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

吉田顯一

Published by 吉田顯一 at 2023.12.14

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）

熱釋電紅外線感測器 (SB412A)

Raspberry Pi用液晶顯示器

本部分的流程

給Raspberry Pi連接人體感測器
添加液晶顯示器
總結

1. 給Raspberry Pi連接人體感測器

第二部分中，我們通過羅姆SensorMedal測量了亮度，並根據亮度值成功控制了USB燈。在第二部分的基礎上，還可以檢測溫度和濕度，當檢測到室溫過高時，可以通過同樣的方法讓風扇轉起來。

但是，僅僅這樣的功能可能還不夠，我還希望它只在裝有這款Raspberry Pi設備的工作臺周圍有人時才工作！う。

另外，正如我在第一部分中提到的，我還希望它能起到防止主人在家辦公期間因久坐不動而過於疲勞的作用。

編號	檢測功能	檢測後希望具備的功能
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

所以，這次我們來實現上述功能，這也是第一部分中列舉的“要是有這樣的功能就好了”的項目之一。具體來講，需要添加一個能夠讓Raspberry Pi知道是否有人的感測器，以便確認工作臺周圍的活動狀態。為此，我們將在Raspberry Pi上安裝下面這種熱釋電紅外線感測器。

感測器側（從照片左邊開始）	Raspberry Pi側
＋（黃色）	5V
OUT（紅色）	GPIO13
ー（黑色）	GND

與Raspberry Pi的連接如表中所示。實際安裝的照片如下所示：

在這裡，需要創建一個簡單的程式human.py，來確認人體感測器是否正常發揮作用，在運行該程式時，如果周圍有人，將顯示為“1”，否則顯示為“0”。

[human.py]

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

human_pin = 13
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(human_pin, GPIO.IN)

try:
    while True:
        human = GPIO.input(human_pin)
        print(human)
        sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    pass

GPIO.cleanup()

import RPi.GPIO as GPIO

from time import sleep

human_pin = 13

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(human_pin, GPIO.IN)

try:

while True:

human = GPIO.input(human_pin)

print(human)

sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

pass

GPIO.cleanup()

運行human.py。僅當您坐在Raspberry Pi前面或將手靠近它時才會顯示“1”。

2. 添加液晶顯示器

現在，我們來給Raspberry Pi加一個液晶顯示器，使之能夠顯示前面添加的SensorMedal和人體感測器的值。

市場上有很多種液晶顯示器，我選用的是只需將其插入Raspberry Pi的GPIO引腳即可使用的DISPLAYOTRON HAT，它也有一個可以連接人體感測器的GPIO引腳。

如照片所示，將顯示器插入Raspberry Pi的 GPIO引腳。

這個顯示器的資料庫來自 Adafruit，所以可以參考其Github頁面：
https://github.com/pimoroni/displayotron

運行頁面中的安裝腳本。這樣將會在Home下創建一個名為“pimoroni”的目錄，並在其中的下述位置保存示例程式。

Dot3000和DotHat都有類似的功能，但是這次我使用的是DotHat，所以我們會使用DotHat對應的資料庫。這裡有一些示例程式，您可以嘗試運行一下。

$ curl -sS get.pimoroni.com/displayotron | bash
$ cd /home/pi/Pimoroni/displayotron/dothat
$ python3 basic/hello_world.py
$ python3 basic/backlight.py

$ curl -sS get.pimoroni.com/displayotron | bash

$ cd /home/pi/Pimoroni/displayotron/dothat

$ python3 basic/hello_world.py

$ python3 basic/backlight.py

下面，讓我們修改一下連接SensorMedal和Raspberry Pi的程式，以實現在這個液晶顯示器上顯示測量值。下麵的第4行、第22〜27行、第45〜50行和第91〜115行是對第二部分中ble程式的補充。

[ble_lcd.py]

#!/usr/bin/env python3
# coding: utf-8

import dothat.lcd as lcd

from datetime import datetime
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 &gt;= 2 ** (bytes * 8 - 1):
            a -= 2 ** (bytes * 8)
    return a

import RPi.GPIO as GPIO
human_pin = 13
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(human_pin, GPIO.IN)
human_count = 0
human_check = 3

interval = 10 # 工作間隔
scanner = btle.Scanner()

while True:
  
    now = datetime.now()
    d = '{0:0&gt;4d}/{1:0&gt;2d}/{2:0&gt;2d}({3})'.format(now.year, now.month, now.day, now.strftime('%a'))
    t = '{0:0&gt;2d}:{1:0&gt;2d}:{2:0&gt;2d}'.format(now.hour, now.minute, now.second)
    lcd.clear()
    lcd.set_cursor_position(0, 0)
    lcd.write('PiRemote')
    lcd.set_cursor_position(0, 1)
    lcd.write('{}'.format(d))
    lcd.set_cursor_position(2, 2)
    lcd.write('{}'.format(t))

    human = GPIO.input(human_pin)
    print(human)
    if human == 1:
      human_count+=1
    else:
      human_count=0
    
