基于樹莓派實(shí)現(xiàn)的可視門鈴設(shè)計(jì)方案

PiNG Video Doorbell 由 Raspberry Pi 提供支持，當(dāng)訪客按下按鈕時(shí)，它會(huì)使用 Google Duo 在您的手機(jī)上與您進(jìn)行視頻通話。

PiNG Video Doorbell 由 Raspberry Pi 提供動(dòng)力，復(fù)古風(fēng)格地裝在 1986 年對(duì)講機(jī)和老式 Sony 磁帶播放器中。

當(dāng)按下門鈴按鈕時(shí)，Pi 會(huì)使用Google Duo進(jìn)行高質(zhì)量的視頻通話，可以在手機(jī)、平板電腦或電腦上接聽。讓您在出門在外時(shí)（或在家但被貓咪困住時(shí)），可以通過(guò) WiFi 和蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，因此您甚至可以在外出散步時(shí)開門。

它還會(huì)在屋內(nèi)發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線門鈴作為故障保險(xiǎn)，以防無(wú)法接聽電話。

設(shè)置和代碼非常簡(jiǎn)單，請(qǐng)繼續(xù)閱讀，我將展示如何在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)以低于 50 英鎊的價(jià)格從頭開始制作自己的視頻門鈴（如果您已經(jīng)擁有 Pi 和一些組件，則幾乎不再需要任何額外的費(fèi)用）。

我一直想用 Raspberry Pi 制作視頻門鈴，但直到最近我還沒(méi)有找到一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)進(jìn)行視頻通話。既可以在項(xiàng)目中使用，又可以讓其他人直接重新創(chuàng)建。然而，這一切在最近發(fā)生了變化，當(dāng)我讀到有關(guān)基于瀏覽器的 Google Duo 版本已經(jīng)發(fā)布的報(bào)道恍然大悟——這意味著它可以在不安裝專用應(yīng)用程序的情況下運(yùn)行。

我已經(jīng)研究過(guò)使用 Skype 和 WhatsApp 進(jìn)行 Pi 通話的挑戰(zhàn)，之后我正準(zhǔn)備安裝 Android 以嘗試使用 Google Duo，但由于無(wú)法輕松集成 GPIO 接口而被推遲，直到上面那則振奮人心的消息。

閱讀完文章后，我首先在我的 Windows 筆記本電腦上測(cè)試了 Duo，然后迅速在我的車間機(jī)器 Pi 2 上嘗試使用 Chromium。這并不順利，出現(xiàn)了 Duo 網(wǎng)站并讓我登錄，但是沒(méi)有顯示我的聯(lián)系人列表或任何更改設(shè)置的選項(xiàng)。我決定考慮使用其他瀏覽器（文章說(shuō)它也適用于 Firefox 和 Safari），并在更強(qiáng)大的 Pi 3 上進(jìn)行測(cè)試。

我在 Pi 3 上連接了一個(gè)羅技網(wǎng)絡(luò)攝像頭，然后啟動(dòng)了 Chromium，令我驚訝的是，在調(diào)整了一些設(shè)置后，幾秒鐘后我就可以在客廳里給我妻子打電話了。我測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)攝像頭有一個(gè)內(nèi)置麥克風(fēng)，即使在第一次綜合測(cè)試通話中，質(zhì)量也很棒。這是一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)刻，釋放了可視門鈴項(xiàng)目的潛力以及許多其他可能性。

因此，使用鍵盤、鼠標(biāo)和屏幕進(jìn)行視頻通話無(wú)疑是一種選擇——但是如何使用無(wú)頭樹莓派和一些按鈕進(jìn)行這項(xiàng)工作呢？

應(yīng)用操作

讓 Duo 在 Chromium 中運(yùn)行很棒，我以為我只是全屏運(yùn)行它，但后來(lái)（實(shí)際上是偶然）我意識(shí)到它可能會(huì)“耗盡瀏覽器”運(yùn)行，就像您可以“安裝”網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序一樣在 Windows PC 上 - 方法如下：

轉(zhuǎn)到 Pi 上 Chromium 中的 Google Duo 站點(diǎn) （https://duo.google.com/）

使用您要用來(lái)?yè)艽蜷T鈴的 Google 帳戶登錄

單擊三個(gè)點(diǎn)（漢堡包）》 安裝 Google Duo（如果您使用的不是最新的 Raspbian，則可能需要選擇更多工具 》 添加到桌面

在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊“添加”

