نظام مراقبة المناخ الداخلي Raspberry Pi والتحكم فيه: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

يريد الناس أن يكونوا مرتاحين داخل منازلهم. نظرًا لأن المناخ في منطقتنا قد لا يناسبنا ، فإننا نستخدم العديد من الأجهزة للحفاظ على بيئة داخلية صحية: السخان ، ومبرد الهواء ، والمرطب ، ومزيل الرطوبة ، وأجهزة التنقية ، وما إلى ذلك في الوقت الحاضر ، من الشائع العثور على بعض الأجهزة المزودة بخاصية auto- وضع الإحساس بالبيئة والتحكم في أنفسهم. لكن:

• كثير منهم مبالغ فيها / لا تستحق المال.
• دوائرها الكهربائية أسهل في التكسر ويصعب استبدالها من الأجزاء الميكانيكية التقليدية
• يجب إدارة الأجهزة بواسطة تطبيق الشركة المصنعة. من الشائع أن يكون لديك عدد قليل من الأجهزة الذكية في منزلك ولكل منها تطبيقه الخاص. يتمثل الحل الذي قدموه في دمج التطبيق في أنظمة أساسية مثل Alexa و Google Assistant و IFTTT بحيث يكون لدينا وحدة تحكم "مركزية"
• الأهم من ذلك ، أن الشركات المصنعة لديها بياناتنا ، و Google / Amazon / IFTTT / إلخ لديها بياناتنا. نحن لا نفعل ذلك. قد لا تهتم بالخصوصية ، ولكن في بعض الأحيان قد نرغب جميعًا في إلقاء نظرة على نمط الرطوبة في غرفة نومك ، على سبيل المثال ، لتحديد الوقت الذي تفتح فيه النوافذ.

في هذا البرنامج التعليمي ، أقوم ببناء نموذج أولي لوحدة تحكم مناخية داخلية منخفضة التكلفة تعتمد على Raspberry Pi. يتصل RPi بالأجهزة الطرفية عبر واجهات SPI / I2C / USB:

• يستخدم مستشعر الغلاف الجوي لتجميع درجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء.
• يوفر مستشعر جودة الهواء عالي الدقة بيانات الجسيمات الجوية (PM2.5 و PM10) المستخدمة لحساب مؤشر جودة الهواء (AQI)

تقوم وحدة التحكم بمعالجة البيانات المكتسبة وتشغيل إجراءات الجهاز عن طريق إرسال الطلبات إلى خدمة IFTTT Webhook أتمتة التي تتحكم في مقابس WiFi الذكية المدعومة.

تم تصميم النموذج الأولي بطريقة تمكن المرء من إضافة أجهزة الاستشعار الأخرى والأجهزة وخدمات التشغيل الآلي بسهولة.

الخطوة 1: الأجهزة

الأجهزة الموصى بها لبناء هذا:

1. Raspberry Pi (أي إصدار) مع WiFi. أقوم ببناء هذا باستخدام RPi B +. سوف يعمل RPi ZeroW على ما يرام ويكلف حوالي 15 دولارًا
2. حساس BME280 لدرجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء ~ 5 دولارات
3. وحدة مستشعر الكشف عن جودة الهواء الليزرية عالية الدقة PM2.5 / PM10 من Nova SDS011 ~ 25 دولارًا
4. شاشة LED / LCD. لقد استخدمت شاشة OLED SSD1305 2.23 بوصة ~ 15 دولارًا
5. بعض مآخذ WiFi / ZigBee / Z-Wave الذكية. 10-20 دولار للواحد
6. منقي الهواء ، المرطب ، مزيل الرطوبة ، السخان ، المبرد ، إلخ. بمفاتيح ميكانيكية. على سبيل المثال ، استخدمت جهاز تنقية هواء رخيص لعمل هذا البرنامج التعليمي

التكلفة الإجمالية المذكورة أعلاه هي أقل من 100 دولار ، وهي أقل بكثير ، على سبيل المثال ، من جهاز تنقية الهواء الذكي الذي يمكن أن يكلف بسهولة 200 دولار.

الخطوة 2: توصيل أسلاك Raspbery Pi

يوضح مخطط الدائرة كيفية توصيل RPi بمستشعر BME280 باستخدام واجهة I2C وشاشة OLED HAT باستخدام واجهة SPI.

يمكن توصيل Waveshare OLED HAT أعلى GPIO ، لكنك تحتاج إلى موزع GPIO لمشاركته مع الأجهزة الطرفية الأخرى. يمكن تهيئته لاستخدام I2C عن طريق لحام المقاومات الموجودة في الخلف.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول SSD1305 OLED HAT هنا.

يجب تمكين واجهات I2C و SPI في RPi باستخدام:

sudo raspi-config

يتم توصيل مستشعر الغبار Nova SDS011 بـ RPi عبر منفذ USB (مع محول Serial-USB).

