Raspberry Pi-based Daxili İqlim İzləmə Sistemi: 6 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Bu bloqu oxuyun və öz sisteminizi qurun ki, otağınız çox quru və ya nəmli olanda xəbərdarlıq alasınız.

Daxili iqlim monitorinq sistemi nədir və niyə bizə lazımdır?

Bağlı iqlim izləmə sistemləri, temperatur və nisbi rütubət kimi iqlimlə əlaqəli əsas statistikaya sürətli bir baxış təmin edir. Otaq həddindən artıq nəmli və ya quru olduqda bu statistikaları görmək və telefonunuzda siqnallar almaq çox faydalı ola bilər. Xəbərdarlıqlardan istifadə edərək, qızdırıcını işə salmaqla və ya pəncərələri açmaqla otaqda maksimum rahatlıq əldə etmək üçün tez lazımi tədbirləri həyata keçirə bilərsiniz. Bu layihədə Simulink -dən necə istifadə edəcəyimizi görəcəyik:

1) Sense HAT -dan Raspberry Pi -yə iqlim statistikasını (temperatur, nisbi rütubət və təzyiq) gətirin

2) Sense HAT -ın 8x8 LED matrisində ölçülmüş məlumatları göstərin

3) otaqdakı rütubətin 'yaxşı', 'pis' və ya 'çirkin' olduğuna qərar vermək üçün bir alqoritm hazırlayın.

4) məlumatları buludda qeyd edin və məlumatlar 'Çirkin' (çox nəmli və ya quru) kateqoriyasına aiddirsə bir xəbərdarlıq göndərin.

Təchizat

Raspberry Pi 3 Model B

Raspberry Pi Sense Şapka

Addım 1: Lazım olan proqram təminatı

MATLAB, Simulink və izləmək və öz qapalı iqlim izləmə sisteminizi qurmaq üçün Əlavələr seçin.

Administrator girişi ilə MATLAB -ı açın (MATLAB simgesini sağ vurun və Administrator olaraq işlədin seçin). MATLAB Toolstrip-dən Əlavələr seçin və Əlavələr Al düyməsini basın.

Aşağıda adları olan dəstək paketlərini axtarın və 'Əlavə edin'.

a. Raspberry Pi Hardware üçün MATLAB Dəstək Paketi: Girişləri əldə edin və çıxışları Raspberry Pi lövhələrinə və bağlı cihazlara göndərin

b. Raspberry Pi Hardware üçün Simulink Dəstək Paketi: Raspberry Pi lövhələrində Simulink modellərini işlədin

c. RPi_Indoor_Climate_Monitoring_System: Bu layihə üçün lazım olan nümunə modellər

Qeyd - Quraşdırma zamanı Pi -ni MATLAB və Simulink ilə işləmək üçün qurmaq üçün ekrandakı təlimatları izləyin.

Addım 2: Simulink istifadə edərək Sensor Məlumatlarını Raspberry Pi -yə gətirin

Simulink ilə tanış olmayanlar üçün dinamik sistemləri modelləşdirmək və simulyasiya etmək üçün istifadə olunan qrafik proqramlaşdırma mühitidir. Alqoritminizi Simulink -də hazırladıqdan sonra avtomatik olaraq kod yarada və onu Raspberry Pi və ya digər aparata yerləşdirə bilərsiniz.

İlk nümunə modeli açmaq üçün MATLAB Komanda Pəncərəsinə aşağıdakıları yazın. Raspberry Pi -yə temperatur, təzyiq və nisbi rütubət məlumatlarını gətirmək üçün bu modeli istifadə edəcəyik.

> rpiSenseHatBringSensorData

LPS25H Təzyiq Sensoru və HTS221 Rütubət Sensoru blokları, Raspberry Pi Avadanlıq kitabxanaları üçün Simulink Dəstək Paketi altındakı Sense HAT kitabxanasındadır.

Kapsam blokları Simulink kitabxanaları altındakı Sinks kitabxanasındadır. Modelinizin düzgün qurulduğundan əmin olmaq üçün Simulink modelinizdəki dişli simgesini vurun. Avadanlıq Tətbiqi> Avadanlıq lövhəsi parametrləri> Hədəf hardware mənbələrinə keçin.

