第1回：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第一部分
第2回：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第二部分
第3回：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第三部分

大家好，我是吉田！
創作一款讓家中更舒適、讓在家辦公更高效的設備，這個項目終于迎來了劇終篇。這次我們將會再增加一些功能，以完成這個項目。我們會添加一個根據天氣預報信息和天氣情況提示主人行動的功能，最終創作完成這個可以營造舒適環境的設備，讓您即使在家辦公也可以舒適地工作！

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

Raspberry Pi用液晶顯示器 或 觸控顯示器

Raspberry Pi用液晶顯示器

觸控顯示器

羅姆SensorMedal(SensorMedal-EVK-002)

熱釋電紅外線傳感器 (SB412A)

小型揚聲器

手機電池

USB設備

本部分的流程

根據傳感器的值控制硬件

關聯天氣信息和互聯網信息

完成這款可以營造舒適環境的裝置

總結

1. 根據傳感器的值控制硬件

在第二部分中，我們使用SensorMedal測量了溫度和濕度；在第三部分中，我們添加了人體傳感器。最初，我們也是打算利用傳感器的值來實現下面這些功能的，所以讓我們來把它們變為現實吧。

首先是檢測完溫度后，如果室溫高于一定水平，需要自動打開風扇保持涼爽。在Raspberry Pi上插入USB迷你風扇。

要想讓風扇根據室溫情況打開或關閉，需要使用第二部分中用過的hub-ctrl命令來控制Raspberry Pi的USB功能。例如，當室溫超過26℃時，給USB通電讓風扇轉起來。

另外，當使用人體傳感器測得您在工作臺周圍停留超過某一時長（久坐）時，讓Raspberry Pi發出聲音來提醒您可能會很有趣。下面，我們將迷你揚聲器插入Raspberry Pi。

獲取名為“AquesTalkPi”的可以朗讀的語音合成軟件，在Programs下解壓。

$ cd ~/Programs
$ wget http://www.a-quest.com/download/package/aquestalkpi-20130827.tgz
$ sudo tar zxvf aquestalkpi-20130827.tgz
$ cd aquestalkpi

然后，我們嘗試讓它播放“該休息了”之類的聲音。

$ ./AquesTalkPi "休憩しましょう！" | aplay

要實現這些功能，需要在第三部分中使用過的ble_lcd.py程序中，添加下面的第2行、第29?36行（溫濕度控制）和第4?6行、第12?17行、第38?43行（人體傳感器控制）的內容。

[ble_lcd.py]

…
import os

human_count = 0
human_check = 30
aquest_path = "/home/pi/Programs/aquestalkpi/"

scanner = btle.Scanner()
while True:
…

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

    ...

    # 針對接收到的數據，對每一個BLE設備進行處理
    for dev in devices:
    ...
                '''
                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!"
                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1")
                else:
                    temp_msg = "Not bad"
                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0")

                human_msg = str(human_count)
                if human_count > human_check:
                    human_msg += ' Take Rest!'
                    os.system(aquest_path+'AquesTalkPi "休憩しましょう！" | aplay')
                else:
                    human_msg += ' Work Hard!'

2. 關聯天氣信息和互聯網信息

最后，我們可以從網上獲取天氣預報等信息，這樣會很方便。如果要下雨，最好讓它大聲朗讀并提醒主人采取必要的行動。

首先，我們需要使用名為“OpenWeatherMap”的服務來獲取天氣預報。如下圖所示，該網站是英文的，但是從上面可以輕松獲取日本國內天氣，所以我們將使用這里提供的API。
https://openweathermap.org/api

從該頁面的右上方創建一個帳戶并登錄。
然后進入稱為“API Keys”的頁面，確認Key（秘鑰）并復制此密鑰。

接下來，我們需要創建一個可以獲取天氣預報的程序。首先，要安裝以下庫文件。

$ sudo pip3 install pytz requests

創建一個名為“forecast.py”的示例程序。將剛剛復制的密鑰輸入API_KEY部分。另外，需要在ZIP部分輸入您的郵政編碼，并添加國家代碼“JP”。下面，我們讓剛剛的Aquestalk軟件也能夠播報天氣吧。

