Raspberry Pi негізіндегі жабық климаттық бақылау жүйесі: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Бұл блогты оқып, өзіңіздің жүйеңізді құрыңыз, сонда сіздің бөлме тым құрғақ немесе ылғалды болғанда ескертулер аласыз.

Жабық климаттық бақылау жүйесі дегеніміз не және ол бізге не үшін қажет?

Жабық климаттық бақылау жүйесі температура мен салыстырмалы ылғалдылық сияқты климатқа қатысты негізгі статистиканы жылдам қарауға мүмкіндік береді. Бұл статистиканы көру және бөлме тым ылғалды немесе құрғақ болған кезде телефонға ескертулер алу өте пайдалы болуы мүмкін. Ескертулерді қолдана отырып, жылытқышты қосу немесе терезелерді ашу арқылы бөлмедегі жайлылыққа қол жеткізу үшін тез арада қажетті әрекеттерді жасауға болады. Бұл жобада біз Simulink -ті қалай қолдануға болатынын көреміз:

1) Raspberry Pi -ге Sense HAT климаттық статистикасын (температура, салыстырмалы ылғалдылық және қысым) енгізу

2) Sense HAT 8x8 жарықдиодты матрицасында өлшенген деректерді көрсету

3) үйдегі ылғалдылықтың «жақсы», «жаман» немесе «ұсқынсыз» екенін анықтау үшін алгоритм құрастырыңыз.

4) деректерді бұлтқа тіркеп, егер деректер «ұсқынсыз» (тым ылғалды немесе құрғақ) санатына жатса, ескерту жіберіңіз.

Жабдықтар

Raspberry Pi 3 моделі B.

Raspberry Pi Sense HAT

1 -қадам: бағдарламалық қамтамасыз ету қажет

Сізге жеке MATLAB, Simulink және қондырмаларды таңдау қажет, олар сіздің жеке климаттық бақылау жүйесін құру үшін қажет.

Әкімші рұқсаты бар MATLAB ашыңыз (MATLAB белгішесін тінтуірдің оң жақ түймесімен басып, Әкімші ретінде іске қосу таңдаңыз). MATLAB құралдар тақтасынан қондырмаларды таңдап, қондырмаларды алу түймесін басыңыз.

Төменде атаулары бар қолдау пакеттерін іздеңіз және оларды «қосыңыз».

а. Raspberry Pi аппараттық құралдарына арналған MATLAB қолдау пакеті: кірістерді алыңыз және Raspberry Pi тақталары мен қосылған құрылғыларға шығыс жіберіңіз.

б. Raspberry Pi жабдықтарына арналған Simulink қолдау пакеті: Raspberry Pi тақталарында Simulink модельдерін іске қосыңыз

c) RPi_Indoor_Climate_Monitoring_System: Бұл жобаға қажет үлгілер

Ескерту - Орнату кезінде Pi -ді MATLAB және Simulink -пен жұмыс істеу үшін орнату үшін экрандағы нұсқауларды орындаңыз.

2 -қадам: Simulink көмегімен сенсорлық мәліметтерді Raspberry Pi -ге жеткізіңіз

Simulink -пен таныс емес адамдар үшін бұл динамикалық жүйелерді модельдеу және модельдеу үшін қолданылатын графикалық бағдарламалау ортасы. Алгоритмді Simulink -те жасағаннан кейін, сіз кодты автоматты түрде құрып, оны Raspberry Pi немесе басқа аппараттық құралға енгізе аласыз.

Бірінші үлгі үлгісін ашу үшін MATLAB пәрмен терезесінде келесіні теріңіз. Біз бұл модельді Raspberry Pi -ге температура, қысым және салыстырмалы ылғалдылық деректерін енгізу үшін қолданамыз.

> rpiSenseHatBringSensorData

LPS25H қысым сенсоры мен HTS221 ылғалдылық сенсоры блоктары Raspberry Pi аппараттық кітапханаларына арналған Simulink қолдау пакеті астындағы Sense HAT кітапханасынан алынған.

Масштаб блоктары Simulink кітапханаларының астындағы Sinks кітапханасынан. Сіздің модель дұрыс конфигурацияланғанына көз жеткізу үшін Simulink үлгісіндегі беріліс белгішесін нұқыңыз. Аппараттық құралдарды енгізу> Жабдық тақтасының параметрлері> Мақсатты аппараттық ресурстар тармағына өтіңіз.