Qeyd - Raspberry Pi üçün Simulink Dəstək Paketini qurarkən quraşdırma təlimatlarına əməl etsəniz konfiqurasiya etməyinizə ehtiyac yoxdur. Cihazın ünvanı avtomatik olaraq Pi ünvanınıza daxil olur.

Buradakı cihaz ünvanının Pi açıldıqda eşitdiyiniz IP ünvanına uyğun olduğundan əmin olun. Cihazın ünvanını eşitmək üçün yuvaya qoşulmuş qulaqlıq ilə Pi-ni yenidən işə salmalı ola bilərsiniz.

OK düyməsini basın və aşağıda göstərildiyi kimi Çalış düyməsini basın. Pi-nin USB kabel vasitəsilə PC-yə fiziki olaraq qoşulduğundan və ya kompüterinizlə eyni Wi-Fi şəbəkəsində olduğundan əmin olun.

Xarici rejimdə Çalış düyməsini basdığınızda, Simulink avtomatik olaraq modelinizə bərabər olan C kodunu yaradır və Raspberry Pi üçün icra olunan bir faylı yükləyir. Modelin işləməyə başladığı anda hər iki blok bloku açılacaq. Simulink kodu Raspberry Pi -yə yerləşdirməyi bitirdikdə, aşağıda göstərildiyi kimi ölçülərdə təzyiq, temperatur və nisbi rütubət məlumatlarını görəcəksiniz.

Qeyd - Kod Raspberry Pi üzərində işləyir və aparatın özünə bağlı bir osiloskopunuz olsaydı, Simulink əhatə dairələri vasitəsilə faktiki siqnallara baxırsınız. İki sensordan gələn temperatur dəyəri bir -birindən bir qədər uzaqdır. Otağınızdakı həqiqi istiliyi daha yaxından əks etdirən birini seçməkdən çəkinməyin və bundan sonrakı bölmələrdə istifadə edin. Sahib olduğumuz Sense HAT ilə edilən bütün testlərdə, HTS221 Rütubət Sensorunun temperatur dəyərləri otaqdakı əsl istiliyə yaxın idi. Bununla, Sense HAT -dan Raspberry Pi -yə sensor məlumatlarının necə gətirilməsinin əsaslarını gördük.

Addım 3: Sensor məlumatlarını 8x8 LED matrisində göstərin

Bu bölmədə, bu layihənin vizual görüntü hissəsinin son modelə necə əlavə olunduğunu görəcəyik. Bu hissədə istifadə olunan Sense HAT elementləri rütubət sensoru (nisbi rütubət və temperatur əldə etmək üçün), təzyiq sensoru, LED matrisi və joystickdir. Joystick hansı sensoru göstərmək istədiyimizi seçmək üçün istifadə olunur.

Növbəti nümunə modeli açmaq üçün MATLAB Komanda Pəncərəsinə aşağıdakıları yazın.

> rpiSenseHatDisplay

Joystick bloku Sense HAT kitabxanasındandır. Jumpstick məlumatlarını, əvvəlki nümunədəki təzyiq və rütubət sensoru blokları kimi, Raspberry Pi -yə gətirməyimizə kömək edir. Hal -hazırda, LED matrisində 'yaxşı' (blokun dəyəri 1 olduqda) göstərmək üçün Test Comfort blokundan istifadə edirik. Blok dəyəri 2 olduqda 'pis' və ya dəyər 3 və ya 4 olduqda 'çirkin' göstərəcək. Növbəti hissədə daxili rütubətin yaxşı, pis və ya çirkin olmasına qərar verən faktiki alqoritmi görəcəyik. Seçici blokunu iki dəfə tıklayaraq araşdıraq. MATLAB funksiya blokları, MATLAB kodunu Simulink modelinizə daxil etmək üçün istifadə olunur. Bu vəziyyətdə aşağıda verilmiş SelectorFcn -i gətiririk.

funksiya [dəyər, vəziyyət] = SelectorFcn (JoyStickIn, təzyiq, rütubət, temp, ihval)

davamlı JoyStickCount

boşdursa (JoyStickCount)

JoyStickCount = 1;

bitmək

əgər JoyStickIn == 1

JoyStickCount = JoyStickCount + 1;