[forecast.py]

#! /usr/bin/python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import json
import datetime
import os
import requests
import sys

from pytz import timezone

API_KEY = "XXX"
ZIP = "123-4567,JP"
API_URL = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?zip={0}&units=metric&lang=ja&APPID={1}"

def getWeatherForecast():
    url = API_URL.format(ZIP, API_KEY)
    response = requests.get(url)
    forecastData = json.loads(response.text)

    if not ('list' in forecastData):
            print('error')
            return

    for item in forecastData['list']:
        forecastDatetime = timezone(
            'Asia/Tokyo').localize(datetime.datetime.fromtimestamp(item['dt']))
        weatherDescription = item['weather'][0]['description']
        temperature = item['main']['temp']
        rainfall = 0
        if 'rain' in item and '3h' in item['rain']:
            rainfall = item['rain']['3h']
        break

    print('Date:{0} Weather:{1} Temp:{2} C Rain:{3}mm'.format(
        forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall))
return forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall

forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall = getWeatherForecast()

os.system(“/home/pi/aquestalkpi/AquesTalkPi “ + weatherDescription + “ | aplay”)

如下所示，運行該程序時，將會返回指定地區的天氣預報。于是，Raspberry Pi就會向您播報今天的天氣預報了，比如“多云”。

$ python3 forecast.py 
Date:2020-06-05 00:00:00+09:00 Weather:多云 Temp:23.29 C Rain:0mm

3. 完成這款可以營造舒適環境的裝置

下面，我們將液晶顯示器、揚聲器、人體傳感器和USB設備都連接到Raspberry Pi，以完成該設備。

SensorMedal可以放置在BLE范圍內的任何位置，因此可以將其放置在您桌子周圍或窗戶附近。當然，您也可以將它放在電腦附近或掛在墻上。

下面是該設備的最終程序，可以讓設備根據SensorMedal、人體傳感器和天氣預報等信息執行任務。程序僅供參考。

[ble_lcd.py]

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

import dothat
import dothat.backlight as backlight
import dothat.lcd as lcd

interval = 10 # 動作間隔

from datetime import datetime
from bluepy import btle
from sys import argv
import getpass
from time import sleep

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

import json
import requests
import sys
from pytz import timezone

API_KEY = "xxx" #WeatherMap API Key
ZIP = "123-4567,JP" #Your address
API_URL = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/forecast?zip={0}&units=metric&lang=ja&APPID={1}"
aquest_path = "/home/pi/Programs/aquestalkpi/" #AquesTalkPi path

def getWeatherForecast():
    url = API_URL.format(ZIP, API_KEY)
    response = requests.get(url)
    forecastData = json.loads(response.text)
    if not ('list' in forecastData):
            print('error')
            return                        
    #print(forecastData)
    for item in forecastData['list']:
        forecastDatetime = timezone('Asia/Tokyo').localize(datetime.fromtimestamp(item['dt']))
        weatherDescription = item['weather'][0]['description']
        temperature = item['main']['temp']
        rainfall = 0
        if 'rain' in item and '3h' in item['rain']:
            rainfall = item['rain']['3h']
        break
    print('Date:{0} Weather:{1} Temp:{2} C Rain:{3}mm'.format(forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall))
    return forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall

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:
    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)
    forecastDatetime, weatherDescription, temperature, rainfall = getWeatherForecast()

    lcd.clear()
    lcd.set_cursor_position(0, 0)
    lcd.write('{}'.format(d))
    lcd.set_cursor_position(2, 1)
    lcd.write('{}'.format(t))
    lcd.set_cursor_position(0, 2)
    lcd.write('W:{0}C {1}mm'.format(round(temperature,0), rainfall))
    if rainfall > 0:
          print(weatherDescription, rainfall)
          os.system(aquest_path+'AquesTalkPi '+weatherDescription+' | aplay')
          
    human = GPIO.input(human_pin)
    if human == 1:
      human_count+=1
    else:
      human_count=0
    print('HCount:'+str(human_count))

