用Raspberry Pi和SensorMedal制作IoT跳繩設(shè)備：用SensorMedal檢測跳躍次數(shù)并在顯示器上顯示

第一部分：用跳繩測試儀解決運(yùn)動(dòng)不足問題！

大家好，我是吉田！

在第一部分中，我們簡要介紹了本項(xiàng)目以及所需的準(zhǔn)備工作，從第二部分開始，我們將著手制作這款旨在解決運(yùn)動(dòng)不足問題的跳繩設(shè)備。首先，讓我們嘗試在跳繩上附加SensorMedal，并檢測跳躍次數(shù)吧。在四位顯示器上以數(shù)字形式顯示次數(shù)，可以方便您隨時(shí)查看跳躍次數(shù)。

本部分所需部件

跳繩

ROHM SensorMedal（SensorMedal-EVK-002）

Raspberry Pi zero（Raspberry Pi Zero W）

FOUR LETTER LED PHAT

本部分的流程

用SensorMedal進(jìn)行跳繩計(jì)數(shù)

在四位顯示器上顯示

跳繩并顯示次數(shù)

總結(jié)

1. 用SensorMedal進(jìn)行跳繩計(jì)數(shù)

在制作跳繩設(shè)備時(shí)，需要準(zhǔn)備一根跳繩。對(duì)跳繩沒有格外要求，如果可能的話，最好使用手柄較粗較長的，這樣更容易操作。

然后，考慮計(jì)算跳躍次數(shù)的方法。最直接的辦法就是對(duì)跳繩旋轉(zhuǎn)部分每轉(zhuǎn)一圈計(jì)一次這樣進(jìn)行計(jì)數(shù)。這個(gè)可以通過將磁鐵等連接到跳繩的旋轉(zhuǎn)端并用霍爾傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測來實(shí)現(xiàn)。然而，在旋轉(zhuǎn)部分安裝霍爾傳感器并安裝用來獲取檢測結(jié)果的電路，還涉及到空間問題，難度較高。

這次我們使用SensorMedal的加速度傳感器來檢測跳繩手柄部分的加速度，并作為跳躍次數(shù)來計(jì)數(shù)。這樣的話，還可以捕捉雙飛和雙臂交叉跳等的動(dòng)作，也許還可以檢測出跳法。

現(xiàn)在，我們先將紐扣電池CR2450裝入SensorMedal中并打開電源。用扎帶等將已經(jīng)接通電源的SensorMedal連接到跳繩的手柄上。SensorMedal很輕，而且尺寸不大，所以我認(rèn)為裝上它并不會(huì)妨礙跳繩。

接下來，準(zhǔn)備用Raspberry Pi Zero來接收這個(gè)SensorMedal的傳感器值。另外，安裝一個(gè)名為“bluepy”的庫，以便用藍(lán)牙將Raspberry Pi和SensorMedal連接起來。

然后，使用Github（http://github.com/bokunimowakaru/SensorMedal2）上的便利程序來顯示從SensorMedal接收到的數(shù)值。使用“git clone”下載程序。

運(yùn)行示例程序ble_logger_SensorMedal2.py。

pi@raspizero:~ $ sudo pip3 install bluepy
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting bluepy 
Installing collected packages: bluepy
Successfully installed bluepy-1.3.0

pi@raspizero:~ $ sudo git clone http://github.com/bokunimowakaru/SensorMedal2
Cloning into 'SensorMedal2'...
Unpacking objects: 100% (78/78), done.

pi@raspizero:~ $ cd SensorMedal2/
pi@raspizero:~/SensorMedal2 $ sudo python3 ble_logger_SensorMedal2.py
Device c5:xx:yy:zz::d0 (random), RSSI=-65 dB
  Short Local Name = ROHMMedal2_0107_01.00
  Flags = 06
  Incomplete 16b Services = 0000180a-0000
  Manufacturer = 0100c86abcdef
    ID            = 0x1
    SEQ           = 188
    Temperature   = 27.99 ℃
    Humidity      = 71.52 %
    Pressure      = 998.578 hPa
    Illuminance   = 93.3 lx
    Accelerometer = 1.453 g ( 0.062 0.844 1.181 g)
    Geomagnetic   = 92.6 uT ( -15.8 -58.0 -70.4 uT)
    Magnetic      = 0x3
    Steps         = 8 歩
    Battery Level = 90 %
    RSSI          = -65 dB