- 桌面上會(huì)出現(xiàn)一個(gè) Google Duo 快捷方式

然后雙擊桌面上的圖標(biāo) Duo 打開，但就像一個(gè)應(yīng)用程序，沒(méi)有通常的 Chromium 家具。我不確定以這種方式運(yùn)行它是否使用更少的 Pi 資源（似乎有意義？）但它確實(shí)使界面更清晰。

經(jīng)過(guò)一些測(cè)試后，我為門鈴設(shè)置了一個(gè)單獨(dú)的谷歌帳戶并將其鏈接到安卓手機(jī)上的電話號(hào)碼，但如果你有一個(gè)現(xiàn)有的谷歌帳戶并且你很樂(lè)意將它用于門鈴，你可能不需要這樣做。

它不會(huì)在每次啟動(dòng)時(shí)記住您的登錄詳細(xì)信息，但是一旦您打開它就會(huì)保持登錄狀態(tài)，我的已經(jīng)運(yùn)行了一個(gè)多星期而無(wú)需觸摸它。在進(jìn)行測(cè)試呼叫之前，您需要確保網(wǎng)絡(luò)攝像頭已插入并選擇音頻源，方法是單擊“cog”設(shè)置圖標(biāo)和“Manage Sources”?？捎玫柠溈孙L(fēng)和揚(yáng)聲器選項(xiàng)很簡(jiǎn)單，您可以播放測(cè)試聲音以確保它們正確 - 您必須在第一次執(zhí)行此操作時(shí)在彈出窗口中授予權(quán)限，并且可能需要根據(jù)您的網(wǎng)絡(luò)攝像頭進(jìn)行試驗(yàn)/音頻設(shè)置。

保存源后，將視頻形狀設(shè)置為寬也是一個(gè)好主意，以便在門鈴呼叫您時(shí)盡可能多地看到。要執(zhí)行此操作，請(qǐng)單擊聯(lián)系人，就像您要撥打電話一樣，然后單擊視頻預(yù)覽右上角的“顯示寬視頻”矩形，然后按 X 返回。此設(shè)置將被記住，直到 Pi 重新啟動(dòng)。

鼠標(biāo)地圖

如果 Duo 是一個(gè)完整的應(yīng)用程序，那么命令行選項(xiàng)可能可用，例如啟動(dòng)應(yīng)用程序并立即呼叫特定聯(lián)系人。在沒(méi)有這個(gè)（現(xiàn)在？）的情況下，我需要找到一種通過(guò)按下 GPIO 按鈕自動(dòng)開始通話的方法。

為此，我使用了 Python 模塊PyUserInput ，它可以讓您對(duì)鼠標(biāo)移動(dòng)、點(diǎn)擊和鍵盤敲擊進(jìn)行編程。

我的想法是設(shè)置一個(gè)腳本來(lái)等待按鈕按下，然后將鼠標(biāo)移動(dòng)到“聯(lián)系人”文本框，輸入聯(lián)系人的姓名，按“Enter”并單擊“視頻通話”。Duo 記得最后聯(lián)系的人并將他們顯示在屏幕中央，但我不想依賴這個(gè)，以防門鈴叫錯(cuò)人（因?yàn)檫@曾經(jīng)就在測(cè)試中發(fā)生過(guò)）！

10讓鼠標(biāo)在正確的位置單擊（讓應(yīng)用程序全屏幫助）并找到正確的擊鍵來(lái)模擬“Enter”鍵需要一些試驗(yàn)和錯(cuò)誤，但它很有趣。在 GitHub 頁(yè)面上還有一個(gè)名為 Position.py 的小腳本，用于顯示鼠標(biāo)坐標(biāo)，非常有用。

解決了這個(gè)問(wèn)題后，我添加了更多代碼來(lái)根據(jù) GPIO 按鈕單擊啟動(dòng)鼠標(biāo)移動(dòng)。這在測(cè)試中效果很好，一旦電話掛斷，樹莓派就會(huì)回到原來(lái)的屏幕，所以當(dāng)再次按下門鈴按鈕時(shí)，它會(huì)重復(fù)同樣的動(dòng)作。

