Raspberry Pi balstīta iekštelpu klimata uzraudzības sistēma: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Izlasiet šo emuāru un izveidojiet savu sistēmu, lai jūs varētu saņemt brīdinājumus, ja jūsu istaba ir pārāk sausa vai mitra.

Kas ir iekštelpu klimata uzraudzības sistēma un kāpēc mums tāda nepieciešama?

Iekštelpu klimata uzraudzības sistēmas nodrošina ātru ieskatu galvenajā ar klimatu saistītā statistikā, piemēram, temperatūrā un relatīvajā mitrumā. Ļoti noderīga būs iespēja redzēt šo statistiku un saņemt brīdinājumus tālrunī, kad telpa ir pārāk mitra vai sausa. Izmantojot brīdinājumus, varat ātri veikt nepieciešamās darbības, lai telpā sasniegtu maksimālu komfortu, ieslēdzot sildītāju vai atverot logus. Šajā projektā mēs redzēsim, kā izmantot Simulink, lai:

1) ievadiet klimata statistiku (temperatūra, relatīvais mitrums un spiediens) no Sense HAT uz Raspberry Pi

2) parādīt izmērītos datus Sense HAT 8x8 LED matricā

3) izstrādājiet algoritmu, lai izlemtu, vai mitrums telpās ir “labs”, “slikts” vai “neglīts”.

4) reģistrējiet datus mākonī un nosūtiet brīdinājumu, ja dati ir klasificēti kā “neglīti” (pārāk mitri vai sausi).

Piegādes

Raspberry Pi 3 B modelis

Raspberry Pi Sense cepure

1. darbība. Nepieciešama programmatūra

Lai sekotu līdzi un izveidotu savu iekštelpu klimata uzraudzības sistēmu, jums ir nepieciešams MATLAB, Simulink un atlasiet Papildinājumi.

Atveriet MATLAB ar administratora piekļuvi (ar peles labo pogu noklikšķiniet uz MATLAB ikonas un atlasiet Palaist kā administratoram). MATLAB rīkjoslā atlasiet Papildinājumi un noklikšķiniet uz Iegūt papildinājumus.

Šeit meklējiet atbalsta paketes ar to nosaukumiem un “Pievienojiet” tās.

a. MATLAB atbalsta pakete Raspberry Pi aparatūrai: iegūstiet ieejas un nosūtiet izejas uz Raspberry Pi plates un pievienotajām ierīcēm

b. Simulink atbalsta pakete Raspberry Pi aparatūrai: palaidiet Simulink modeļus Raspberry Pi dēļos

c. RPi_Indoor_Climate_Monitoring_System: šim projektam nepieciešamo modeļu paraugi

Piezīme. Instalēšanas laikā izpildiet ekrānā redzamos norādījumus, lai iestatītu savu Pi darbam ar MATLAB un Simulink.

2. darbība. Pārsūtiet sensora datus uz Raspberry Pi, izmantojot Simulink

Tiem, kas nav pazīstami ar Simulink, tā ir grafiskā programmēšanas vide, kas tiek izmantota dinamisko sistēmu modelēšanai un simulēšanai. Kad esat izstrādājis savu algoritmu Simulink, varat automātiski ģenerēt kodu un iegult to Raspberry Pi vai citā aparatūrā.

Lai atvērtu pirmo modeļa parauga piemēru, MATLAB komandu logā ierakstiet šo. Mēs izmantosim šo modeli, lai Raspberry Pi iekļautu temperatūras, spiediena un relatīvā mitruma datus.

> rpiSenseHatBringSensorData

Bloki LPS25H spiediena sensors un HTS221 mitruma sensors ir no Sense HAT bibliotēkas sadaļā Simulink atbalsta pakete Raspberry Pi aparatūras bibliotēkām.

Mērķa bloki ir no izlietņu bibliotēkas, kas atrodas Simulink bibliotēkās. Lai pārliecinātos, ka jūsu modelis ir pareizi konfigurēts, Simulink modelī noklikšķiniet uz zobrata ikonas. Dodieties uz Aparatūras ieviešana> Aparatūras paneļa iestatījumi> Mērķa aparatūras resursi.

