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用Raspberry Pi和傳感器制作“可自動營造舒適空間的裝置” 第一部分

李藝銀 ? 來源:羅姆 ? 作者:羅姆 ? 2023-03-01 11:06 ? 次閱讀

大家好,我是吉田!
隨著居家辦公的時間越來越多,我想創造一個讓人更加舒適地享受居家時光的環境,創作一個有助于我在家工作或做事的設備。

您可能也注意到了,在家辦公時,很容易一坐就是很長時間,或者過于專注于工作而無法注意房間環境,甚至導致工作效率下降。在這里,我想為大家介紹一種能夠用各種傳感器檢測您工作臺周圍的環境、并使其與Raspberry Pi聯動將空間環境可視化、可以自動營造舒適空間的設備。

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本部分的流程

使用Raspberry Pi和傳感器讓您的家中或房間內更舒適

什么是羅姆的“SensorMedal”?

用SensorMedal來測量值

本項目所需部件和所學知識

總結

1. 使用Raspberry Pi和傳感器讓您的家中或房間內更舒適

現在,讓我們列舉一下在家辦公或做事時,都有哪些事情讓您覺得“要是能自動搞定就好了(要是有這些功能就好了)”。然后嘗試寫下它們的改進方法。

我暫且列出了以下項目:

編號 檢測功能 檢測后希望具備的功能
1 檢測房間的溫度 根據室溫控制風扇等
2 檢測房間的舒適度(例如濕度) 如果濕度高,將空調設置為除濕模式
3 檢測工作臺周圍的亮度 亮度不夠時自動開燈
4 檢查所在環境的噪聲水平 如果太吵,用遙控器調低音量
5 檢測坐在椅子上的時間 檢測到坐的時間太久(久坐不動),督促主人站起來活動活動
6 確認天氣 如果天氣預報有雨,提醒主人將曬在外面的衣物收回來
7 在固定時間執行任務 播放能讓人轉換心情的信息或音樂等

竟然列出了這么多項目!現在,讓我們想想應該設計一種什么樣的機制來完成這些任務,比如用什么傳感器測量這些項目,然后用Raspberry Pi分析,并讓各種硬件來協助執行這些任務。用什么樣的組合能實現這些目標呢?想想就讓人興奮!

2. 什么是羅姆的“SensorMedal”?

在檢測房間環境方面,比如前面提到的溫濕度和亮度等,實際上可以用羅姆的傳感器來測量。在羅姆的傳感器中,有一款名為“SensorMedal(SensorMedal-EVK-002)”的產品,它使用紐扣電池即可驅動,便攜,體型小巧卻集成了多種傳感器。
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這個“SensorMedal”是一款傳感器評估套件,集成了BLE模塊和溫濕度、照度、加速度等6種傳感器,還配有低功耗微控制器,使用1枚紐扣電池即可驅動幾個月。

將其安裝在房間中,可以讓它測量環境,還可以通過連接Raspberry Pi和藍牙賦予其多種功能。
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具體而言,是將以下規格的傳感器都集成在一塊小小的電路板上了。

傳感器

傳感器類型 產品名稱 工作電壓范圍(V) 工作溫度范圍(℃) 備注
加速度傳感器 KX126-1063 1.71~3.6 -40~+85 消耗電流:145μA(高分辨率模式),10μA(低功耗模式)
分辨率:最高16bit
內置計步器功能
地磁傳感器 BM1422AGMV 1.7~3.6 -40~+85 MI型三軸磁傳感器
消耗電流:150μA (Typ.)@100Hz
磁靈敏度:0.042μT/LSB (Typ.)
氣壓傳感器 BM1383AGLV 1.7~3.6 -40~+85 壓阻式氣壓傳感器
可檢測300hPa~1100hPa的氣壓
內置溫度校準功能
照度傳感器 BH1721FVC 2.4~3.6 -40~+85 支持I2C總線接口(f/s Mode Support)
接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性(峰值靈敏度波長:typ.560nm)
將亮度值作為數字值輸出
霍爾IC BU52072GWZ 1.65~3.6 -40~+85 兩極檢測(極性判別輸出)
間歇工作,消耗電流更低
超小型封裝
濕度傳感器 SHT31 1.7~3.6 -40~+85 溫濕度傳感器的溫度值輸出 溫度[℃] = -45 + 175 * Temperature / 65535
濕度值輸出 濕度[%RH] = 100 * Humidity / 65535