əgər JoyStickCount == 6

JoyStickCount = 1;

bitmək

bitmək

JoyStickCount keçin

hal 1 % Ekran temperaturu C

dəyər = temp;

Dövlət = 1;

halda 2 % Atmda təzyiq göstərin

dəyər = təzyiq/1013.25;

Dövlət = 2;

halda 3 % Nisbi rütubəti % ilə göstərin

dəyər = rütubət;

Dövlət = 3;

qutu 4 % F temperaturda göstərin

dəyər = temp*(9/5) +32;

Dövlət = 4;

halda 5 % Yaxşı/Pis/Çirkin göstərin

dəyər = ihval;

Dövlət = 5;

əks halda % göstərmə/göstərmə 0

dəyər = 0;

Dövlət = 6;

bitmək

Açar vəziyyət ifadələri ümumiyyətlə seçimə nəzarət mexanizmi kimi istifadə olunur. Bizim vəziyyətimizdə, joystick girişinin seçim nəzarəti olmasını istəyirik və hər dəfə joystick düyməsinə basıldıqda göstəriləcək növbəti məlumatları seçirik. Bunun üçün hər düyməni basdıqda JoyStickCount dəyişənini artıran if düyməsini qurduq (düyməni basmaq olarsa JoyStickIn dəyəri 1 -dir). Eyni döngədə, yalnız yuxarıda göstərilən beş seçim arasında velosiped sürməyimizi təmin etmək üçün, dəyişən dəyəri 1 olaraq sıfırlayan başqa bir şərt əlavə etdik. Bundan istifadə edərək LED matrisində hansı dəyərin göstəriləcəyini seçirik. JoyStickCount -un 1 -dən başlayacağını təyin etdiyimiz halda 1 -ci vəziyyət standart olacaq və bu, LED matrisinin Selsi ilə temperatur göstərəcəyi deməkdir. Vəziyyət dəyişicisi, hazırda hansı sensor dəyərinin göstərildiyini və hansı vahidin göstərilməli olduğunu anlamaq üçün Scroll məlumat bloku tərəfindən istifadə olunur. İndi göstərmək üçün doğru sensoru necə seçəcəyimizi bildiyimiz üçün həqiqi ekranın necə işlədiyinə baxaq.

Nömrələrin və Nömrələrin Göstərilməsi

Sense HAT LED matrisində göstərmək üçün 8x8 matrislər yaratdıq:

1) bütün nömrələr (0-9)

2) bütün vahidlər (° C, A, % və ° F)

3) ondalık nöqtə

4) yaxşı, pis və çirkin sözlərindən əlifbalar.

Bu 8x8 matrislər, 8x8 RGB LED Matrix blokuna giriş olaraq istifadə edilmişdir. Bu blok, aşağıda göstərildiyi kimi 1 dəyərinə malik olan matrisdəki elementlərə uyğun olan LEDləri yandırır.

Mətni sürüşdürün

Modelimizdəki Scroll məlumat bloku, 6 simvola qədər olan sətirlər arasında fırlanır. 6 dəyəri, bu layihədə istehsal edəcəyimiz ən uzun sim olduğu üçün seçildi, məsələn 23.8 ° C və ya 99.1 ° F. Qeyd edək ki, burada ° C bir xarakter hesab olunur. Eyni fikir, digər uzunluqdakı sətirləri sürüşdürmək üçün də uzadıla bilər.

Burada necə işlədiyini göstərən bir-g.webp

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

8x8 matrisdə hər biri 6 simvoldan ibarət bir simli göstərmək üçün cəmi 8x48 ölçüdə bir şəkilə ehtiyacımız var. Maksimum 4 simvoldan ibarət bir simli göstərmək üçün 8x32 matris yaratmalıyıq. İndi Çalış düyməsini basaraq bütün hərəkətsizliyi görək. LED matrisindəki standart ekran ° C -dəki temperatur dəyəridir. Kapsam bloku, Seçici blokundan vəziyyəti və dəyəri göstərəcək. Sense HAT üzərindəki joystick düyməsini basıb saxlayın və dəyərin növbəti sensor çıxışına keçdiyini yoxlamaq üçün 5 saniyə vəziyyətə çatana qədər bu prosesi təkrarlayın. Test Comfort blokunun dəyərini 1 ilə 4 arasında hər hansı bir rəqəmə dəyişin. Simulink modelindəki bir blokun dəyərinin dəyişməsinin kodun aparatdakı davranış tərzini dərhal dəyişdirdiyini qeyd edin. Kodun uzaq bir yerdən davranışını dəyişdirmək istədiyi vəziyyətlərdə bu faydalı ola bilər. Bununla iqlim monitorinq sisteminin vizualizasiya aspektinin arxasındakı əsas elementləri gördük. Növbəti hissədə qapalı iqlim monitorinq sistemimizi necə tamamlayacağımızı öyrənəcəyik.