Piezīme. Jums nav jākonfigurē, ja, instalējot Simulink atbalsta paketi Raspberry Pi, ievērojāt iestatīšanas norādījumus. Ierīces adrese tiek automātiski aizpildīta ar jūsu Pi adresi.

Pārliecinieties, vai šeit esošā ierīces adrese sakrīt ar IP adresi, ko dzirdat, kad sāk darboties Pi. Lai dzirdētu ierīces adresi, jums, iespējams, būs jāpārslēdz barošana ar austiņām, kas pievienotas ligzdai.

Noklikšķiniet uz Labi un nospiediet pogu Palaist, kā parādīts zemāk. Pārliecinieties, vai jūsu Pi ir fiziski savienots ar datoru, izmantojot USB kabeli, vai arī tajā pašā Wi-Fi tīklā kā dators.

Nospiežot pogu Palaist ārējā režīmā, Simulink automātiski ģenerē jūsu modelim līdzvērtīgu C kodu un lejupielādē izpildāmo failu Raspberry Pi. Abi darbības jomas bloki ir konfigurēti tā, lai tie tiktu atvērti, tiklīdz modelis sāks darboties. Kad Simulink ir pabeidzis koda izvietošanu Raspberry Pi, jūs redzēsit spiediena, temperatūras un relatīvā mitruma datus uz darbības sfērām, kā parādīts zemāk.

Piezīme. Kods darbojas Raspberry Pi, un jūs skatāties faktiskos signālus, izmantojot Simulink tvēruma blokus, tāpat kā jūs to darītu, ja ar aparatūru būtu savienots osciloskops. Divu sensoru temperatūras vērtība ir nedaudz viena no otras. Jūtieties brīvi izvēlēties to, kas precīzāk atspoguļo jūsu istabas faktisko temperatūru, un izmantojiet to turpmākajās sadaļās. Visos testos ar Sense HAT, kas mums bija, HTS221 mitruma sensora temperatūras vērtības bija tuvākas faktiskajai temperatūrai telpā. Līdz ar to mēs esam redzējuši pamatus, kā Raspberry Pi ievest sensoru datus no Sense HAT.

3. darbība: parādiet sensora datus 8x8 LED matricā

Šajā sadaļā mēs redzēsim, kā šī projekta vizuālā attēlojuma daļa tika pievienota pēdējam modelim. Šajā sadaļā izmantotie Sense HAT elementi ir mitruma sensors (lai iegūtu relatīvo mitrumu un temperatūru), spiediena sensors, LED matrica un kursorsvira. Kursorsviru izmanto, lai izvēlētos, kuru sensoru mēs vēlamies parādīt.

Lai atvērtu nākamo modeļa paraugu, MATLAB komandu logā ierakstiet šo.

> rpiSenseHatDisplay

Kursorsviras bloks ir no bibliotēkas Sense HAT. Tas palīdz mums ievadīt kursorsviras datus Raspberry Pi, tāpat kā spiediena un mitruma sensoru bloki iepriekšējā piemērā. Pagaidām mēs izmantojam bloku Test Comfort, lai LED matricā parādītu “labs” (ja bloka vērtība ir 1). Tas parādīs “slikti”, ja bloka vērtība ir 2, vai “neglīts”, ja vērtība ir 3 vai 4. Nākamajā sadaļā mēs redzēsim faktisko algoritmu, kas nosaka, vai iekštelpu mitrums ir labs, slikts vai neglīts. Izpētīsim atlasītāja bloku, veicot dubultklikšķi uz tā. MATLAB funkciju bloki tiek izmantoti, lai integrētu MATLAB kodu Simulink modelī. Šajā gadījumā mēs piedāvājam SelectorFcn, kas norādīts zemāk.

funkcija [vērtība, stāvoklis] = SelectorFcn (JoyStickIn, spiediens, mitrums, temperatūra, ihval)

neatlaidīgs JoyStickCount

ja ir tukšs (JoyStickCount)

JoyStickCount = 1;

beigas

ja JoyStickIn == 1

JoyStickCount = JoyStickCount + 1;

ja JoyStickCount == 6

JoyStickCount = 1;

beigas

beigas

pārslēdziet JoyStickCount

korpuss 1 % Displeja temperatūra C

vērtība = temp;