Bluetooth? 模塊

產品名稱 電源電壓(V) 工作溫度(℃) 主機CPU 支持規格 使用頻段 發送輸出 接收靈敏度 備注
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? 認證:QDID:77987(End Product)無線認證:TELEC/FCC/IC/CE

低功耗微控制器

產品名稱 工作電壓(V) 工作頻率 (Max.) 最短指令時間 消耗電流(Typ.@HALT) 工作溫度(℃) ROM/RAM
低速時鐘 高速時鐘 ROM類別 ROM(Byte) Flash(Byte) RAM(Byte)
ML620Q504H 1.8~5.5 32.768kHz
(內置RC振蕩)
16MHz
(內置RC振蕩)
62.5ns
(以16MHz運行時)
0.45μA -40~+85 Flash 64K 2K 6K

這次,我們將使用SensorMedal中的溫濕度傳感器(SHT31)和照度傳感器(BH1721FVC)

3. 用SensorMedal來測量值

在使用Raspberry Pi等工具創作電子作品之前,讓我們先連接智能手機和SensorMedal,確認一下傳感器是否正常工作。使用智能手機的應用程序可以立即測量數據,很簡單!

在這份用戶指南中提供了SensorMedal的使用方法,我們根據這份資料來使用傳感器吧!

首先,將電池插入SensorMedal并啟動它。電池是一種稍大的紐扣電池,名為“CR2450”。將電池正極朝上插入SensorMedal中。

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然后,準備智能手機(iOSAndroid系統)。我使用的是iPhone。在App Store(應用商店)中搜索“ROHM”,找到應用程序“RHRawDataMedal2”,安裝在您的智能手機上。也可以通過
這個鏈接直接打開應用程序下載界面。

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打開已安裝的應用程序。如果SensorMedal已經通電,那么您會看到類似“ROHM Medal2_xxxx”字樣。

poYBAGPzG0OAWTkiAAIdmrqPchs098.png

選擇并下拉刷新信息。然后會出現如下圖所示的畫面,稍等片刻,便可以看到傳感器正在測量數據。當點擊頂部的選項卡時,將會以圖表的形式顯示加速度、溫度、濕度、照度等信息。

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左圖:測量并顯示加速度
右圖:測量并顯示濕度

現在,可以確認SensorMedal已經啟動并且是能夠測量數據的。是不是很簡單?獲取各種數據并不難!當我們再將其與Raspberry Pi連接起來嘗試操作其他硬件時,那么電子作品的創作范圍就更大了!

4.本項目所需部件和所學知識

接下來,包括上述SensorMedal在內,我們來準備一下能夠檢測家中或房間內環境、并創造舒適環境的設備所需的零部件。這次我準備的用品清單如下:

編號 所需零部件 說明
1 Raspberry Pi4主體 Raspberry Pi 4 Model B
2 羅姆SensorMedal SensorMedal-EVK-002
3 液晶顯示器 Display-O-Tron HAT
4 手機電池 3000mAh電池
5 迷你USB風扇 可在百元商店購買
6 迷你USB燈 可在百元商店購買

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羅姆SensorMedal(左側綠色)以及帶有液晶Raspberry Pi、風扇、燈和電池連接好的照片

通過制作這款設備,您可以學到的關于傳感器和硬件的知識如下:

編號 可以學到的知識
1 用SensorMedal測量數據的機制
2 通過BLE連接Raspberry Pi的方法
3 通過Raspberry Pi分析和顯示傳感器數據的方法
4 根據傳感器的值控制硬件的方法
5 與其他硬件聯動的機制

5. 總結

如果您有很多機會在家辦公或做事,是不是也常常渴望有一臺設備能讓您工作臺周圍的環境更舒適呢?
這次,我們將制作一款設備,讓它通過使用SensorMedal和Raspberry Pi測量工作環境并對環境進行優化,自動創造一個舒適的空間。

說起工作臺周圍的環境,我認為至少包括亮度、室溫、濕度等因素。而使用羅姆的傳感器,可以輕松地測量這些項目,還可以根據測量結果操作和控制與之連接的硬件。當然,除了這個案例以外,您還可以嘗試設計其他能夠讓您的工作環境更舒適的設備。

在第二部分中,我們將進入設備的實際制作階段。
敬請期待!

審核編輯黃宇


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