作為加速度，SensorMedal輸出Accelerometer上的x、y 、z軸的加速度，以及合成的重力加速度(g)。在前面的圖中，跳繩時(shí)的重力加速度為2?4g，SensorMedal以相似的形式，檢測到一定的重力加速度，并輸出Steps的值。這次我們將使用這個(gè)數(shù)值作為跳繩時(shí)的跳躍次數(shù)。
另外，還需要計(jì)算一下跳繩時(shí)消耗的卡路里。在第一部分的文章中，提到過通過卡路里計(jì)算，可知每分鐘跳100次左右、跳30分鐘消耗的卡路里是270大卡，所以我們直接使用這個(gè)數(shù)值。
（每跳一次消耗的卡路里=270大卡/30*100次≒0.1大卡/次）

使用了該數(shù)值的Python程序ble_jump.py如下：

pi@raspizero:~/SensorMedal2 $ sudo cp ble_logger_SensorMedal2.py ../Programs/ble_jump.py

--- 下面的第5?7、第12、第16?18、第42?55行是更改或添加部分 ---

interval = 1 #動(dòng)作間隔
start_seq = 0
jump_cnt = 0

---
    # 每個(gè)BLE設(shè)備的接收數(shù)據(jù)處理
    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[0:18] == 'ROHMMedal2_xxxx_xx': # 在xxxx_xx中輸入您使用的SensorMedal編號(hào)
                print(“JUMP!”)
                isRohmMedal = True
            if isRohmMedal and desc == 'Manufacturer':
---
               # 在顯示器上顯示
                print('    ID            =',sensors['ID'])
                print('    SEQ           =',sensors['SEQ'])
                “”” print('    Temperature   =',round(sensors['Temperature'],2),'℃')
                print('    Humidity      =',round(sensors['Humidity'],2),'%')
                print('    Pressure      =',round(sensors['Pressure'],3),'hPa')
                print('    Illuminance   =',round(sensors['Illuminance'],1),'lx')
                print('    Accelerometer =',round(sensors['Accelerometer'],3),'g (',
                                            round(sensors['Accelerometer X'],3),
                                            round(sensors['Accelerometer Y'],3),
                                            round(sensors['Accelerometer Z'],3),'g)')
                print('    Geomagnetic   =',round(sensors['Geomagnetic'],1),'uT (',
                                            round(sensors['Geomagnetic X'],1),
                                            round(sensors['Geomagnetic Y'],1),
                                            round(sensors['Geomagnetic Z'],1),'uT)')
                print('    Magnetic      =',sensors['Magnetic'])
                print('    Steps         =',sensors['Steps'],'歩')
                print('    Battery Level =',sensors['Battery Level'],'%')
                print('    RSSI          =',sensors['RSSI'],'dB') ”””

                SEQ = sensors['SEQ']
                jump_cnt = sensors['Steps']

                if SEQ in [0,1] and jump_cnt == 0:
                    start_seq+= 1
                    print(“START!")
                else:
                    last_cnt = jump_cnt

                if start_seq >= 1:
                    cur_cnt = jump_cnt
                    cur_cal = round(cur_cnt*0.1,1)
                    jump_text= str(cur_cnt)+" Jump "+str(cur_cal)+" Cal"
                    print(jump_text)

               '''
                for key, value in sorted(sensors.items(), key=lambda x:x[0]):
                    print('    ',key,'=',value)
                '''

像sudo python3 ble_jump.py一樣運(yùn)行這個(gè)程序后，按一下SensorMedal上的開關(guān)?，F(xiàn)在，可以跳繩了！您看到如下顯示的跳躍次數(shù)和燃燒的卡路里了嗎？