Valsts = 1;

korpuss 2 % Displeja spiediens atm

vērtība = spiediens/1013,25;

Valsts = 2;

korpuss 3 % Rādīt relatīvo mitrumu %

vērtība = mitrums;

Valsts = 3;

korpuss 4 % Displeja temperatūra F

vērtība = temp*(9/5) +32;

Valsts = 4;

korpuss 5 % Displejs Labs/Slikts/Neglīts

vērtība = ihval;

Valsts = 5;

citādi % Nerādīt/Displejs 0

vērtība = 0;

Valsts = 6;

beigas

Pārslēgšanas gadījumu paziņojumus parasti izmanto kā atlases kontroles mehānismu. Mūsu gadījumā mēs vēlamies, lai kursorsviru ievade būtu atlases vadība, un atlasītu nākamos datus, kas tiks parādīti ikreiz, kad tiek nospiesta kursorsviras poga. Šim nolūkam mēs izveidojam cilpu if, kas palielina JoyStickCount mainīgo ar katru pogas nospiešanu (JoyStickIn vērtība ir 1, ja tiek nospiesta poga). Tajā pašā ciklā, lai nodrošinātu, ka pārvietojamies tikai starp piecām iepriekš minētajām iespējām, mēs pievienojām vēl vienu nosacījumu, kas atiestata mainīgo vērtību uz 1. Izmantojot šo, mēs izvēlamies, kura vērtība tiks parādīta LED matricā. 1. gadījums būs noklusējums, jo mēs definējam JoyStickCount, lai sāktu no 1, un tas nozīmē, ka LED matricā tiks parādīta temperatūra pēc Celsija. Ritināšanas datu bloks izmanto mainīgo Statuss, lai saprastu, kura sensora vērtība pašlaik tiek parādīta un kāda vienība būtu jāparāda. Tagad, kad mēs zinām, kā izvēlēties pareizo sensoru parādīšanai, apskatīsim, kā darbojas faktiskais displejs.

Rāda rakstzīmes un ciparus

Lai parādītu Sense HAT LED matricā, mēs izveidojām 8x8 matricas:

1) visi skaitļi (0-9)

2) visas vienības (° C, A, % un ° F)

3) aiz komata

4) alfabēts no vārdiem labs, slikts un neglīts.

Šīs 8x8 matricas tika izmantotas kā ieeja 8x8 RGB LED matricas blokā. Šis bloks iedegas gaismas diodes, kas atbilst tiem matricas elementiem, kuru vērtība ir 1, kā parādīts zemāk.

Teksta ritināšana

Ritināšanas datu bloks mūsu modelī ritina virknes, kuru garums var būt līdz 6 rakstzīmēm. Vērtība 6 tika izvēlēta kā garākā virkne, ko mēs šajā projektā izvadīsim, piemēram, 23,8 ° C vai 99,1 ° F. Ņemiet vērā, ka šeit ° C tiek uzskatīta par vienu rakstzīmi. To pašu ideju var attiecināt arī uz cita garuma ritināšanas virknēm.

Šeit ir GIF, kas parāda, kā tas darbojas -

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

Lai 8x8 matricā parādītu 6 rakstzīmju virkni, mums kopumā ir nepieciešams 8x48 izmēra attēls. Lai parādītu virkni, kuras garums nepārsniedz 4 rakstzīmes, mums būs jāizveido 8x32 matrica. Tagad redzēsim visu bezdarbību, nospiežot pogu Palaist. LED matricas noklusējuma displejs ir temperatūras vērtība ° C. Darbības bloks parādīs atlasītāja bloka stāvokli un vērtību. Nospiediet Sense HAT kursorsviras pogu un turiet nospiestu vienu sekundi, lai pārbaudītu, vai vērtība mainās uz nākamo sensora izeju, un atkārtojiet šo procesu, līdz tā sasniedz valsts vērtību 5. Lai novērotu, kā algoritms pārslēdzas visos iekštelpu mitruma kategoriju noteikšanas gadījumos, mainiet Test Comfort bloka vērtību uz jebkuru skaitli no 1 līdz 4. Ievērojiet, kā, mainot Simulink modeļa bloka vērtību, nekavējoties tiek mainīts koda uzvedības veids aparatūrā. Tas var būt noderīgi situācijās, kad vēlaties mainīt koda uzvedību no attālinātas vietas. Līdz ar to mēs esam redzējuši klimata monitoringa sistēmas vizualizācijas aspekta galvenos elementus. Nākamajā sadaļā mēs uzzināsim, kā pabeigt iekštelpu klimata uzraudzības sistēmu.