Addım 4: Daxili Nəmliyin "Yaxşı", "Pis" və ya "Çirkin" olduğuna qərar vermək üçün Simulink -də bir alqoritm hazırlayın

Otağınızın çox nəmli/quru olub olmadığını anlamaq və ya hansı otaqdakı rütubətin rahat olduğunu bilmək üçün bir neçə üsul var. Bu yazını istifadə edərək, yuxarıda göstərildiyi kimi daxili nisbi rütubəti və açıq havanın temperaturunu birləşdirmək üçün bir sahə əyrisi qurduq.

Bu bölgədəki nisbi rütubətin dəyəri otağınızın rahat bir mühitdə olması deməkdir. Məsələn, açıq havanın temperaturu -30 ° F olarsa, nisbi rütubətin 15% -dən aşağı olması məqbuldur. Eyni şəkildə, açıq havanın temperaturu 60 ° F olarsa, nisbi rütubətin 50% -dən aşağı olması məqbuldur. Daxili rütubəti maksimum rahatlıq (yaxşı), orta rahatlıq (pis) və ya çox nəmli/quru (çirkin) olaraq təsnif etmək üçün açıq havanın temperaturu və nisbi rütubətə ehtiyacınız var. Raspberry Pi -yə nisbi rütubətin necə gətiriləcəyini gördük. Beləliklə, açıq havanın istiliyinə diqqət yetirin. Modeli açmaq üçün MATLAB Komanda Pəncərəsinə aşağıdakıları yazın:

> rpiOutdoorWeatherData

WeatherData bloku, https://openweathermap.org/ istifadə edərək şəhərinizin xarici temperaturunu (K ilə) gətirmək üçün istifadə olunur. Bu bloku konfiqurasiya etmək üçün veb saytından bir API Açarına ehtiyacınız var. Bu veb saytında pulsuz hesabınızı yaratdıqdan sonra hesab səhifənizə gedin. Aşağıda göstərilən API açarları sekmesi sizə açarı verir.

WeatherData blokuna şəhər adınızın müəyyən bir formatda daxil edilməsi lazımdır. Bu səhifəni ziyarət edin və şəhərinizin adını, sonra vergül simvolunu daxil edin və 2 hərflə ölkəni göstərin. Nümunələr - Natick, ABŞ və Chennai, IN. Axtarış şəhəriniz üçün bir nəticə verərsə, bunu xüsusi formatda WeatherData blokunda istifadə edin. Şəhəriniz olmadıqda, hava şəraiti sizə yaxın olan qonşu şəhərdən istifadə edin. İndi WeatherData blokunu iki dəfə vurun və şəhər adınızı və API açarınızı veb saytdan daxil edin.

Blokun Raspberry Pi -yə şəhərinizin istiliyini gətirə biləcəyini yoxlamaq üçün bu Simulink modelində Run düyməsini basın. İndi daxili rütubətin yaxşı, pis və ya çirkin olduğuna qərar verən alqoritmi görək. Növbəti nümunəni açmaq üçün MATLAB Komanda Pəncərəsinə aşağıdakıları yazın:

> rpisenseHatIHval

Əvvəlki modeldəki Test Comfort blokunun olmadığını və FindRoom Comfort adlı yeni bir blokun Selector blokuna ihval təmin etdiyini fərq etmiş ola bilərsiniz. Açmaq və araşdırmaq üçün bu bloka iki dəfə vurun.

Xarici hava istiliyini artırmaq üçün WeatherData blokundan istifadə edirik. Nəmlik Limitləri alt sistemi, yuxarıda gördüyümüz Nisbi Nəmlik və Xarici Temperatur cədvəlini təmsil edir. Xarici hava istiliyindən asılı olaraq maksimum rütubət həddi dəyərinin nə olacağını çıxaracaq. DecideIH MATLAB funksiya blokunu iki dəfə tıklayaraq açaq.