軟件設(shè)置

經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)后，我將設(shè)置過(guò)程改進(jìn)為以下步驟。

全新（完整）安裝 Raspbian 后，最好在連接顯示器的情況下完成以下大部分設(shè)置。首先啟用 VNC 服務(wù)器，最好登錄/創(chuàng)建一個(gè) VNC 帳戶，以盡可能簡(jiǎn)單地連接到 Pi。在 Pi 無(wú)頭運(yùn)行的情況下，您需要在啟動(dòng)后連接并登錄 Duo，這很簡(jiǎn)單，只需要幾秒鐘 - 我通常只使用手機(jī)來(lái)完成此操作。

VNC 可以在 Start 》 Preferences 》 Raspberry Pi Configuration（接口選項(xiàng)卡）下啟用。因?yàn)?Pi 將無(wú)頭運(yùn)行，我們還需要告訴它假設(shè)連接了 HDMI 顯示器，并手動(dòng)設(shè)置分辨率（系統(tǒng)選項(xiàng)卡），以便腳本中的鼠標(biāo)命令與 Web 應(yīng)用程序上的元素對(duì)齊。我選擇了選項(xiàng) 19，1280x720，如果您使用不同的分辨率，您可能需要在 PiNG.py 腳本中編輯鼠標(biāo)坐標(biāo)。

接下來(lái)我們需要從終端安裝PyUserInput ：

pip3 install PyUserInput

。。。然后從GitHub將PiNG.py 腳本下載到 Pi 上，我只是將它彈出到主 Pi 文件夾中。為了避免在每次重新啟動(dòng)后啟動(dòng)腳本，值得通過(guò)編輯全局自動(dòng)啟動(dòng)文件將其設(shè)置為在桌面加載后自動(dòng)運(yùn)行：

sudo nano /etc/xdg/lxsession/LXDE-pi/autostart

并在底部添加以下行以指向腳本位置：

@python3 /home/pi/PiNG.py

重新啟動(dòng)后，腳本應(yīng)自動(dòng)運(yùn)行。

由于 Pi 可能會(huì)等待一段時(shí)間讓門鈴響起（除非你真的很受歡迎），所以最好禁用默認(rèn)的屏幕調(diào)光，因?yàn)檫@可能會(huì)干擾鼠標(biāo)點(diǎn)擊。與直覺(jué)相反，實(shí)現(xiàn)此目的的最佳方法是安裝 Xscreensaver：

sudo apt-get install xscreensaver

安裝后，您可以配置屏幕保護(hù)程序選項(xiàng)（開始 》 首選項(xiàng) 》 屏幕保護(hù)程序）并將其設(shè)置為禁用。

它本質(zhì)上只是對(duì)門鈴按鈕進(jìn)行編程，以執(zhí)行一系列鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)控制屏幕上的 Duo Web 應(yīng)用程序。除了它不是真的在屏幕上，因?yàn)?Pi 是無(wú)頭運(yùn)行的。

如果您已完成上述操作并且 Pi 已重新啟動(dòng)，您應(yīng)該能夠斷開顯示器（如果您使用過(guò)顯示器），通過(guò) VNC 從手機(jī)或 PC 連接到 Pi 并登錄 Duo，將其設(shè)置為 full-屏幕，選擇音頻源并設(shè)置視頻寬度，如上所述。完成后，您可以斷開 VNC 連接，門鈴就可以使用了！

音頻

我知道音頻對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目很重要，因?yàn)槿绻]遞員聽不到你的聲音，那么遠(yuǎn)程與他交談是沒(méi)有意義的！我決定使用Pimoroni pHAT BEAT ，因?yàn)槲矣幸粋€(gè)方便的——盡管在某些方面對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)有點(diǎn)矯枉過(guò)正。

我真的只需要一個(gè)門鈴單聲道輸出，但 pHAT BEAT 為兩個(gè)揚(yáng)聲器提供立體聲輸出，以及一個(gè)漂亮的 LED VU 表。

將 pHAT 用于音頻的唯一復(fù)雜之處在于它會(huì)位于 GPIO 接頭上的所有引腳上——我需要其中的一些來(lái)連接門鈴按鈕和 LED。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我在去年的Raspberry Fields的派對(duì)包中添加了一頂 pico hat hack3r 。這是一個(gè)小巧但非常方便的電路板，基本上將 GPIO 輸出一分為二，讓您在連接 HAT 的同時(shí)仍然暴露一整套 GPIO 引腳。雖然這很好，但您必須小心不要與 HAT 已經(jīng)使用的引腳沖突，所以我仔細(xì)檢查了pinout.xyz并決定如下：

