描述

問題

我必須不斷調整我的加熱器以保持合適的溫度。此外，有時我離開家時忘記關掉暖氣。

解決方案

設置溫度和運動傳感器以捕獲環境數據。創建一個網絡應用程序，允許用戶設置他們想要的溫度，這將控制加熱器的關閉或打開方式。

這是一個圖表，顯示了一切將如何交互。

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第 1 步 - 使用 Raspberry Pi 設置傳感器

獲得 DHT11 溫度和 PIR 運動傳感器后，是時候將其連接到 Raspberry Pi。

以下是如何連接 DHT11 溫度傳感器。我放棄了面包板并使用引腳 1（3V3）而不是引腳 2（5V）供電，從而偏離了圖表。

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以下是如何連接 PIR 運動傳感器。LED 連接是可選的。我通過將 Gnd 連接到引腳 20（接地）而不是引腳 6（接地），輸出到引腳 36（GPIO 16）而不是引腳 8（GPIO 14）和 LED 連接到引腳 40（GPIO 21）而不是引腳 10（GPIO 15）。

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兩者連接時的最終結果：

這里我的 PIR 傳感器連接到 GPIO 16，DHT11 連接到 GPIO4。溫度傳感器應放置在您想要獲得正確溫度的位置，而運動傳感器應朝向您通常所在的位置。

第 2 步 - 編寫代碼來測試傳感器

下面是測試運動傳感器的 Python 代碼（不要忘記在此處安裝 RPi.GPIO https://pypi.org/project/RPi.GPIO/ ）：

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

motion_pin = 16
led_pin = 21

GPIO.setup(motion_pin, GPIO.IN)
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)

print("Sensor initializing . . .")
sleep(2)

try:
    no_motion_count = 0

    while True:
        if GPIO.input(motion_pin) == True:
            print("Motion Detected!")
            GPIO.output(led_pin, True)
            sleep(4)
            GPIO.output(led_pin, False)
            no_motion_count = 0
        else:
            no_motion_count += 1

        print(f"No Motion Count: {no_motion_count}")

        sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    GPIO.output(led_pin, False)
    GPIO.cleanup()

下面是測試溫度傳感器的 Python 代碼（不要忘記在此處安裝 Adafruit_DHT https://pypi.org/project/Adafruit_Python_DHT/ ）：

import Adafruit_DHT
from time import sleep

temperature_humidity_sensor = Adafruit_DHT.DHT11
gpio_pin = 4

try:
    while True:
        humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(
            temperature_humidity_sensor, gpio_pin)
        if humidity is not None and temperature is not None:
            print(
                'Temp={0:0.1f}*C  Humidity={1:0.1f}%'.format(temperature, humidity))
        else:
            print('Failed to get reading. Try again!')
        sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
    pass

這是兩者結合的代碼：

import RPi.GPIO as GPIO
import Adafruit_DHT
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Motion

motion_pin = 16
led_pin = 21
no_motion_count = 0

GPIO.setup(motion_pin, GPIO.IN)
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)


def handle_motion(no_motion_count):
    if GPIO.input(motion_pin) == True:
        print("Motion Detected!")
        GPIO.output(led_pin, True)
        sleep(4)
        GPIO.output(led_pin, False)
        no_motion_count = 0
        return 0
    else:
        return no_motion_count + 1


# Temperature + Humidity
temperature_humidity_sensor = Adafruit_DHT.DHT11
gpio_pin = 4


def handle_temperature():
    humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(
        temperature_humidity_sensor, gpio_pin)
    if humidity is not None and temperature is not None:
        print(
            'Temperature = {0:0.1f}*C  Humidity = {1:0.1f}%'.format(temperature, humidity))
        return temperature
    else:
        print('Failed to read Temperature/Humidity')

