用於Raspberry Pi的Sense HAT附加板—六種感測器

Deviceplus 編輯團隊

Published by Deviceplus 編輯團隊 at 2019.06.06

氣壓·溫度·濕度

圖1

首先，我們從壓力、溫度和濕度感測器開始。這些感測器位於Sense HAT的右側。濕度感測器標有“HUMIDITY”字樣；其下方是氣壓感測器，用“PRESSURE”標記。濕度感測器還負責測量溫度。

每個感測器都有各自的函數，所以我們可以很輕鬆地獲取這些數值！

Get_temperature

從壓力感測器獲取當前溫度，單位毫巴。

Get_temperature_from_humidity

從濕度感測器獲取當前溫度，單位攝氏度。

Get_pressure

從壓力感測器獲取當前壓力，單位毫巴。

Get_humidity

從濕度感測器獲取相對濕度百分比。

讓我們使用示例代碼來獲取相應數值：

Env.py

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

while True:

   t = sense.get_temperature()

   p = sense.get_pressure()

   h = sense.get_humidity()

   t = round(t, 1)

   p = round(p, 1)

   h = round(h, 1)

   msg = "Temperature = %s, Pressure=%s, Humidity=%s" % (t,p,h)

   sense.show_message(msg, scroll_speed=0.05)

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

while True:

t = sense.get_temperature()

p = sense.get_pressure()

h = sense.get_humidity()

t = round(t, 1)

p = round(p, 1)

h = round(h, 1)

msg = "Temperature = %s, Pressure=%s, Humidity=%s" % (t,p,h)

sense.show_message(msg, scroll_speed=0.05)

即使在命令列中刪除這條語句也不會有問題，但是如果在系統運行時強制終止，那麼LED可能會一直處於點亮狀態。（LED不會自動斷路，會一直保持終止時的狀態）。我們建議您的程式不是無限迴圈或不會從IDLE中刪除該語句。

如上述視訊所示，LED矩陣顯示如下字串：“Temperature = 33.4，Pressure = 1010.8，Humidity = 33.8”。因此我獲取的結果如下：溫度33.4 °C；氣壓1010.8 hPa；濕度33.8%。

由於Raspberry Pi產生的熱量，感測器感測到的溫度超過了30度。雖然該數值與實際溫度存在很大偏差，但是不失為針對熱散逸的一種對策（測量主體溫度）。

Scrolling_env.py

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

while True:

   t = sense.get_temperature()

   p = sense.get_pressure()

   h = sense.get_humidity()

   t = round(t, 1)

   p = round(p, 1)

   h = round(h, 1)

   if t > 18.3 and t < 26.7:

       bg = [0, 100, 0]  # green

   else:

       bg = [100, 0, 0]  # red

   msg = "Temperature = %s, Pressure=%s, Humidity=%s" % (t, p, h)

   sense.show_message(msg, scroll_speed=0.05, back_colour=bg)

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

while True:

t = sense.get_temperature()

p = sense.get_pressure()

h = sense.get_humidity()

t = round(t, 1)

p = round(p, 1)

h = round(h, 1)

if t > 18.3 and t < 26.7:

bg = [0, 100, 0] # green

else:

bg = [100, 0, 0] # red

msg = "Temperature = %s, Pressure=%s, Humidity=%s" % (t, p, h)

sense.show_message(msg, scroll_speed=0.05, back_colour=bg)

上面的代碼會警告您國際空間站的溫度是否異常。沒有問題時（18.3℃至26.7℃），溫度數值的顯示背景為綠色；出現異常時，溫度數值的顯示背景為紅色。在上面的視訊中，溫度感測器顯示溫度數值為34.2度，因此顯示在紅色背景中。

陀螺儀 · 加速度感測器 · 地磁感測器

圖2

濕度和壓力感測器旁邊有一個“慣性測量單元（IMU：加速度計、陀螺儀、地磁計）”。

陀螺儀 – 維基百科

陀螺儀是一個旋轉輪子或圓盤，其旋轉軸線可以是任意方向。（它是檢測物體的角度（姿態）、角速度或角加速度的儀器或裝置。）

加速度計 – 維基百科

加速度計是一種可以測量正確加速度的裝置。（小型加速度計（加速度感測器）通過MEMS技術製造。MEMS加速度計廣通用於汽車安全氣囊、汽車導航/傾斜儀、遊戲控制器等領域）