Nisbi rütubət dəyəri maksimum rütubət həddini aşarsa, o zaman otaq çox rütubətli olduğuna işarə edərək, məlumatları necə çıxardığımıza əsaslanaraq işarə müsbət olacaq. Bu ssenari üçün 3 (çirkin) çıxarırıq. Sətirlər əvəzinə rəqəmlərdən istifadə etməyinizin səbəbi, qrafiklərdə göstərmək və ondan xəbərdarlıqlar yaratmaqdır. MATLAB funksiyasındakı digər təsnifatlar, düşündüyümüz ixtiyari meyarlara əsaslanır. Fərq 10 -dan az olduqda maksimum rahatlıq, 20 -dən az olduqda isə orta rahatlıq və yuxarıda çox quru olaraq təsnif edilir. Bu modeli işə salmaqdan və otağınızın rahatlıq səviyyəsini yoxlamaqdan çekinmeyin.

Addım 5: Daxili İqlim Məlumatlarını və Buludda Kateqoriyalara Daxil Edilən Məlumatları daxil edin

Növbəti hissədə, buludda məlumatların necə qeydiyyata alınacağını görəcəyik. Bu nümunəni açmaq üçün MATLAB Komanda Pəncərəsinə aşağıdakıları yazın.

> rpiSenseHatLogData

Bu modeldə əvvəlki nümunə modelin göstərici hissəsi məqsədli şəkildə silinir, çünki məlumatları qeyd edərkən və siqnallar göndərərkən statistikanı göstərmək üçün izləmə sisteminə ehtiyacımız yoxdur. Məlumat girişi aspekti üçün MATLAB analitikasını özündə birləşdirən pulsuz açıq mənbə IoT platforması olan ThingSpeak-dan istifadə edirik. ThingSpeak-ı seçdik, çünki Simulink-dən istifadə edərək məlumatları ThingSpeak-ə göndərmək üçün Raspberry Pi və digər ucuz aparat lövhələrini proqramlaşdırmağın birbaşa yolları var. ThingSpeak Yazı bloku, Raspberry Pi Hardware kitabxanası üçün Simulink Dəstək Paketindəndir və ThingSpeak kanalınızdan Write API Açarından istifadə edərək konfiqurasiya edilə bilər. Kanalın necə yaradılacağına dair ətraflı təlimatlar aşağıda verilmişdir. Davamlı olaraq məlumatları buluda daxil etmək üçün Pi -nin Simulinkdən asılı olmayaraq işləməsini istəyirsən. Bunun üçün Simulink modelinizdəki "Avadanlığa Dağıt" düyməsini basa bilərsiniz.

Öz ThingSpeak kanalınızı yaradın

Hesabı olmayanlar ThingSpeak saytında qeydiyyatdan keçə bilərlər. MathWorks hesabınız varsa, avtomatik olaraq ThingSpeak hesabınız var.

• Daxil olduqdan sonra Kanallar> Kanallarım bölməsinə keçib Yeni Kanal'ı tıklayaraq kanal yarada bilərsiniz.
• Sizə lazım olan yalnız aşağıda göstərildiyi kimi daxil edəcəyiniz kanalın adı və sahələrin adlarıdır.
• Kanal Məkanını Göstər seçimi, şəhərinizin enlem və boylamına giriş olaraq ehtiyac duyur və kanalın içindəki yeri xəritədə göstərə bilər. (Burada istifadə olunan dəyərlər Natick, MA üçün)
• Sonra kanalınızı yaratmağı başa çatdırmaq üçün Kanalı Saxla düyməsini basın.

4a. Məlumatların "Çirkin" kateqoriyasına daxil olması barədə xəbərdarlıq

Bağlı iqlim izləmə sistemimizi tamamlamaq üçün bulud məlumatlarına əsaslanan siqnalların necə alınacağını görməliyik. Bu çox vacibdir, çünki onsuz otaqdakı rahatlıq səviyyəsini dəyişdirmək üçün lazımi tədbirlər görə bilməyəcəksiniz. Bu bölmədə, bulud məlumatları otağın çox nəmli və ya quru olduğunu göstərəndə telefonunuza necə bildiriş alacağımızı görəcəyik. Buna iki xidmətdən istifadə edərək nail olacağıq: IFTTT Webhooks və ThingSpeak TimeControl. IFTTT (əgər belədirsə, deməli), hadisələri idarə edə bilən və hadisələrə əsaslanan hərəkətləri tetikleyebilen bir onlayn xidmətdir.

