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
大家好，我是吉田！
我們這次要創作一款讓家中更舒適、讓在家辦公更高效的設備，本文是第二部分。第一部分介紹了製作綱要和所需零件。這次我們將實際連接Bluetooth感測器和Raspberry Pi。使用羅姆SensorMedal，您甚至可以遠端輕鬆地將感測器值共用給Raspberry Pi！
本部分所需零件
Raspberry Pi 3 B+或Raspberry Pi 4 Model B
Raspberry Pi 3 B+
Raspberry Pi 4 Model B
羅姆SensorMedal（SensorMedal-EVK-002）
手機電池
USB設備
使用100日元商店就能買到的USB迷你燈和迷你風扇等物件
本部分的流程
- 羅姆SensorMedal與Raspberry Pi的BLE連接
- Raspberry Pi的USB控制
- 使用感測器值讓硬體工作的程式
- 總結
1.羅姆SensorMedal與Raspberry Pi的BLE連接
在第一部分中，我將羅姆SensorMedal連接到我的智慧手機上並顯示了結果。在本專案中，Raspberry Pi將作為接收資料的航空母艦使用，所以在第二部分中，我們將通過Raspberry Pi的Bluetooth功能連接SensorMedal。
首先，安裝的Python程式bluepy，以便進行Raspberry Pi的Bluetooth連接。
Code-Example
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pi@raspberrypi:~ $ sudo pip3 install bluepy Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple Collecting bluepy Downloading https://www.piwheels.org/simple/bluepy/bluepy-1.3.0-cp37-cp37m-linux_armv7l.whl (560kB) 100% |████████████████████████████████| 563kB 608kB/s Installing collected packages: bluepy Successfully installed bluepy-1.3.0 |
然後，開啟SensorMedal和Raspberry Pi的電源，並將它們放在附近。
通過Bluetooth將SensorMedal連接到Raspberry Pi。有一個可以顯示來自SensorMedal的數值的方便程式，我們直接下載這個程式即可（我使用的是這裡的Github）。
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pi@raspberrypi:~ $ sudo mkdir Programs pi@raspberrypi:~ $ cd Programs pi@raspberrypi:~ $ sudo git clone http://github.com/bokunimowakaru/SensorMedal2 |
打開已下載的SensorMedal2資料夾，並執行以下示例程式。這個需要在Python 3中使用sudo許可權執行。
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pi@raspberrypi:~ $ cd SensorMedal2 pi@raspberrypi:~ $ sudo python3 ble_logger_SensorMedal2.py |
怎麼樣？是不是很簡單？如下圖所示，從Raspberry Pi能夠很輕鬆地看到SensorMedal傳來的測量值。
SensorMedal中共內置6種感測器。每種感測器的含義如下，使用這些感測器可以測量並獲取相應的數值。
- Temperature: 溫度（℃）
- Humidity: 濕度（%）
- Pressure: 氣壓（hPa）
- Illuminance: 亮度（lx）
- Accelerometer: 加速度（x軸、y軸、z軸）（g）
- Geomagnetic: 陀螺儀感測器值（x軸、y軸、z軸）（uT）
- Magnetic: 霍爾感測器值（磁鐵在附近通過為1，否則為0）
- Steps: 步數（步）
- Battery Level: 電池電量
2. Raspberry Pi的USB 控制
我們已經非常輕鬆地獲得了感測器的值，現在，讓我們使用這些值來控制與Raspberry Pi連接的硬體吧。
先來實現第一部分中提到的“要是能自動搞定就好了（要是有這些功能就好了）”列表中的以下兩項。
| 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 | 檢測工作臺周圍的亮度 | 亮度不夠時自動開燈 |
亮度會因天氣變化和房間情況而發生變化。如果亮度不夠還繼續工作的話，眼睛會很疲勞，所以我們使用SensorMedal的亮度值——Illiminance（lx）。亮度（光照強度）的單位是“勒克斯”。白天房間的亮度約為200〜300（lx）。
測好亮度後，我們用一個USB迷你燈來實現亮度不足時自動開燈的功能。如下圖所示，將迷你燈插入Raspberry Pi的 USB埠。
安裝一個庫來控制USB，讓它可以根據亮度開燈和關燈。如下所示，下載並安裝庫文件。
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pi@raspberrypi:~ $ wget https://www.gniibe.org/oitoite/ac-power-control-by-USB-hub/hub-ctrl.c pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install libusb-dev pi@raspberrypi:~ $ gcc -o hub-ctrl hub-ctrl.c -lusb |