Ескерту - Raspberry Pi үшін Simulink қолдау пакетін орнату кезінде орнату нұсқауларын орындаған болсаңыз, сізге конфигурация қажет емес. Құрылғының мекенжайы Pi мекенжайына автоматты түрде толтырылады.

Бұл жерде құрылғының мекенжайы Pi жүктелген кезде естілетін IP мекенжайына сәйкес келетініне көз жеткізіңіз. Құрылғының адресін есту үшін сізге ұяға қосылған құлаққаппен Pi-ді қайта қосу қажет болуы мүмкін.

OK түймесін басыңыз және төменде көрсетілгендей Іске қосу түймесін басыңыз. Сіздің Pi компьютерге USB кабелі арқылы физикалық түрде қосылғанын немесе компьютермен бір Wi-Fi желісіне қосылғанын тексеріңіз.

Сыртқы режимде Іске қосу түймешігін басқанда, Simulink автоматты түрде сіздің үлгііңізге эквивалентті C кодын жасайды және Raspberry Pi -ге орындалатын файлды жүктейді. Модель жұмыс істей бастағаннан кейін екі блок блоктары да ашылатын етіп конфигурацияланған. Simulink кодты Raspberry Pi -ге орналастыруды аяқтағаннан кейін, төменде көрсетілгендей ауқымдағы қысым, температура және салыстырмалы ылғалдылық туралы деректерді көресіз.

Ескертпе - код Raspberry Pi -де жұмыс істейді және сіз нақты сигналдарды Simulink ауқымының блоктары арқылы көресіз, егер сізде аппараттық құралға қосылған осциллограф болса. Екі датчиктің температуралық мәні бір -бірінен сәл алшақ. Бөлмедегі нақты температураны дәл көрсететінін таңдап, оны келесі бөлімдерде қолданыңыз. Бізде бар Sense HAT бар барлық сынақтарда HTS221 ылғалдылық сенсорының температуралық мәндері бөлмедегі нақты температураға жақын болды. Біз Sense HAT -тен Raspberry Pi -ге сенсорлық деректерді қалай енгізу керектігін білдік.

3 -қадам: 8x8 жарықдиодты матрицада сенсорлық деректерді көрсету

Бұл бөлімде біз осы жобаның визуалды дисплей бөлігі соңғы үлгіге қалай қосылғанын көреміз. Бұл бөлімде пайдаланылатын Sense HAT элементтері - ылғалдылық сенсоры (салыстырмалы ылғалдылық пен температураны алу үшін), қысым сенсоры, жарықдиодты матрица және джойстик. Джойстик қандай сенсорды көрсеткіміз келетінін таңдау үшін қолданылады.

Келесі үлгі үлгісін ашу үшін MATLAB пәрмен терезесінде келесіні теріңіз.

> rpiSenseHatDisplay

Джойстик блогы Sense HAT кітапханасынан. Бұл бізге алдыңғы мысалдағы қысым мен ылғалдылық сенсорларының блоктары сияқты джойстик мәліметтерін Raspberry Pi -ге енгізуге көмектеседі. Әзірге біз LED комбинациясында «жақсы» (блоктың мәні 1 болғанда) көрсету үшін Test Comfort блогын қолданамыз. Ол блок мәні 2 болғанда «нашар» немесе 3 немесе 4 болғанда «ұсқынсыз» болады. Келесі бөлімде біз ішкі ылғалдылық жақсы, жаман немесе ұсқынсыз болатынын шешетін нақты алгоритмді көреміз. Таңдау блогын екі рет басу арқылы зерттейік. MATLAB функция блоктары MATLAB кодын Simulink үлгісіне біріктіру үшін қолданылады. Бұл жағдайда біз төменде берілген SelectorFcn енгіземіз.