IFTTT Webhooks qurmaq üçün addımlar

Qeyd: Ən yaxşı nəticələr üçün bunları kompüterdə sınayın.

1) ifttt.com saytında bir hesab yaradın (hesabınız yoxdursa) və Appletlərim səhifəsindən Yeni Applet yaradın.

2) Tətik xidmətinizi seçmək üçün mavi "bu" düyməsini basın.

3) Xidmət olaraq Webhooks axtarın və seçin.

4) Veb İstəyi Al seçin və hadisə üçün bir ad verin.

5) Tetikleyici yarat seçin.

6) Növbəti səhifədə "bunu" seçin və bildirişləri axtarın.

7) IFTTT tətbiqindən bildiriş göndər seçin.

8) IFTTT -nin 2 -ci addımında yaratdığınız hadisə adını daxil edin və hərəkət yarat seçin.

9) Son addıma çatana qədər davam edin, nəzərdən keçirin və finişə basın.

10) https://ifttt.com/maker_webhooks ünvanına daxil olun və səhifənin yuxarısındakı Ayarlar düyməsini basın.

11) Hesab Məlumatı bölməsindəki URL -ə keçin.

12) Tədbirinizin adını bura daxil edin və "Test et" düyməsini basın.

13) Gələcək istifadə üçün URL -ni son sətirdə kopyalayın (açarla).

ThingSpeak TimeControl qurmaq üçün addımlar

1) Proqramlar> MATLAB Analizi seçin

2) Növbəti səhifədə Yeni'yi basın və IFTTT -dən Tetikleyici E -poçtu seçin və Yarat'ı basın.

Şablon kodundakı vacib parçalar bunlardır:

Kanal ID - "Daxili rütubət dəyəri" məlumatı olan ThingSpeak kanalınıza daxil olun.

IFTTTURL - Əvvəlki bölmədən kopyalanan URL daxil edin Adım 13.

readAPIKey - ThingSpeak Channel. Action bölməsinin açarını daxil edin - son dəyər üzərində işləyən. Xəbərdarlıqları tetiklemek üçün bunu aşağıdakı kimi dəyişin.

3) ThingSpeak saytında Tətbiqlər> TimeControl düyməsini basın.

4) Təkrarlanan seçin və bir vaxt tezliyi seçin.

5) Vaxt qənaətinə nəzarət edin.

İndi MATLAB Analizi hər yarım saatda avtomatik olaraq işləyir və dəyəri 3 -dən böyük və ya bərabərdirsə, IFTTT Webhooks xidmətinə bir tetikleyici göndərir. Sonra IFTTT telefon tətbiqi istifadəçini bu bölmənin əvvəlində göstərildiyi kimi bir bildirişlə xəbərdar edəcək.

Addım 6: Nəticə

Bununla öz iqlim monitorinq sisteminizi necə qurmağın bütün vacib cəhətlərini gördük. Bu layihədə Simulink -in necə istifadə oluna biləcəyini gördük -

• Sense HAT -dan məlumat gətirmək üçün bir Raspberry Pi proqramlaşdırın. Vurğulayın - Kod hələ də Raspberry Pi üzərində işləyərkən Simulinkdəki məlumatları görüntüləyin.
• qapalı iqlim monitorinq sisteminin vizual ekranını qurmaq. Vurğulayın - Kodunuzun aparat üzərində davranışını Simulink -dən dəyişdirin.
• daxili iqlim izləmə sisteminin alqoritmini hazırlayın.
• Raspberry Pi -dən məlumatları buluda daxil edin və daxil olan məlumatlardan xəbərdarlıqlar yaradın.

Bu qapalı iqlim monitorinq sistemində hansı dəyişiklikləri edərdiniz? Zəhmət olmasa təkliflərinizi şərhlər vasitəsilə paylaşın.