4. solis: izveidojiet algoritmu Simulink, lai izlemtu, vai mitrums telpās ir “labs”, “slikts” vai “neglīts”

Ir vairākas metodes, lai saprastu, vai jūsu istaba ir pārāk mitra/sausa, vai arī zināt, kāds iekštelpu mitruma līmenis tiek uzskatīts par ērtu. Izmantojot šo rakstu, mēs izveidojām apgabala līkni, lai savienotu iekštelpu relatīvo mitrumu un āra temperatūru, kā parādīts iepriekš.

Jebkura relatīvā mitruma vērtība šajā zonā nozīmē, ka jūsu istaba ir ērta. Piemēram, ja āra temperatūra ir -30 ° F, tad ir pieņemama jebkura relatīvā mitruma vērtība zem 15%. Tāpat, ja āra temperatūra ir 60 ° F, tad ir pieņemams jebkurš relatīvais mitrums zem 50%. Lai iekštelpu mitrumu klasificētu kā maksimālu komfortu (labu), vidēju komfortu (sliktu) vai pārāk mitru/sausu (neglītu), jums ir nepieciešama āra temperatūra un relatīvais mitrums. Mēs esam redzējuši, kā Raspberry Pi ievest relatīvo mitrumu. Tātad, pievērsīsimies āra temperatūras paaugstināšanai. Lai atvērtu modeli, MATLAB komandu logā ierakstiet šo:

> rpiOutdoorWeatherData

Bloks WeatherData tiek izmantots, lai ievadītu jūsu pilsētas ārējo temperatūru (K), izmantojot vietni https://openweathermap.org/. Lai konfigurētu šo bloku, jums ir nepieciešama API atslēga no vietnes. Pēc bezmaksas konta izveides šajā vietnē dodieties uz sava konta lapu. Zemāk redzamā cilne API atslēgas sniedz jums atslēgu.

Bloķim WeatherData ir nepieciešams ievadīt jūsu pilsētas nosaukumu noteiktā formātā. Apmeklējiet šo lapu un ievadiet pilsētas nosaukumu, pēc tam komata simbolu, kam seko divi burti, lai apzīmētu valsti. Piemēri - Natick, ASV un Chennai, IN. Ja meklēšana atgriež jūsu pilsētas rezultātu, izmantojiet to blokā WeatherData šajā konkrētajā formātā. Ja jūsu pilsēta nav pieejama, izmantojiet kaimiņu pilsētu, kuras laika apstākļi ir tuvāki jums. Tagad veiciet dubultklikšķi uz WeatherData bloka un ievadiet pilsētas nosaukumu un API atslēgu no vietnes.

Nospiediet Palaist uz šī Simulink modeļa, lai pārbaudītu, vai bloks var ievest jūsu pilsētas temperatūru Raspberry Pi. Tagad apskatīsim algoritmu, kas izlemj, vai iekštelpu mitrums ir labs, slikts vai neglīts. Lai atvērtu nākamo piemēru, MATLAB komandu logā ierakstiet šo:

> rpisenseHatIHval

Jūs, iespējams, pamanījāt, ka trūkst testa komforta bloka no iepriekšējā modeļa, un jauns bloks ar nosaukumu FindRoom Comfort nodrošina atlases bloku ihval. Veiciet dubultklikšķi uz šī bloka, lai to atvērtu un izpētītu.

Mēs izmantojam WeatherData bloku, lai ieviestu āra temperatūru. Mitruma ierobežojumu apakšsistēma attēlo relatīvā mitruma un āra temperatūras diagrammu, ko redzējām iepriekš. Atkarībā no āra temperatūras tas izsniegs maksimālajai mitruma robežvērtībai. Atvērsim funkciju bloku DecideIH MATLAB, veicot dubultklikšķi uz tā.