# Run Program


print("Sensor initializing . . .")
sleep(5)


try:
    no_motion_count = 0
    desired_temperature = 28
    desired_temperature_margin = 2

    while True:
        temperature = handle_temperature()
        no_motion_count = handle_motion(no_motion_count)

        if no_motion_count >= 20:
            print(f"No Human Detected.")
        elif temperature > desired_temperature + desired_temperature_margin:
            print(f"Temperature Too High")
        elif temperature < desired_temperature - desired_temperature_margin:
            print(f"Temperature Too Low")
        else:
            print(f"Temperature Just Right")

        print(f"No Motion Count: {no_motion_count}")

        sleep(0.25)
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    GPIO.output(led_pin, False)
    GPIO.cleanup()

第 3 步 - 開發 Flask API 以公開傳感器數據

在我們可以讓傳感器工作之后，它的服務時間是通過一個 API，在本例中是一個 Flask API。下面是重要的代碼，但請參考我的 GitHub 存儲庫https://github.com/sometheasiekswx/smart-heater-api-flask以查看所有代碼（不要忘記在此處安裝 Flask https://flask .palletsprojects.com/en/2.0.x/quickstart/和 Flask-CORS 在這里https://flask-cors.readthedocs.io/en/latest/ ）：

from operator import itemgetter
from signal import signal, SIGINT
from sys import exit
from time import sleep

import RPi.GPIO as GPIO
from Adafruit_DHT import DHT11, read_retry
from flask import Flask
from flask_cors import CORS

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Motion

motion_pin = 16
led_pin = 21
no_motion_count = 0

GPIO.setup(motion_pin, GPIO.IN)
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)

# Temperature + Humidity

temperature_humidity_sensor = DHT11
gpio_pin = 4

# Run Program

print("Sensor initializing . . .")
sleep(5)

app = Flask(__name__)
cors = CORS(app, resources={r"/api/*": {"origins": "*"}})

no_motion_count = 0
desired_temperature = 28
desired_temperature_margin = 2


@app.route("/api/v1/temperature")
def get_temperature():
    humidity, temperature = read_retry(
        temperature_humidity_sensor, gpio_pin)
    if humidity is not None and temperature is not None:
        return str(temperature)

    return 'Unknown'


@app.route("/api/v1/motion")
def get_motion():
    if GPIO.input(motion_pin):
        GPIO.output(led_pin, True)
        return "true"

    GPIO.output(led_pin, False)
    return "false"


def has_no_empty_params(rule):
    defaults = rule.defaults if rule.defaults is not None else ()
    arguments = rule.arguments if rule.arguments is not None else ()
    return len(defaults) >= len(arguments)


@app.cli.command()
def routes():
    'Display registered routes'
    rules = []
    for rule in app.url_map.iter_rules():
        methods = ','.join(sorted(rule.methods))
        rules.append((rule.endpoint, methods, str(rule)))

    sort_by_rule = itemgetter(2)
    for endpoint, methods, rule in sorted(rules, key=sort_by_rule):
        route = '{:50s} {:25s} {}'.format(endpoint, methods, rule)
        print(route)


@app.route("/")
def main():
    return """
        
Smart Heater API
                                                                                                                                                                                        


Endpoint
Method
Rule


get_motion
GET
/api/v1/motion


get_temperature
GET
/api/v1/temperature


    """


def cleanup(signal, frame):
    print('Closing API...')
    GPIO.output(led_pin, False)
    GPIO.cleanup()
    exit(0)


signal(SIGINT, cleanup)

在 Raspberry Pi 上添加代碼后，以下是如何運行代碼以及訪問在 Raspberry Pi 上設置的端點時應該得到的結果（嘗試從同一網絡上的不同設備訪問端點以測試是否CORS 策略正常工作）：

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第 4 步 - 使用 IFTTT 設置智能插頭

此步驟將根據您碰巧選擇的支持 WI-FI 的智能插頭品牌而有所不同。對我來說，我選擇了Powertech Wi-Fi Smart Plug ，這需要我使用Smart Life應用程序進行設置。無論您使用哪種品牌，請按照說明連接插頭。然后，轉到IFTTT ，創建一個帳戶，然后搜索 IFTTT 與您的智能插頭應用程序的集成。