функция [мән, күй] = SelectorFcn (JoyStickIn, қысым, ылғалдылық, температура, ihval)

тұрақты JoyStickCount

егер бос болса (JoyStickCount)

JoyStickCount = 1;

Соңы

егер JoyStickIn == 1

JoyStickCount = JoyStickCount + 1;

егер JoyStickCount == 6

JoyStickCount = 1;

Соңы

Соңы

JoyStickCount ауыстырыңыз

корпус 1 % С температурадағы дисплей температурасы

мән = температура;

Мемлекет = 1;

корпус 2 % Дисплей қысымы атм

мән = қысым/1013,25;

Мемлекет = 2;

3 % жағдайда салыстырмалы ылғалдылықты % түрінде көрсету

мән = ылғалдылық;

Мемлекет = 3;

корпус 4 % Дисплей температурасы F

мән = temp*(9/5) +32;

Мемлекет = 4;

корпус 5 % Дисплей жақсы/жаман/ұсқынсыз

мән = ihval;

Мемлекет = 5;

әйтпесе % көрсетпеу/көрсету 0

мән = 0;

Мемлекет = 6;

Соңы

Коммутаторлық мәлімдемелер әдетте таңдауды басқару тетігі ретінде қолданылады. Біздің жағдайда, біз джойстиктің енгізуі таңдауды басқару элементі болғанын қалаймыз және джойстик түймесі басылған сайын көрсетілетін келесі деректерді таңдаймыз. Ол үшін біз JoyStickCount айнымалысын әр түймені басу арқылы көбейтетін if циклін орнатамыз (егер түймені бассаңыз, JoyStickIn мәні 1 болады). Сол циклде біз жоғарыда берілген бес опция арасында ғана велосипедпен жүруді қамтамасыз ету үшін айнымалы мәнді 1 -ге қалпына келтіретін басқа шартты қостық. Осының көмегімен біз LED матрицасында қандай мән көрсетілетінін таңдаймыз. 1 -ші жағдай әдепкі болады, себебі біз JoyStickCount -ты 1 -ден бастауды анықтаймыз және бұл жарықдиодты матрица Цельсий бойынша температураны көрсетеді дегенді білдіреді. Күй айнымалысы Scroll деректер блогында қазіргі уақытта қай сенсордың мәні көрсетіліп жатқанын және қандай қондырғыны көрсету керектігін түсіну үшін қолданылады. Дисплейге дұрыс сенсорды қалай таңдау керектігін білгеннен кейін, нақты дисплейдің қалай жұмыс істейтінін қарастырайық.

Таңбалар мен сандарды көрсету

Sense HAT LED матрицасында көрсету үшін біз 8x8 матрицаны құрдық:

1) барлық сандар (0-9)

2) барлық бірліктер (° C, A, % және ° F)

3) ондық бөлшек

4) жақсы, жаман және ұсқынсыз сөздерден алфавит.

Бұл 8x8 матрицалар 8x8 RGB жарықдиодты матрицалық блокқа кіріс ретінде пайдаланылды. Бұл блок төменде көрсетілгендей 1 мәні бар матрицаның элементтеріне сәйкес келетін светодиодтарды жанып тұрады.

Мәтінді айналдыру

Біздің модельдегі Scroll деректер блогы ұзындығы 6 таңбадан тұратын жолдарды айналдырады. 6 мәні осы жобада шығарылатын ең ұзын жол ретінде таңдалды, мысалы 23.8 ° C немесе 99.1 ° F. Назар аударыңыз, мұнда ° C бір таңба болып саналады. Сол ойды басқа ұзындықтағы жолдарды айналдыру үшін де кеңейтуге болады.

Міне, бұл қалай жұмыс істейтінін көрсететін-g.webp

www.element14.com/community/videos/29400/l/gif

8х8 матрицада әрқайсысы 6 таңбадан тұратын жолды көрсету үшін бізге барлығы 8х48 өлшемді кескін қажет. Ұзындығы 4 таңбадан тұратын жолды көрсету үшін бізге 8х32 матрица құру қажет. Енді іске қосу батырмасын басу арқылы әрекетсіздікті көрейік. Жарықдиодты матрицаның әдепкі дисплейі - ° C температура мәні. Scope блогы күй мен мәнді Selector блогынан көрсетеді. Мән келесі сенсор шығысына ауысатынын тексеру үшін джойстик түймесін басып, бір секунд ұстап тұрыңыз және 5 мәніне жеткенше бұл процесті қайталаңыз. Test Comfort блогының мәнін 1 -ден 4 -ке дейінгі кез келген санға өзгертіңіз. Simulink үлгісіндегі блок мәнінің өзгеруі кодтың аппараттық құралдағы әрекетін бірден өзгертетініне назар аударыңыз. Бұл кодтың шалғай жерден қалай әрекет ететінін өзгерткісі келетін жағдайларда пайдалы болуы мүмкін. Осының арқасында біз климаттық мониторинг жүйесінің визуализация аспектісінің негізгі элементтерін көрдік. Келесі бөлімде біз климаттың ішкі бақылау жүйесін қалай аяқтау керектігін білеміз.