門鈴按鈕 - GPIO22（引腳 15）和隔壁的 3v3（引腳 17）

通知 LED - GPIO9 正極（引腳 21，通過(guò)電阻器），引腳 25 處負(fù)極

隨著網(wǎng)絡(luò)攝像頭、音頻、按鈕和 LED 連接并正常工作，我現(xiàn)在有了一個(gè)可以工作的視頻門鈴——盡管它分布在整個(gè)工作臺(tái)上。接下來(lái)我需要考慮如何使用它以及它會(huì)是什么樣子。

額外的鐘聲

設(shè)置在替補(bǔ)席上運(yùn)行良好，但 IRL 會(huì)發(fā)生什么？我想在外面只有一個(gè)門鈴來(lái)避免混亂的訪客，但同時(shí)想知道如果有人在我無(wú)法接聽電話的情況下按門鈴，或者如果有人在房子里沒(méi)有聽到會(huì)發(fā)生什么雙人電話打來(lái)。

這些擔(dān)憂的答案是在構(gòu)建中包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線門鈴發(fā)射器，它可以與我們現(xiàn)有的房子里的鈴聲配對(duì)。這樣，即使構(gòu)建的 Pi 部分由于某種原因停止工作，“正常”的門鈴也會(huì)響起。

案例邏輯

一旦我證明了代碼可以工作，接下來(lái)的事情就是決定該項(xiàng)目的案例。我希望它顯然是一個(gè)門鈴，但出于明顯的安全原因，我不喜歡將一個(gè)完全連接的 Pi 掛在我家外面的想法。

我決定將項(xiàng)目一分為二——在屋外安裝一個(gè)門鈴單元，連接到屋內(nèi)的 Pi 基站。朝這個(gè)方向發(fā)展有幾個(gè)很好的理由：

更少的組件可以擠入外殼并暴露在元素中

屋內(nèi)更好的 WiFi 信號(hào)，增加了以太網(wǎng)選項(xiàng)

更容易執(zhí)行維護(hù)和升級(jí)

將我珍貴的 Pi 3B+ 固定在鎖著的門后面

在網(wǎng)絡(luò)攝像頭上做出決定很容易——我的一個(gè)MotionEye安全攝像頭已經(jīng)使用 Microsoft Lifecam HD 3000 和 Pi Zero 24/7 運(yùn)行了兩年多，所以這是一個(gè)合乎邏輯的選擇——尤其是因?yàn)樗幸粋€(gè)集成的麥克風(fēng)。許多其他網(wǎng)絡(luò)攝像頭與 Pi 配合得很好，你甚至可以使用標(biāo)準(zhǔn)的 Pi 攝像頭——不過(guò)你需要一個(gè)單獨(dú)的麥克風(fēng)來(lái)捕捉音頻。

外部設(shè)備也很簡(jiǎn)單，1986 年的對(duì)講機(jī)！前段時(shí)間我買了 3 件這樣的復(fù)古設(shè)備，并且在 2017 年只在Google Pi Intercom項(xiàng)目中使用了一個(gè)，所以備件很方便——而且我已經(jīng)熟悉它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且相信我可以讓所有東西都適合。

對(duì)于內(nèi)部基本單元，我考慮只使用標(biāo)準(zhǔn)塑料項(xiàng)目盒，但由于當(dāng)?shù)?Maplin 已關(guān)閉，選擇合適的匹配并不容易 - 所以我決定重新使用一些更舊的技術(shù)并安裝 Pi在一個(gè)舊的磁帶播放器里面。由于有足夠的空間，所以效果非常好 - 這意味著 VU 表 LED 可以通過(guò)磁帶窗口顯示，這是一種方便的額外觸摸。我還能夠?qū)⒑惺酱艓Рシ牌鞯脑紦P(yáng)聲器連接到 Phat Beat 上的備用輸出 - 這意味著鈴聲和語(yǔ)音將在屋內(nèi)和室外播放。