設置兩個小程序。第一個觸發器是是否觸發了關閉加熱器的 GET 請求（事件名稱 temperature_high）。第二個觸發器是是否觸發了打開加熱器的 GET 請求（事件名稱 temperature_low）。

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第 4 步 - 開發 React 前端來控制一切

最后，我們將開發這個漂亮的前端：

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我使用 ReactJs 和 TailWindCss 來創建 Web 應用程序，因此它可以幫助您擁有這些技術的先前經驗。是幫助您入門的完美資源。您還可以使用您喜歡的任何其他框架（Angular、Laravel）或語言（HTML + CSS + JSS）來構建網站。

共有三張卡： 1. 溫度傳感器，顯示當前溫度，可以設置目標溫度 2. 運動傳感器，我們可以看到是否檢測到任何運動，如果太長時間沒有檢測到運動，我們可以自動關閉加熱器 3. 加熱器狀態為關閉或開啟，也可手動控制智能加熱器系統關閉。

這是我們從前端進行 API 調用的示例：

import axios from 'axios';

const sensorsApi = axios.create({
    baseURL: `http://${process.env.REACT_APP_API_HOST}:${process.env.REACT_APP_API_PORT}/api/v1/`,
});

const heaterApi  = axios.create({
    baseURL: `https://maker.ifttt.com/trigger/`,
});

export const turnOffHeater = async () => {
    try {
        await heaterApi.get(`temperature_high/with/key/${process.env.REACT_APP_IFTTT_WEBHOOK_KEY}`);
    } catch (error) {
        console.log(error.message);
    }
}

export const turnOnHeater = async () => {
    try {
        await heaterApi.get(`temperature_low/with/key/${process.env.REACT_APP_IFTTT_WEBHOOK_KEY}`);
    } catch (error) {
        console.log(error.message);
    }
}

export const getTemperature = async () => {
    try {
        const data = (await sensorsApi.get('temperature')).data;
        return parseFloat(data);
    } catch (error) {
        console.log(sensorsApi)
        console.log(error.message);
    }
}

export const getMotion = async () => {
    try {
        const data = (await sensorsApi.get('motion')).data;
        return data === 'true';
    } catch (error) {
        console.log(error.message);
    }
}

這是我如何使用這些異步函數的示例。它還顯示加熱器將根據它是否低于或高于目標溫度來打開和關閉。

import {useEffect, useState} from "react";
import {getMotion, getTemperature, turnOffHeater, turnOnHeater} from "../utils/api";
import {CronJob} from "cron";

function Devices() {
    const [currentTemperature, setCurrentTemperature] = useState(0);
    const [targetTemperature, setTargetTemperature] = useState(25);
    const [targetTemperatureMargin] = useState(2);
    const [heaterOn, setHeaterOn] = useState(false);
    const handleTemperature = async () => {
        const temperature = await getTemperature();
        setCurrentTemperature(temperature);
        console.log(currentTemperature, targetTemperature);
        if (currentTemperature >= targetTemperature + targetTemperatureMargin && heaterOn) {
            await turnOffHeater();
            setHeaterOn(false);
        } else if (currentTemperature <= targetTemperature - targetTemperatureMargin && !heaterOn) {
            await turnOnHeater();
            setHeaterOn(true);
        }
    }
    const [jobTemperature] = useState(new CronJob("* * * * * *", handleTemperature()));

以下是運動邏輯的設置方式：

const handleMotion = async () => {
    const newMotion = await getMotion();
    if (newMotion === false) {
        setNoMotion(noMotion + 1)
    } else {
        setNoMotion(0)
        setMotion(true);
    }

    if (noMotion > 50) {
        setMotion(false);
    }
}

最后的想法

我在這里只展示重要的代碼，你可以在附件中找到整個前端和后端代碼庫，以及完成這個項目所需的電子設備和傳感器。祝你好運！