4 -қадам: Simulink -те үйдегі ылғалдылықтың «жақсы», «жаман» немесе «ұсқынсыз» екенін анықтау үшін алгоритм құрастырыңыз

Бөлменің тым ылғалды/құрғақ екенін түсіну үшін немесе бөлмедегі ылғалдылықтың қандай деңгейі жайлы деп білу үшін бірнеше әдістер бар. Осы мақаланы қолдана отырып, біз жоғарыда көрсетілгендей ішкі салыстырмалы ылғалдылық пен сыртқы температураны қосу үшін аудан қисығын құрдық.

Бұл аймақтағы ылғалдылықтың кез келген мәні сіздің бөлме жайлы жағдайда екенін білдіреді. Мысалы, егер сыртқы ауа температурасы -30 ° F болса, онда кез келген салыстырмалы ылғалдылық 15% -дан төмен қабылданады. Сол сияқты, егер сыртқы температура 60 ° F болса, онда 50% -дан төмен кез келген салыстырмалы ылғалдылық қолайлы. Ішкі ылғалдылықты максималды жайлылық (жақсы), орташа жайлылық (нашар) немесе тым ылғалды/құрғақ (ұсқынсыз) деп бөлу үшін сізге сыртқы температура мен салыстырмалы ылғалдылық қажет. Біз Raspberry Pi -ге салыстырмалы ылғалдылықты қалай енгізу керектігін көрдік. Сонымен, сыртқы температураны орнатуға назар аударайық. Үлгіні ашу үшін MATLAB пәрмен терезесінде келесіні теріңіз:

> rpiOutdoorWeatherData

WeatherData блогы сіздің қалаңыздың сыртқы температурасын https://openweathermap.org/ көмегімен енгізу үшін қолданылады. Бұл блокты конфигурациялау үшін сізге веб -сайттан API кілті қажет. Бұл веб -сайтта ақысыз есептік жазбаны жасағаннан кейін, тіркелгі бетіне өтіңіз. Төменде көрсетілген API кілттері қойындысы сізге кілтті береді.

WeatherData блогына сіздің қала атыңызды нақты форматта енгізу қажет. Бұл бетке кіріп, елді атау үшін қаланың атын, содан кейін үтір белгісін және 2 әріпті енгізіңіз. Мысалдар - Натик, АҚШ және Ченнай, IN. Егер іздеу сіздің қалаңыз үшін нәтиже қайтарса, оны сол форматтағы WeatherData блогында пайдаланыңыз. Егер сіздің қалаңыз қол жетімді болмаса, ауа райы жағдайы сізге жақын көрші қаланы пайдаланыңыз. Енді WeatherData блогын екі рет нұқыңыз және веб -сайттан қала атыңыз бен API кілтін енгізіңіз.

Бұл Simulink үлгісіндегі Run түймесін басып, сіздің қалаңыздың температурасын Raspberry Pi -ге енгізе алатынын тексеріңіз. Енді үйдегі ылғалдылық жақсы, жаман немесе ұсқынсыз болатынын шешетін алгоритмді қарастырайық. Келесі мысалды ашу үшін MATLAB пәрмен терезесінде келесіні теріңіз:

> rpisenseHatIHval

Сіз алдыңғы модельдегі Test Comfort блогы жоқ екенін және FindRoom Comfort деп аталатын жаңа блоктың селекторлық блокқа ihval беретінін байқаған боларсыз. Ашу және зерттеу үшін осы блокты екі рет нұқыңыз.

