用Raspberry Pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第一部分

大家好,我是吉田!
随着居家办公的时间越来越多,我想创造一个让人更加舒适地享受居家时光的环境,创作一个有助于我在家工作或做事的设备。

您可能也注意到了,在家办公时,很容易一坐就是很长时间,或者过于专注于工作而无法注意房间环境,甚至导致工作效率下降。在这里,我想为大家介绍一种能够用各种传感器检测您工作台周围的环境、并使其与Raspberry Pi联动将空间环境可视化、可以自动营造舒适空间的设备。

raspberrypi-comfortable-space-device-01-01

 

本部分的流程

  1. 使用Raspberry Pi和传感器让您的家中或房间内更舒适
  2. 什么是罗姆的“SensorMedal”?
  3. 用SensorMedal来测量值
  4. 本项目所需部件和所学知识
  5. 总结

 

1. 使用Raspberry Pi和传感器让您的家中或房间内更舒适

现在,让我们列举一下在家办公或做事时,都有哪些事情让您觉得“要是能自动搞定就好了(要是有这些功能就好了)”。然后尝试写下它们的改进方法。

我暂且列出了以下项目:

编号 检测功能 检测后希望具备的功能
1 检测房间的温度 根据室温控制风扇等
2 检测房间的舒适度(例如湿度) 如果湿度高,将空调设置为除湿模式
3 检测工作台周围的亮度 亮度不够时自动开灯
4 检查所在环境的噪声水平 如果太吵,用遥控器调低音量
5 检测坐在椅子上的时间 检测到坐的时间太久(久坐不动),督促主人站起来活动活动
6 确认天气 如果天气预报有雨,提醒主人将晒在外面的衣物收回来
7 在固定时间执行任务 播放能让人转换心情的信息或音乐等

竟然列出了这么多项目!现在,让我们想想应该设计一种什么样的机制来完成这些任务,比如用什么传感器测量这些项目,然后用Raspberry Pi分析,并让各种硬件来协助执行这些任务。用什么样的组合能实现这些目标呢?想想就让人兴奋!

 

2. 什么是罗姆的“SensorMedal”?

在检测房间环境方面,比如前面提到的温湿度和亮度等,实际上可以用罗姆的传感器来测量。在罗姆的传感器中,有一款名为“SensorMedal(SensorMedal-EVK-002)”的产品,它使用纽扣电池即可驱动,便携,体型小巧却集成了多种传感器。
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这个“SensorMedal”是一款传感器评估套件,集成了BLE模块和温湿度、照度、加速度等6种传感器,还配有低功耗微控制器,使用1枚纽扣电池即可驱动几个月。

将其安装在房间中,可以让它测量环境,还可以通过连接Raspberry Pi和蓝牙赋予其多种功能。
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具体而言,是将以下规格的传感器都集成在一块小小的电路板上了。

传感器

传感器类型 产品名称 工作电压范围(V) 工作温度范围(℃) 备注
加速度传感器 KX126-1063 1.71~3.6 -40~+85
  • 消耗电流:145μA(高分辨率模式),10μA(低功耗模式)
  • 分辨率:最高16bit
  • 内置计步器功能
地磁传感器 BM1422AGMV 1.7~3.6 -40~+85
  • MI型三轴磁传感器
  • 消耗电流:150μA (Typ.)@100Hz
  • 磁灵敏度:0.042μT/LSB (Typ.)
气压传感器 BM1383AGLV 1.7~3.6 -40~+85
  • 压阻式气压传感器
  • 可检测300hPa~1100hPa的气压
  • 内置温度校准功能
照度传感器 BH1721FVC 2.4~3.6 -40~+85
  • 支持I2C总线接口(f/s Mode Support)
  • 接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性(峰值灵敏度波长:typ.560nm)
  • 将亮度值作为数字值输出
霍尔IC BU52072GWZ 1.65~3.6 -40~+85
  • 两极检测(极性判别输出)
  • 间歇工作,消耗电流更低
  • 超小型封装
温湿度传感器 SHT31 1.7~3.6 -40~+85
  • 温湿度传感器的温度值输出 温度[℃] = -45 + 175 * Temperature / 65535
  • 湿度值输出 湿度[%RH] = 100 * Humidity / 65535