要將兩個(gè)單元連接在一起，我決定使用 6 芯報(bào)警電纜，因?yàn)樗浅１∏乙子谑褂?，可以在每端添加一個(gè)連接塊。

與往常一樣，這些箱子在準(zhǔn)備好使用之前需要進(jìn)行一些拆卸和修改，所以一旦我剝離了原始電路，我就開始使用旋轉(zhuǎn)工具清理內(nèi)部。

對(duì)講機(jī)是第一個(gè)，我不得不砍掉一個(gè)塑料柱為網(wǎng)絡(luò)攝像頭騰出空間，為廣角鏡頭切出一個(gè)孔，并打磨掉許多突出物，以使揚(yáng)聲器之類的東西更容易安裝。一旦我有了一塊空白畫布，我就會(huì)考慮如何適應(yīng)各種組件。我需要騰出空間：

一個(gè)新的揚(yáng)聲器

兩個(gè)杠桿微動(dòng)開關(guān)

無(wú)線門鈴電路

網(wǎng)絡(luò)攝像頭

電纜連接塊

LED的小型原型板電路

以及最初的開關(guān)和機(jī)制 - 起初看起來(lái)很寬敞，但現(xiàn)在我開始懷疑了。

為了使這個(gè)過(guò)程更容易，我使用了Hitachi Pi TV Conversion 的一個(gè)方便的技巧，并首先構(gòu)建了一個(gè)有機(jī)玻璃底盤來(lái)容納所有組件。有機(jī)玻璃絕對(duì)是最理想的，因?yàn)槟梢栽跇?biāo)記在哪里切割孔時(shí)看到它。首先，我將它粗略地切割成合適的尺寸，然后鉆孔，這樣它就可以安裝在對(duì)講機(jī)現(xiàn)有的螺絲柱上。從這里我一個(gè)一個(gè)地添加組件，鉆孔和切割孔以適合它們或?yàn)樗鼈凃v出空間。這樣做的另一個(gè)好處是我能夠在最終組裝之前測(cè)試一切是否正常！

為了使網(wǎng)絡(luò)攝像頭適合，我必須小心地切掉它的很多塑料外殼，這樣它就可以直接粘在廣角鏡頭后面 - 如果你需要這樣做，首先要撬開它的前面，不要砍掉像我一樣用剪線鉗和鉗子在后面！

我對(duì)盒式磁帶播放器不那么挑剔，并且無(wú)情地剝離了所有電路和組件，只留下一個(gè)空盒子。像大按鈕這樣的化妝品部件只是熱粘合到位，我用一個(gè)紅色的按鈕填充了一個(gè)破碎的小燈窗孔。

為了讓 pi 放在磁帶窗口后面的正確位置，我首先將一個(gè)樂(lè)高板熱粘到一個(gè)舊的Pi 盒的底部。然后，我在磁帶播放器內(nèi)的正確位置熱粘合了一個(gè)匹配的板，以制作一個(gè)很好的半永久性配件 - GPIO 引腳可以在磁帶門打開的情況下使用，但我想確保我可以將 Pi 取出來(lái)更換SD卡等沒(méi)有任何麻煩。我已經(jīng)學(xué)會(huì)了提前計(jì)劃未來(lái)拆卸和維護(hù)的艱難方法！最后，我在磁帶播放器的外部切掉了一些插槽，以便在組裝后仍然可以使用 USB 和 HDMI 端口，以防萬(wàn)一。

組裝和繪畫

將有機(jī)玻璃底盤試裝到對(duì)講機(jī)中后，我給它涂了一層油漆 - 我為顏色苦惱了一段時(shí)間，試圖在白色、亞光黑色和棕色之間進(jìn)行選擇，但選擇了“Claret Red”進(jìn)行更改。

最終組裝非常簡(jiǎn)單，我將對(duì)講機(jī)底盤熱粘合到最后的外殼上，還將無(wú)線門鈴電路安裝在設(shè)備背面，以便于更換電池。最后一項(xiàng)工作是添加一個(gè)銘牌，我只是用不同的字體大小打印出來(lái)的——但是當(dāng)我開始添加這個(gè)時(shí)，我意識(shí)到一些熱膠從表殼上的一個(gè)小孔中滲出，蔓延到整個(gè)新鮮的油漆并堵塞銘牌槽。