    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':

                sensors['ID'] = hex(payval(2,2))
                sensors['Temperature'] = -45 + 175 * payval(4,2) / 65536
                sensors['Humidity'] = 100 * payval(6,2) / 65536
                sensors['Illuminance'] = payval(25,2) / 1.2
                sensors['Battery Level'] = payval(30)
                sensors['RSSI'] = dev.rssi

                print('    ID            =',sensors['ID'])
                print('    Temperature   =',round(sensors['Temperature'],2),'℃')
                print('    Humidity      =',round(sensors['Humidity'],2),'%')
                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']
                if temp &gt; 26 or humid &gt; 60:
                    temp_msg = "Hot!"
                else:
                    temp_msg = "Not bad"

                illum = sensors['Illuminance']
                if illum &lt; 200:
                    illum_msg = "Dark!"
                else:
                    illum_msg = "Bright"

                if human_count &gt; human_check:
                    human_msg = "Take Rest"
                else:
                    human_msg = "Work Hard!"

                lcd.clear()
                lcd.set_cursor_position(0, 0)
                lcd.write('Temp: {0:1.0f}C {1:1.0f}% {2}'.format(temp, humid, temp_msg))
                lcd.set_cursor_position(0, 1)
                lcd.write('Illum: {0:1.0f}Lx {1}'.format(illum,illum_msg))
                lcd.set_cursor_position(0, 2)
                lcd.write('{0:1.0f} Cnt {1}'.format(human_count, human_msg))

                sleep(interval)

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

#!/usr/bin/env python3

# coding: utf-8

import dothat.lcd as lcd

from datetime import datetime

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

import RPi.GPIO as GPIO

human_pin = 13

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(human_pin, GPIO.IN)

human_count = 0

human_check = 3

interval = 10 # 工作間隔

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)

lcd.clear()

lcd.set_cursor_position(0, 0)

lcd.write('PiRemote')

lcd.set_cursor_position(0, 1)

lcd.write('{}'.format(d))

lcd.set_cursor_position(2, 2)

lcd.write('{}'.format(t))

human = GPIO.input(human_pin)

print(human)

if human == 1:

human_count+=1

else:

human_count=0

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':

sensors['ID'] = hex(payval(2,2))

sensors['Temperature'] = -45 + 175 * payval(4,2) / 65536

sensors['Humidity'] = 100 * payval(6,2) / 65536

sensors['Illuminance'] = payval(25,2) / 1.2

sensors['Battery Level'] = payval(30)

sensors['RSSI'] = dev.rssi

print(' ID =',sensors['ID'])

print(' Temperature =',round(sensors['Temperature'],2),'℃')

print(' Humidity =',round(sensors['Humidity'],2),'%')

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']

if temp > 26 or humid > 60:

temp_msg = "Hot!"

else:

temp_msg = "Not bad"

illum = sensors['Illuminance']

if illum < 200:

illum_msg = "Dark!"

else:

illum_msg = "Bright"

if human_count > human_check:

human_msg = "Take Rest"

else:

human_msg = "Work Hard!"

lcd.clear()

lcd.set_cursor_position(0, 0)

lcd.write('Temp: {0:1.0f}C {1:1.0f}% {2}'.format(temp, humid, temp_msg))

lcd.set_cursor_position(0, 1)

lcd.write('Illum: {0:1.0f}Lx {1}'.format(illum,illum_msg))

lcd.set_cursor_position(0, 2)

lcd.write('{0:1.0f} Cnt {1}'.format(human_count, human_msg))

sleep(interval)

如果您像“sudo python3 ble_lcd.py”一樣運行這個程式，那麼將會首先獲取並顯示當前的日期和時間等資訊。

一段時間後，即可通過BLE獲得SensorMedal的測量值。然後將會顯示溫度、濕度和亮度等資訊。通過人體感測器，您還可以查看人在那裡呆了多少秒。

如果室溫高於26℃、濕度高於 60%，它會發出警告。另外，在亮度為200Lx以下時，顯示消息也會發生變化。
而當人體感測器檢測到人在那裡的停留時間超過一定時間時（為便於測試，這裡設置為30秒左右），顯示資訊就會變為“該休息了！”
您可以根據房間情況和工作情況嘗試更改每種感測器的閾值。根據番茄工作法，採用工作25分鐘休息5分鐘的時間安排，工作效率會比較好，您也可以根據這類方法來設置數值。