現在，就可以通過命令打開和關閉插入USB埠的設備啦。這個“hub-ctrl”的使用方法為“hub-ctrl -b [Bus Num] -d [Device Num] -P [Port Num] -p [On:1 / Off:0] ”。使用“lsusb -t”命令獲取設備連接資訊。在這裡，Bus num: 1, Device num: 2, USB埠的Port num為2。
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pi@raspberrypi:~ $ hub-ctrl Hub #0 at 001:002 INFO: individual power switching. WARN: Port indicators are NOT supported. Hub #1 at 001:001 INFO: ganged switching. WARN: Port indicators are NOT supported. pi@raspberrypi:~ $ lsusb -t /: Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=dwc_otg/1p, 480M |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/5p, 480M |__ Port 1: Dev 3, If 0, Class=Vendor Specific Class, Driver=smsc95xx, 480M |
如下所示，在“-p”後置“0”將關閉電源，置“1”則打開電源。
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pi@raspberrypi:~ $ sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0 pi@raspberrypi:~ $ sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1 |
這是指定“-p 1”時的狀態。連接到USB埠的燈亮了
3.使用感測器值讓硬體工作的程式
下面，我們將創建程式，把來自SensorMedal的數值與USB控制關聯起來。
基本上，可以使用前面下載的 SensorMedal2 程式。
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pi@raspberrypi:~ $ sudo cp ble_logger_SensorMedal2.py ble_illum.py |
我在原程式基礎上，添加了下述第9行和第78〜85行的內容。當亮度低於300lx時，讓燈點亮。當亮度高於該值時，讓燈熄滅。
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#!/usr/bin/env python3 # coding: utf-8 from __future__ import (division, absolute_import, print_function, unicode_literals) import fcntl import socket import struct import os def get_addr(ifname): try: s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) return socket.inet_ntoa( fcntl.ioctl( s.fileno(), 0x8915, # SIOCGIFADDR struct.pack('256s', ifname[:15].encode('utf-8')))[20:24]) except IOError: return 'Not Found!' interval = 10 # 工作間隔 from bluepy import btle from sys import argv import getpass from time import sleep 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: 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 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': # 将传感器值代入字典变量sensors sensors['ID'] = hex(payval(2,2)) sensors['Illuminance'] = payval(25,2) / 1.2 sensors['Battery Level'] = payval(30) sensors['RSSI'] = dev.rssi # 在畫面中顯示 print(' ID =',sensors['ID']) 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) ''' illum = sensors['Illuminance'] if illum < 300: illum_msg = "Dark!" os.system(“sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1”) else: illum_msg = "Bright" os.system(“sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0”) print(illum_msg) sleep(interval) |
通過sudo python3 ble_illum.py運行該程式。
我們測試一下，如右側照片所示，用手遮蓋SensorMedal，感測器測得的亮度變暗，USB燈能夠獲取感測器的值並且很聽話地自動開燈！
４. 總結
在這部分中，我們嘗試用BLE連接了羅姆SensorMedal和Raspberry Pi。我想大家已經瞭解到，從遠處獲取各種感測器資料是非常容易的事。
通過6種感測器，不僅可以檢測亮度，還可以獲取溫濕度、氣壓和加速度等資料。測量辦工桌或房間裡的各種資料，可能是件很有趣的事。
在下一部分，我想通過添加人體感測器等器件，讓在家辦公環境更加舒適。
敬請期待！