Bluetooth® 模块

产品名称 电源电压(V) 工作温度(℃) 主机CPU 支持规格 使用频段 发送输出 接收灵敏度 备注
MK71251-01 2.0~3.6 -20~+75 同步串行 或 UART Bluetooth® Core Spec v4.1 (Single mode) 2.4GHz ISM Band 0 / -6 / -12 / -18dBm -85dBm Bluetooth® 认证:QDID:77987(End Product)无线认证:TELEC/FCC/IC/CE

低功耗微控制器

产品名称 工作电压(V) 工作频率 (Max.) 最短指令时间 消耗电流(Typ.@HALT) 工作温度(℃) ROM/RAM
低速时钟 高速时钟 ROM类别 ROM(Byte) Flash(Byte) RAM(Byte)
ML620Q504H 1.8~5.5 32.768kHz
(内置RC振荡)
16MHz
(内置RC振荡)
62.5ns
(以16MHz运行时)
0.45μA -40~+85 Flash 64K 2K 6K

这次,我们将使用SensorMedal中的温湿度传感器(SHT31)和照度传感器(BH1721FVC)

3. 用SensorMedal来测量值

在使用Raspberry Pi等工具创作电子作品之前,让我们先连接智能手机和SensorMedal,确认一下传感器是否正常工作。使用智能手机的应用程序可以立即测量数据,很简单!

在这份用户指南中提供了SensorMedal的使用方法,我们根据这份资料来使用传感器吧!

首先,将电池插入SensorMedal并启动它。电池是一种稍大的纽扣电池,名为“CR2450”。将电池正极朝上插入SensorMedal中。

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然后,准备智能手机(iOS 或 Android系统)。我使用的是iPhone。在App Store(应用商店)中搜索“ROHM”,找到应用程序“RHRawDataMedal2”,安装在您的智能手机上。也可以通过
这个链接直接打开应用程序下载界面。

raspberrypi-comfortable-space-device-01-05

 

打开已安装的应用程序。如果SensorMedal已经通电,那么您会看到类似“ROHM Medal2_xxxx”字样。

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选择并下拉刷新信息。然后会出现如下图所示的画面,稍等片刻,便可以看到传感器正在测量数据。当点击顶部的选项卡时,将会以图表的形式显示加速度、温度、湿度、照度等信息。

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左图:测量并显示加速度
右图:测量并显示湿度

现在,可以确认SensorMedal已经启动并且是能够测量数据的。是不是很简单?获取各种数据并不难!当我们再将其与Raspberry Pi连接起来尝试操作其他硬件时,那么电子作品的创作范围就更大了!

 

4.本项目所需部件和所学知识

接下来,包括上述SensorMedal在内,我们来准备一下能够检测家中或房间内环境、并创造舒适环境的设备所需的零部件。这次我准备的用品清单如下:

编号 所需零部件 说明
1 Raspberry Pi4主体 Raspberry Pi 4 Model B
2 罗姆SensorMedal SensorMedal-EVK-002
3 液晶显示器 Display-O-Tron HAT
4 手机电池 3000mAh电池
5 迷你USB风扇 可在百元商店购买
6 迷你USB灯 可在百元商店购买

 

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罗姆SensorMedal(左侧绿色)以及带有液晶Raspberry Pi、风扇、灯和电池连接好的照片

通过制作这款设备,您可以学到的关于传感器和硬件的知识如下:

编号 可以学到的知识
1 用SensorMedal测量数据的机制
2 通过BLE连接Raspberry Pi的方法
3 通过Raspberry Pi分析和显示传感器数据的方法
4 根据传感器的值控制硬件的方法
5 与其他硬件联动的机制

 

5. 总结

如果您有很多机会在家办公或做事,是不是也常常渴望有一台设备能让您工作台周围的环境更舒适呢?
这次,我们将制作一款设备,让它通过使用SensorMedal和Raspberry Pi测量工作环境并对环境进行优化,自动创造一个舒适的空间。

说起工作台周围的环境,我认为至少包括亮度、室温、湿度等因素。而使用罗姆的传感器,可以轻松地测量这些项目,还可以根据测量结果操作和控制与之连接的硬件。当然,除了这个案例以外,您还可以尝试设计其他能够让您的工作环境更舒适的设备。

第二部分中,我们将进入设备的实际制作阶段。
敬请期待!

 

吉田 显一(Yoshiken)
吉田 显一(Yoshiken)
在普通公司工作的上班族,非常喜欢创作的周末创客,出版了电子书MESHBOOK,平时也写写博客。
http://blog.ktrips.net

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