Біз WeatherData блогын сыртқы температураны енгізу үшін қолданамыз. Ылғалдылық шектері ішкі жүйесі біз жоғарыда көрген салыстырмалы ылғалдылық пен сыртқы температура кестесін көрсетеді. Сыртқы температураға байланысты ол ылғалдылықтың шекті мәні болуы керек. DecideIH MATLAB функция блогын екі рет шерту арқылы ашамыз.

Егер салыстырмалы ылғалдылық максималды ылғалдылық шегінен асып кетсе, онда бұл белгі деректерді азайту әдісіне байланысты оң болады, бұл бөлме тым ылғалды. Біз бұл сценарий үшін 3 (ұсқынсыз) шығарамыз. Жолдардың орнына сандарды қолданудың себебі - графиктерде көрсету және одан ескертулер жасау. MATLAB функциясындағы қалған классификация біз ойлап тапқан ерікті критерийлерге негізделген. Егер айырмашылық 10 -нан аз болса, ол максималды жайлылыққа жатады, ал 20 -дан аз болса - бұл орташа жайлылық және одан жоғары құрғақ. Бұл модельді іске қосып, бөлмеңіздің жайлылық деңгейін тексеріңіз.

5 -қадам: Ішкі климат деректері мен бұлттағы санатталған деректерді тіркеу

Бұл келесі бөлімде біз бұлттағы деректерді қалай тіркеу керектігін көреміз. Бұл мысалды ашу үшін MATLAB пәрмен терезесінде келесіні теріңіз.

> rpiSenseHatLogData

Бұл модельде алдыңғы үлгі үлгісінің дисплей бөлігі мақсатты түрде жойылады, өйткені бізге деректерді тіркеу және ескертулер жіберу кезінде статистиканы көрсететін бақылау жүйесі қажет емес. Біз деректерді тіркеу аспектісі үшін MATLAB аналитикасын қамтитын ақысыз ашық IoT платформасын ThingSpeak қолданамыз. Біз ThingSpeak-ті таңдадық, себебі Raspberry Pi мен басқа қымбат емес аппараттық тақталарды Simulink көмегімен ThingSpeak-ке жіберуге бағдарламалаудың тікелей жолдары бар. ThingSpeak Write блогы Raspberry Pi аппараттық кітапханасына арналған Simulink қолдау пакетінен және оны ThingSpeak арнасынан Write API кілті арқылы конфигурациялауға болады. Арнаны құру туралы егжей -тегжейлі нұсқаулар төменде берілген. Деректерді бұлтқа үнемі тіркеу үшін сіз Pi -дің Simulink -тен тәуелсіз жұмыс істеуін қалайсыз. Ол үшін Simulink үлгісіндегі «Жабдыққа орналастыру» түймесін басуға болады.

ThingSpeak арнасын жасаңыз

Есептік жазбасы жоқ адамдар ThingSpeak веб -сайтына жазыла алады. Егер сізде MathWorks есептік жазбасы болса, онда сізде автоматты түрде ThingSpeak есептік жазбасы болады.

• Жүйеге кіргеннен кейін, Арналар> Менің арналарым тармағына өтіп, Жаңа арнаны басу арқылы арна құруға болады.
• Сізге керегі - төменде көрсетілгендей тіркелетін арнаның атауы мен өрістердің атауы.
• Арнаның орнын көрсету опциясы сіздің қалаңыздың ені мен бойлығын енгізу ретінде қажет және картада канал ішіндегі орынды көрсете алады. (Мұнда қолданылатын мысал мәндер Натик, MA үшін)
• Содан кейін арнаны жасауды аяқтау үшін Арнаны сақтау түймесін басыңыз.

4а. Деректер «ұсқынсыз» санатына жататыны туралы ескерту

Ішкі климаттық бақылау жүйесін аяқтау үшін біз бұлтты деректерге негізделген ескертулерді қалай алу керектігін білуіміз керек. Бұл өте маңызды, өйткені онсыз сіз бөлмедегі жайлылық деңгейін өзгерту үшін қажетті әрекеттерді жасай алмайсыз. Бұл бөлімде бұлтты деректер бөлменің тым ылғалды немесе құрғақ екенін көрсеткен кезде телефонға қалай хабарландыру алуға болатынын көреміз. Біз бұған екі қызметті қолдану арқылы қол жеткіземіз: IFTTT Webhooks және ThingSpeak TimeControl. IFTTT (егер бұл болса, онда бұл) - бұл оқиғаларды өңдей алатын және оқиғаларға негізделген әрекеттерді іске қосатын онлайн қызметі.