    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

    # 受信データについてBLEデバイス毎の処理
    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[0:10] == 'ROHMMedal2':
                isRohmMedal = True
            if isRohmMedal and desc == 'Manufacturer':
                # センサ値を辭書型変數sensorsへ代入
                sensors['ID'] = hex(payval(2,2))
                sensors['Temperature'] = -45 + 175 * payval(4,2) / 65536
                sensors['Humidity'] = 100 * payval(6,2) / 65536
                sensors['Pressure'] = payval(22,3) / 2048
                sensors['Illuminance'] = payval(25,2) / 1.2
                sensors['Battery Level'] = payval(30)
                sensors['RSSI'] = dev.rssi

                # 畫面へ表示
                print('    ID            =',sensors['ID'])
                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('    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']
                lcd.clear()
                dothat.backlight.set_graph(0.5) # 50%
                backlight.rgb(0, 0, 0)
                if temp > 28 or humid > 80:
                    temp_msg = "Hot!"
                    backlight.rgb(255, 0, 0) #Red
                else:
                    temp_msg = "Not bad"
          
                illum = sensors['Illuminance']
                if illum < 200:
                    illum_msg = "Dark!"
                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 1")
                    backlight.rgb(255, 255, 255)
                else:
                    illum_msg = "Bright"
                    os.system("sudo hub-ctrl -b 1 -d 2 -P 2 -p 0")
                    backlight.rgb(0, 0, 255) #Blue

                human_msg = str(human_count)
                dothat.backlight.off()
                for led in range(human_count):
                    backlight.graph_set_led_state(led, 0.2)
                if human_count > human_check:
                    human_msg += ' Take Rest!'
                    backlight.rgb(0, 255, 0) #Green
                    os.system(aquest_path+'AquesTalkPi "休憩しましょう！" | aplay')
                else:
                    human_msg += ' Work Hard!'
                    backlight.rgb(0, 255, 255) #Lightblue

                lcd.clear()
                lcd.set_cursor_position(0, 0)
                lcd.write('T:{0:1.0f}C {1:1.0f}% {2}'.format(temp,humid,temp_msg))
                lcd.set_cursor_position(0, 1)
                lcd.write('I:{0:1.0f} Lx {1}'.format(illum,illum_msg))
                lcd.set_cursor_position(0, 2)
                lcd.write('H:{}'.format(human_msg))
                sleep(interval)

最后，我們讓這個程序能夠自動啟動吧。首先，創建一個shell程序來運行Python程序。需要進行服務設置，以使啟動該shell程序時能夠執行Python程序。

[blelcd.sh]

#!/bin/sh
sudo /usr/bin/python3 /home/pi/Programs/ble_lcd.py

[blelcd.service]

Description=ROHM MEDAL BLE to LCD

[Service]
ExecStart=/bin/bash /home/pi/Programs/blelcd.sh
WorkingDirectory=/home/pi/Programs
User=pi

[Install]
WantedBy=multi-user.target

現在，當您重新啟動它時，Raspberry Pi將會顯示傳感器的值，指示燈開始閃爍。

4. 總結

在這個連載系列中，我們針對在家辦公時間增加的情況，創作了一個可以檢測辦公環境并改善環境的設備。

在第一部分中，我們思考并列舉了希望實現的目標，也了解了用羅姆的SensorMedal可以測得多種值。

在第二部分中，我們創建了實際通過Raspberry Pi和BLE連接SensorMedal用的程序。

在第三部分中，我們使用人體傳感器，實現了檢測是否有人（是否久坐不動）的功能。此外，還用液晶顯示器成功顯示了溫濕度和亮度等信息。

在第四部分，也就是本文中，我們增加了天氣預報等功能，完成了這個用起來非常方便的設備。當您打開Raspberry Pi的電源時，它會自動啟動并執行自動檢測和提醒等任務。

事實上，它現在每天都在我家工作，它會告訴我周圍的亮度，并提醒我別忘了收回曬在外面的衣服！

鼓勵大家也嘗試制作方便您居家生活和在家辦公的設備！

相關連載一覽

第1部分：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第一部分
第2部分：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第二部分
第3部分：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第三部分
第4部分：用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第四部分?劇終篇（本章）

審核編輯黃宇