Ja relatīvā mitruma vērtība pārsniedz maksimālo mitruma robežu, tad zīme būs pozitīva, pamatojoties uz datu atņemšanas veidu, norādot, ka telpā ir pārāk mitrs. Šim scenārijam mēs izsniedzam 3 (neglīts). Ciparu izmantošanas iemesls virkņu vietā ir tas, ka to ir viegli parādīt diagrammās un izveidot brīdinājumus. Pārējās MATLAB funkcijas klasifikācijas ir balstītas uz patvaļīgiem kritērijiem, kurus mēs izdomājām. Ja starpība ir mazāka par 10, tas tiek klasificēts kā maksimālais komforts, un, ja tas ir mazāks par 20, tas ir vidējais komforts un virs tā ir pārāk sauss. Jūtieties brīvi palaist šo modeli un pārbaudīt savas istabas komforta līmeni.

5. darbība: reģistrējiet iekštelpu klimata datus un klasificētos datus mākonī

Šajā nākamajā sadaļā mēs redzēsim, kā reģistrēt datus mākonī. Lai atvērtu šo piemēru, MATLAB komandu logā ierakstiet šo.

> rpiSenseHatLogData

Šajā modelī iepriekšējā parauga modeļa displeja daļa ir mērķtiecīgi noņemta, jo mums nav nepieciešams, lai uzraudzības sistēma rādītu statistiku, reģistrējot datus un izsūtot brīdinājumus. Datu reģistrēšanas aspektā mēs izmantojam ThingSpeak-bezmaksas atvērtā pirmkoda IoT platformu, kas ietver MATLAB analītiku. Mēs izvēlējāmies ThingSpeak, jo ir tiešie veidi, kā ieprogrammēt Raspberry Pi un citas zemu izmaksu aparatūras plates, lai nosūtītu datus uz ThingSpeak, izmantojot Simulink. ThingSpeak Write bloks ir no Raspberry Pi aparatūras bibliotēkas Simulink atbalsta pakotnes, un to var konfigurēt, izmantojot rakstīšanas API atslēgu no jūsu ThingSpeak kanāla. Tālāk ir sniegti sīki izstrādāti norādījumi par kanāla izveidi. Lai nepārtraukti reģistrētu datus mākonī, vēlaties, lai jūsu Pi darbotos neatkarīgi no Simulink. Šim nolūkam Simulink modelī varat nospiest pogu “Izvietot aparatūrā”.

Izveidojiet savu ThingSpeak kanālu

Tie, kuriem nav konta, var reģistrēties ThingSpeak vietnē. Ja jums ir MathWorks konts, jums automātiski ir ThingSpeak konts.

• Kad esat pieteicies, varat izveidot kanālu, dodoties uz Kanāli> Mani kanāli un noklikšķinot uz Jauns kanāls.
• Viss, kas jums nepieciešams, ir kanāla nosaukums un to lauku nosaukumi, kurus reģistrēsit, kā parādīts zemāk.
• Opcijai Rādīt kanāla atrašanās vietu ir jāievada jūsu pilsētas platums un garums, un tā var kartē parādīt atrašanās vietu kanāla iekšienē. (Šeit izmantotie piemēri ir Natick, MA)
• Pēc tam nospiediet Saglabāt kanālu, lai pabeigtu kanāla izveidi.

4.a Brīdināt, ja dati ir klasificēti kā “neglīti”

Lai pabeigtu iekštelpu klimata uzraudzības sistēmu, mums jāredz, kā saņemt brīdinājumus, pamatojoties uz mākoņa datiem. Tas ir ļoti svarīgi, jo bez tā jūs nevarēsit veikt nepieciešamās darbības, lai mainītu komforta līmeni telpā. Šajā sadaļā mēs redzēsim, kā tālrunī saņemt paziņojumu ikreiz, kad mākoņa dati norāda, ka telpa ir pārāk mitra vai sausa. Mēs to panāksim, izmantojot divus pakalpojumus: IFTTT Webhooks un ThingSpeak TimeControl. IFTTT (apzīmē If if, tad that) ir tiešsaistes pakalpojums, kas var apstrādāt notikumus un izraisīt darbības, pamatojoties uz notikumiem.