IFTTT Webhooks орнату қадамдары

Ескерту: Ең жақсы нәтижеге жету үшін оларды компьютерде қолданып көріңіз.

1) ifttt.com сайтында тіркелгі жасаңыз (егер сізде жоқ болса) және Менің апплеттерім бетінен жаңа апплет жасаңыз.

2) Триггер қызметін таңдау үшін көк «осы» түймесін басыңыз.

3) Қызмет ретінде Webhooks іздеңіз және таңдаңыз.

4) Веб -сұраныс алуды таңдаңыз және оқиғаға атау беріңіз.

5) Триггер жасауды таңдаңыз.

6) Келесі бетте «сол» таңдап, хабарландыруларды іздеңіз.

7) IFTTT қосымшасынан хабарлама жіберуді таңдаңыз.

8) IFTTT 2 -ші қадамында жасаған оқиға атауын енгізіңіз және әрекетті жасауды таңдаңыз.

9) Соңғы қадамға жеткенше жалғастырыңыз, шолу жасаңыз және Finish түймесін басыңыз.

10) https://ifttt.com/maker_webhooks сайтына өтіп, беттің жоғарғы жағындағы Параметрлер түймесін басыңыз.

11) Тіркелгі туралы ақпарат бөліміндегі URL мекенжайына өтіңіз.

12) Оқиға атауын осында енгізіңіз және «Тексеру» түймесін басыңыз.

13) URL мекенжайын болашақта пайдалану үшін соңғы жолға көшіріңіз (кілтпен).

ThingSpeak TimeControl параметрін орнату қадамдары

1) Қолданбалар> MATLAB талдауын таңдаңыз

2) Келесі бетте Жаңа түймесін басып, IFTTT -тен электрондық поштаны іске қосу пәрменін таңдап, Жасау түймесін басыңыз.

Үлгі кодындағы маңызды бөліктер:

Арнаның идентификаторы - ThingSpeak арнасын енгізіңіз, онда «ішкі ылғалдылық туралы ақпарат» бар.

IFTTTURL - Алдыңғы бөлімнен көшірілген URL мекенжайын енгізіңіз 13 -қадам.

readAPIKey - ThingSpeak Channel. Action бөлімінің кілтін енгізіңіз - соңғы мән бойынша әрекет ететін. Ескертулерді іске қосу үшін оны келесіге өзгертіңіз.

3) ThingSpeak веб -сайтында Apps> TimeControl түймесін басыңыз.

4) Қайталанатынды таңдап, уақыт жиілігін таңдаңыз.

5) Уақытты үнемдеуді басқару түймешігін басыңыз.

Енді MATLAB Analysis автоматты түрде әр жарты сағат сайын іске қосылады және егер мән 3 -тен үлкен немесе тең болса, IFTTT Webhooks қызметіне триггер жібереді. Содан кейін IFTTT телефон қосымшасы пайдаланушыға осы бөлімнің басында көрсетілгендей хабарландыру береді.

6 -қадам: Қорытынды

Осының арқасында біз өзіңіздің климаттық бақылау жүйесін құрудың барлық маңызды аспектілерін көрдік. Бұл жобада біз Simulink -ті қалай қолдануға болатынын көрдік -

• Sense HAT деректерін енгізу үшін Raspberry Pi бағдарламасын жасаңыз. Бөлектеу - Simulink бағдарламасындағы деректерді елестетіңіз, себебі код әлі де Raspberry Pi -де жұмыс істейді.
• ішкі климаттық бақылау жүйесінің визуалды дисплейін құру. Бөлектеу - Simulink бағдарламалық жасақтамасында сіздің кодыңыздың әрекетін өзгертіңіз.
• ішкі климаттық бақылау жүйесінің алгоритмін жасаңыз.
• Raspberry Pi деректерін бұлтқа тіркеңіз және тіркелген деректерден ескертулер жасаңыз.

Климаттың ішкі бақылау жүйесіне қандай өзгерістер енгізер едіңіз? Пікірлер арқылы өз ұсыныстарыңызбен бөлісіңіз.