2. 在四位顯示器上顯示

獲得跳躍次數(shù)后，我們嘗試在手邊顯示該數(shù)值吧。這次我們使用可與Raspberry Pi Zero完美兼容的Pimoroni的四位顯示器。這個(gè)顯示器由每個(gè)字符的顯示器和電路板組成，所以需要把它們焊接起來。

下面的照片是焊接好的狀態(tài)（焊得有點(diǎn)粗糙）。

焊接完成后，將Pimoroni提供的庫安裝到Raspberry Pi上。請(qǐng)?jiān)L問下面的Github：

[ Pimoroni 四位顯示器的 Github https://github.com/pimoroni/fourletter-phat ]

或者只需使用Raspberry Pi運(yùn)行以下命令進(jìn)行安裝：

$ curl https://get.pimoroni.com/fourletterphat | bash

安裝完成后，將會(huì)在名為“Pimoroni”的目錄下找到一個(gè)名為“fourletter-phat”的顯示示例程序。在這個(gè)示例程序中，讓我們運(yùn)行一下程序 (clock.py)，顯示當(dāng)前時(shí)間作為時(shí)鐘。

$ python ~/Pimoroni/fourletter-phat/examples/clock.py

當(dāng)前時(shí)間顯示如下：

3. 跳繩并顯示次數(shù)

我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了四位數(shù)字的顯示，現(xiàn)在我們嘗試顯示跳繩時(shí)的跳躍次數(shù)。只需復(fù)制ble_jump.py并添加下面的淺藍(lán)色部分即可創(chuàng)建為ble_jump_4d.jpy。

pi@raspizero:~/Programs $ sudo cp ble_jump.py ble_jump_4d.py

--- 下面的第4、11、12行為更改或添加部分 ---
import fourletterphat
---
                if start_seq >= 1:
                    cur_cnt = jump_cnt
                    cur_cal = round(cur_cnt*0.1,1)
                    jump_text= str(cur_cnt)+" Jump "+str(cur_cal)+" Cal"
                    print(jump_text)
                    fourletterphat.print_number_str(cur_cnt)
                    fourletterphat.show()
               '''
                for key, value in sorted(sensors.items(), key=lambda x:x[0]):
                    print('    ',key,'=',value)
                '''

最后，讓我們更細(xì)致地安裝SensorMedal和Raspberry Pi。首先，我決定將它們安裝到跳繩手柄上方相對(duì)平坦的位置。使用較大刀具等在上部開一個(gè)孔，以便Raspberry Pi Zero的引腳正好嵌入進(jìn)去。在開孔位置的背面安裝Raspberry Pi，正面安裝四位顯示器。

注意不要讓它們干涉繩索部分，將Raspberry Pi和四位顯示器固定在開孔的兩面安裝好之后，跳繩設(shè)備就制作完成啦！

現(xiàn)在讓我們運(yùn)行ble_jump_4d.py并開始跳繩吧！

4. 總結(jié)

至此，我們成功地使用Raspberry Pi和SensorMedal實(shí)現(xiàn)了跳繩的數(shù)字化，并關(guān)聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)初的計(jì)劃是制作一款通過輕松的跳繩運(yùn)動(dòng)來助力解決運(yùn)動(dòng)不足問題的設(shè)備。

我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本的功能：跳躍次數(shù)計(jì)量和顯示次數(shù)。您可以試用一下這款跳繩，看看它是否能夠正確計(jì)數(shù)。

在下一部分中，我們會(huì)將創(chuàng)建激發(fā)動(dòng)力的機(jī)制，將跳繩連接到互聯(lián)網(wǎng)，以保存和顯示以往的次數(shù)和消耗的卡路里。

敬請(qǐng)期待！

本系列連載一覽

第一部分：用跳繩測試儀解決運(yùn)動(dòng)不足問題！
第二部分：用SensorMedal檢測跳躍次數(shù)并在顯示器上顯示（本章）
第三部分：連接Google Drive，保存并查看跳繩結(jié)果
第四部分：在設(shè)備上安裝顯示器以增加動(dòng)力！

審核編輯黃宇