加速度 – 維基百科

在物理學中，加速度是物體的速度相對於時間的變化率。根據牛頓第二定律，物體的加速度是作用在物體上的所有力的最終結果。加速度是向量（它們有大小和方向）。

地磁感測器 – 維基百科

磁力計是一種測量磁性的儀器，比如鐵磁體這種磁性材料的磁化，或者某個特定位置上磁場的方向、強度或相對變化。

我發現角速度、角加速度和加速度這幾個概念掌握起來比較困難。角速度是指物體旋轉的速度；角加速度是轉速的變化率（角速度）；加速度是速度隨方向的變化率（速度）。

關於磁場，讓我們來看看指南針如何在Sense HAT中工作。到目前為止，我並不清除指南針如何使用，但是我們試著來運行一個示例代碼。

首先，我將使用陀螺儀來獲取Raspberry Pi的方向。要處理這個感測器，您需要瞭解以下三個術語：Pitch（俯仰）、Roll（翻滾）和Yaw（偏航）。

機體坐標系 – 維基百科

飛行中的飛機擁有三個自由旋轉維度：俯仰，繞機翼之間的軸線上抬或下降；偏航，繞豎直軸線向左或向右搖晃；翻滾，繞機頭至機尾之間的軸線旋轉。

圖3

上圖展示了Sense HAT中的軸。

get_orientation

調用上文的 get_orientation_degrees。

get_orientation_degrees

利用飛機的俯仰、翻滾和偏航主軸獲取當前方向，單位為度。

get_orientation函數會獲取Raspberry Pi（Sense HAT）相對於水平面傾斜的數值。

這些數值返回到Python字典中。在其他語言中，這與關聯陣列類似。

代碼示例

pitch, roll, yaw = sense.get_orientation().values()
print("pitch=%s, roll=%s, yaw=%s" % (pitch,yaw,roll))

1 2	pitch, roll, yaw = sense.get_orientation().values() print("pitch=%s, roll=%s, yaw=%s" % (pitch,yaw,roll))

這三個變數的賦值方法請點擊這裡，參見官網。我對多變數賦值並不是很熟悉。

代碼示例

orientation = sense.get_orientation()
print("p: {pitch}, r: {roll}, y: {yaw}".format(**orientation))

1 2	orientation = sense.get_orientation() print("p: {pitch}, r: {roll}, y: {yaw}".format(**orientation))

下面的代碼（API參考）顯示了一種將字典保持原樣並將變數單獨設定為輸出的方法。

代碼示例

orientation = sense.get_orientation()
print("p: %s, r: %s, y: %s" % (orientation["pitch"],orientation["roll"],orientation["yaw"]))

1 2	orientation = sense.get_orientation() print("p: %s, r: %s, y: %s" % (orientation["pitch"],orientation["roll"],orientation["yaw"]))

代碼越長，更容易瞭解發生了什麼，即使是Python初學者也是如此。

Orientation2.py

代碼示例

from sense_hat import SenseHat
import time
 
sense = SenseHat()
 
while True:
    orientation = sense.get_orientation()
    p=round(orientation["pitch"], 0)
    r=round(orientation["roll"], 0)
    y=round(orientation["yaw"], 0)
    print("p: %s, r: %s, y: %s" % (p,r,y))
    time.sleep(1)

from sense_hat import SenseHat

import time

sense = SenseHat()

while True:

orientation = sense.get_orientation()

p=round(orientation["pitch"], 0)

r=round(orientation["roll"], 0)

y=round(orientation["yaw"], 0)

print("p: %s, r: %s, y: %s" % (p,r,y))

time.sleep(1)

我嘗試向各個方向傾斜Raspberry Pi，同時以1秒的間隔輸出Pitch、Roll和Yaw的數值。您可以看到數值正在改變，如上圖所示。如果將Raspberry Pi邊對邊地翻轉，那麼Pitch的值會發生變化。如果您把它倒置，Roll的數值會發生變化；如果您水平旋轉Pi，Yaw數值會變化。

我注意到即使我沒有行動Pi，數值也會發生輕微變化。難道是周圍有什麼東西造成了數值變化嗎…？

Get_accelerometer_raw

獲取原始x軸、y軸和z軸的加速度資料。

Acceleration.py

代碼示例

from sense_hat import SenseHat
 
sense = SenseHat()
 
while True:
    acceleration = sense.get_accelerometer_raw()
    x = acceleration['x']
    y = acceleration['y']
    z = acceleration['z']
 
    x=round(x, 0)
    y=round(y, 0)
    z=round(z, 0)
 
    print("x=%s, y=%s, z=%s" % (x, y, z))