IFTTT tīmekļa aizķeres iestatīšanas soļi

Piezīme. Lai iegūtu labākos rezultātus, izmēģiniet tos datorā.

1) Izveidojiet kontu vietnē ifttt.com (ja jums tāda nav) un izveidojiet jaunu sīklietotni no lapas Manas lietojumprogrammas.

2) Noklikšķiniet uz zilās pogas “šis”, lai atlasītu aktivizēšanas pakalpojumu.

3) Meklējiet un izvēlieties Webhooks kā pakalpojumu.

4) Atlasiet Saņemt tīmekļa pieprasījumu un norādiet notikuma nosaukumu.

5) Izvēlieties izveidot aktivizētāju.

6) Nākamajā lapā atlasiet “tas” un meklējiet paziņojumus.

7) Izvēlieties sūtīt paziņojumu no IFTTT lietotnes.

8) Ievadiet notikuma nosaukumu, kuru izveidojāt IFTTT 2. darbībā, un atlasiet izveidot darbību.

9) Turpiniet, līdz sasniedzat pēdējo soli, pārskatiet un nospiediet Pabeigt.

10) Dodieties uz vietni https://ifttt.com/maker_webhooks un lapas augšdaļā noklikšķiniet uz pogas Iestatījumi.

11) Dodieties uz URL konta informācijas sadaļā.

12) Ievadiet šeit savu notikuma nosaukumu un noklikšķiniet uz “Pārbaudīt”.

13) Kopējiet URL pēdējā rindā turpmākai lietošanai (ar atslēgu).

ThingSpeak TimeControl iestatīšanas soļi

1) Atlasiet Lietotnes> MATLAB analīze

2) Nākamajā lapā noklikšķiniet uz Jauns un no IFTTT izvēlieties Aktivizēt e -pastu un noklikšķiniet uz Izveidot.

Šeit ir svarīgi veidnes koda elementi:

Kanāla ID - ievadiet savu ThingSpeak kanālu, kurā ir informācija par iekštelpu mitruma vērtību.

IFTTTURL - Ievadiet URL, kas nokopēts no iepriekšējās sadaļas. 13. darbība.

readAPIKey - ievadiet ThingSpeak kanāla atslēgu. Darbības sadaļa - tā, kas iedarbojas uz pēdējo vērtību. Mainiet to uz šādu, lai aktivizētu brīdinājumus.

3) Vietnē ThingSpeak noklikšķiniet uz Lietotnes> TimeControl.

4) Atlasiet Atkārtoti un izvēlieties laika biežumu.

5) Noklikšķiniet uz Save TimeControl.

Tagad MATLAB analīze tiek palaista automātiski ik pēc pusstundas un nosūta aktivizētāju IFTTT Webhooks pakalpojumam, ja vērtība ir lielāka vai vienāda ar 3. Tad IFTTT tālruņa lietotne brīdinās lietotāju ar paziņojumu, kā parādīts šīs sadaļas sākumā.

6. darbība. Secinājums

Līdz ar to mēs esam redzējuši visus svarīgos aspektus, kā izveidot savu klimata uzraudzības sistēmu. Šajā projektā mēs redzējām, kā Simulink var izmantot, lai -

• ieprogrammējiet Raspberry Pi, lai ievadītu datus no Sense HAT. Iezīmējiet - vizualizējiet Simulink datus, jo kods joprojām darbojas Raspberry Pi.
• izveidot iekštelpu klimata uzraudzības sistēmas vizuālo displeju. Iezīmēt - mainiet veidu, kā kods darbojas Simulink aparatūrā.
• izstrādāt iekštelpu klimata monitoringa sistēmas algoritmu.
• reģistrējiet datus no Raspberry Pi mākonī un izveidojiet brīdinājumus no reģistrētajiem datiem.

Kādas izmaiņas jūs darītu šajā iekštelpu klimata uzraudzības sistēmā? Lūdzu, kopīgojiet savus ieteikumus, izmantojot komentārus.