal來測量值
在使用Raspberry Pi等工具創作電子作品之前，讓我們先連接智慧手機和SensorMedal，確認一下感測器是否正常工作。使用智慧手機的應用程式可以立即測量資料，很簡單！
在這份使用者指南中提供了SensorMedal的使用方法，我們根據這份資料來使用感測器吧！
首先，將電池插入SensorMedal並啟動它。電池是一種稍大的鈕扣電池，名為“CR2450”。將電池正極朝上插入SensorMedal中。
然後，準備智慧手機（iOS 或 Android系統）。我使用的是iPhone。
在App Store（應用商店）中搜索“ROHM”，找到應用程式“RHRawDataMedal2”，安裝在您的智慧手機上。
也可以通過這個連結直接打開應用程式下載介面。
打開已安裝的應用程式。如果SensorMedal已經通電，那麼您會看到類似“ROHM Medal2_xxxx”字樣。
選擇並下拉刷新資訊。然後會出現如下圖所示的畫面，稍等片刻，便可以看到感測器正在測量資料。當點擊頂部的選項卡時，將會以圖表的形式顯示加速度、溫度、濕度、照度等資訊。
左圖：測量並顯示加速度
右圖：測量並顯示濕度
現在，可以確認SensorMedal已經啟動並且是能夠測量資料的。是不是很簡單？獲取各種資料並不難！當我們再將其與Raspberry Pi連接起來嘗試操作其他硬體時，那麼電子作品的創作範圍就更大了！
4. 本項目所需零件和所學知識
接下來，包括上述SensorMedal在內，我們來準備一下能夠檢測家中或房間內環境、並創造舒適環境的設備所需的零零件。這次我準備的用品清單如下：
| 編號 | 所需零零件 | 說明 |
| 1 | Raspberry Pi4主體 | Raspberry Pi 4 Model B |
| 2 | 羅姆 SensorMedal | SensorMedal-EVK-002 |
| 3 | 液晶顯示器 | Display-O-Tron HAT |
| 4 | 手機電池 | 3000mAh 電池 |
| 5 | 迷你USB風扇 | 可在百元商店購買 |
| 6 | 迷你USB燈 | 可在百元商店購買 |
羅姆SensorMedal（左側綠色）以及帶有液晶Raspberry Pi、風扇、燈和電池連接好的照片
通過製作這款設備，您可以學到的關於感測器和硬體的知識如下：
| 編號 | 可以學到的知識 |
| 1 | 用SensorMedal測量資料的機制 |
| 2 | 通過BLE連接Raspberry Pi的方法 |
| 3 | 通過Raspberry Pi分析和顯示感測器資料的方法 |
| 4 | 根據感測器的值控制硬體的方法 |
| 5 | 與其他硬體聯動的機制 |
5. 總結
如果您有很多機會在家辦公或做事，是不是也常常渴望有一台設備能讓您工作臺周圍的環境更舒適呢？
這次，我們將製作一款設備，讓它通過使用SensorMedal和Raspberry Pi測量工作環境並對環境進行優化，自動創造一個舒適的空間。
說起工作臺周圍的環境，我認為至少包括亮度、室溫、濕度等因素。而使用羅姆的感測器，可以輕鬆地測量這些專案，還可以根據測量結果操作和控制與之連接的硬體。當然，除了這個案例以外，您還可以嘗試設計其他能夠讓您的工作環境更舒適的設備。
在第二部分中，我們將進入設備的實際製作階段。
敬請期待！
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第1篇：用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置” 第一部分（今回）
第2篇：用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置” 第二部分
第3篇：用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置” 第三部分
第4篇：用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置” 第四部分
