用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動(dòng)營(yíng)造舒適空間的裝置” 第二部分

大家好，我是吉田！
我們這次要?jiǎng)?chuàng)作一款讓家中更舒適、讓在家辦公更高效的設(shè)備，本文是第二部分。第一部分介紹了制作綱要和所需部件。這次我們將實(shí)際連接Bluetooth傳感器和Raspberry Pi。使用羅姆SensorMedal，您甚至可以遠(yuǎn)程輕松地將傳感器值共享給Raspberry Pi！

本部分所需部件

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(jī)電池

USB設(shè)備

使用100日元商店就能買到的USB迷你燈和迷你風(fēng)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

使用傳感器值讓硬件工作的程序

總結(jié)

1. 羅姆SensorMedal與Raspberry Pi的BLE連接

在第一部分中，我將羅姆SensorMedal連接到我的智能手機(jī)上并顯示了結(jié)果。在本項(xiàng)目中，Raspberry Pi將作為接收數(shù)據(jù)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程序bluepy，以便進(jìn)行Raspberry Pi的Bluetooth連接。

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

然后，開啟SensorMedal和Raspberry Pi的電源，并將它們放在附近。

通過Bluetooth將SensorMedal連接到Raspberry Pi。有一個(gè)可以顯示來自SensorMedal的數(shù)值的方便程序，我們直接下載這個(gè)程序即可（我使用的是這里的Github）。

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文件夾，并執(zhí)行以下示例程序。這個(gè)需要在Python 3中使用sudo權(quán)限執(zhí)行。

pi@raspberrypi:~ $  cd SensorMedal2
pi@raspberrypi:~ $  sudo python3 ble_logger_SensorMedal2.py

怎么樣？是不是很簡(jiǎn)單？如下圖所示，從Raspberry Pi能夠很輕松地看到SensorMedal傳來的測(cè)量值。

SensorMedal中共內(nèi)置6種傳感器。每種傳感器的含義如下，使用這些傳感器可以測(cè)量并獲取相應(yīng)的數(shù)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： 陀螺儀傳感器值（x軸、y軸、z軸）（uT）

Magnetic： 霍爾傳感器值（磁鐵在附近通過為1，否則為0）

Steps： 步數(shù)（步）

Battery Level： 電池電量

2. Raspberry Pi的USB 控制

我們已經(jīng)非常輕松地獲得了傳感器的值，現(xiàn)在，讓我們使用這些值來控制與Raspberry Pi連接的硬件吧。
先來實(shí)現(xiàn)第一部分中提到的“要是能自動(dòng)搞定就好了（要是有這些功能就好了）”列表中的以下兩項(xiàng)。

亮度會(huì)因天氣變化和房間情況而發(fā)生變化。如果亮度不夠還繼續(xù)工作的話，眼睛會(huì)很疲勞，所以我們使用SensorMedal的亮度值——Illiminance（lx）。亮度（光照強(qiáng)度）的單位是“勒克斯”。白天房間的亮度約為200?300（lx）。

測(cè)好亮度后，我們用一個(gè)USB迷你燈來實(shí)現(xiàn)亮度不足時(shí)自動(dòng)開燈的功能。如下圖所示，將迷你燈插入Raspberry Pi的 USB端口。

安裝一個(gè)庫來控制USB，讓它可以根據(jù)亮度開燈和關(guān)燈。如下所示，下載并安裝庫文件。

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(xiàn)在，就可以通過命令打開和關(guān)閉插入U(xiǎn)SB端口的設(shè)備啦。這個(gè)“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“l(fā)susb -t”命令獲取設(shè)備連接信息。在這里，Bus num: 1, Device num: 2, USB端口的Port num為2。

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”后置“0”將關(guān)閉電源，置“1”則打開電源。

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(shí)的狀態(tài)。連接到USB端口的燈亮了

3.使用傳感器值讓硬件工作的程序

下面，我們將創(chuàng)建程序，把來自SensorMedal的數(shù)值與USB控制關(guān)聯(lián)起來。
基本上，可以使用前面下載的 SensorMedal2 程序。

pi@raspberrypi:~ $  sudo cp ble_logger_SensorMedal2.py ble_illum.py

我在原程序基礎(chǔ)上，添加了下述第9行和第78?85行的內(nèi)容。當(dāng)亮度低于300lx時(shí)，讓燈點(diǎn)亮。當(dāng)亮度高于該值時(shí)，讓燈熄滅。

#!/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':

                # 將傳感器值代入字典變量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(yùn)行該程序。

我們測(cè)試一下，如右側(cè)照片所示，用手遮蓋SensorMedal，傳感器測(cè)得的亮度變暗，USB燈能夠獲取傳感器的值并且很聽話地自動(dòng)開燈！

4. 總結(jié)

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(jīng)了解到，從遠(yuǎn)處獲取各種傳感器數(shù)據(jù)是非常容易的事。
通過6種傳感器，不僅可以檢測(cè)亮度，還可以獲取溫濕度、氣壓和加速度等數(shù)據(jù)。測(cè)量辦工桌或房間里的各種數(shù)據(jù)，可能是件很有趣的事。
在下一部分，我想通過添加人體傳感器等器件，讓在家辦公環(huán)境更加舒適。
敬請(qǐng)期待！

審核編輯黃宇