الخطوة الثالثة: جمع البيانات من المستشعرات

يتم جمع بيانات الغلاف الجوي ، التي تبدو واضحة تمامًا ، من مستشعر BME280 من نص Python.

21 نوفمبر 20 19:19:25 - INFO - تعويض_قراءة (معرف = 6e2e8de5-6bc2-4929-82ab-0c0e3ef6f2d2 ،

الطابع الزمني = 2020-11-21 19:19: 25.604317 ، درجة الحرارة = 20.956 درجة مئوية ، الضغط = 1019.08 هكتو باسكال ، الرطوبة = 49.23٪ رطوبة نسبية)

تحتاج بيانات مستشعر الغبار إلى مزيد من المعالجة. تمتص وحدة المستشعر بعض عينات الهواء للكشف عن الجسيمات ، لذا يجب تشغيلها لفترة (30 ثانية) للحصول على نتائج موثوقة. من ملاحظتي ، أنا فقط أعتبر متوسط آخر 3 عينات. العملية متاحة في هذا البرنامج النصي.

21 نوفمبر - 20 19:21:07 - DEBUG - 0. PM2.5: 2.8 ، PM10: 5.9

21 نوفمبر - 20 19:21:09 - تصحيح الأخطاء - 1. PM2.5: 2.9 ، PM10: 6.0 21 نوفمبر - 20 19:21:11 - DEBUG - 2. PM2.5: 2.9 ، PM10: 6.0 21- نوفمبر - 20 19:21:13 - DEBUG - 3. PM2.5: 2.9 ، PM10: 6.3 21 نوفمبر - 20 19:21:15 - DEBUG - 4. مساءً2.5: 3.0 ، PM10: 6.2 21 نوفمبر- 20 19:21:17 - DEBUG - 5. PM2.5: 2.9 ، PM10: 6.4 21 نوفمبر - 20 19:21:19 - DEBUG - 6. PM2.5: 3.0 ، PM10: 6.6 21 نوفمبر -20 19: 21:21 - DEBUG - 7. مساءً2.5: 3.0 ، مساءً10: 6.8 21 نوفمبر - 20 19:21:23 - DEBUG - 8. مساءً2.5: 3.1 ، مساءً10: 7.0 21 نوفمبر - 20 19:21: 25 - DEBUG - 9. PM2.5: 3.2 ، PM10: 7.0 21-Nov-20 19:21:28 - DEBUG - 10. PM2.5: 3.2، PM10: 7.1 21-Nov-20 19:21:30 - DEBUG - 11. PM2.5: 3.2 ، PM10: 6.9 21-Nov-20 19:21:32 - DEBUG - 12. PM2.5: 3.3، PM10: 7.0 21-Nov-20 19:21:34 - DEBUG - 13. PM2.5: 3.3 ، PM10: 7.1 21 نوفمبر - 20 19:21:36 - DEBUG - 14. PM2.5: 3.3 ، PM10: 7.1

يوفر مستشعر الغبار فقط مؤشر PM2.5 و PM10. لحساب AQI ، نحتاج إلى وحدة python-aqi:

aqi_index = aqi.to_aqi ([(aqi. POLLUTANT_PM25، dust_data [0])، (aqi. POLLUTANT_PM10، dust_data [1])])

يتم تنفيذ جمع البيانات وعرضها والتحكم في الأجهزة بشكل متزامن وغير متزامن. يتم حفظ البيانات في قاعدة بيانات محلية. لا نحتاج إلى تشغيلها بشكل متكرر إذا لم تتغير البيئة بسرعة كبيرة. بالنسبة لي ، وقت الفاصل الزمني 15 دقيقة كافٍ. علاوة على ذلك ، يقوم جهاز استشعار الغبار بتجميع الغبار في الداخل ، لذلك لا ينبغي أن نفرط في استخدامه لتجنب مهمة التنظيف.

الخطوة 4: إعداد خدمة أتمتة المنزل

هناك العديد من منصات التشغيل الآلي للمنزل ، ويجب تثبيت النظام الأساسي المدعوم من المقبس الذكي لديك. إذا كنت تهتم بالخصوصية ، فيجب عليك إعداد نظامك الخاص. بخلاف ذلك ، يمكنك استخدام الأنظمة الأساسية الشائعة التي تدعمها معظم مقابس WiFi الذكية: مساعد Google أو Alexa أو IFTTT. حاول تحديد النظام الأساسي للمقبس باستخدام واجهة برمجة التطبيقات للتفاعل معها (يعد Webhook مثاليًا لهذا الغرض)

أستخدم IFTTT في هذا البرنامج التعليمي لأنه سهل الاستخدام للغاية حتى للمبتدئين. لكن كن على علم بما يلي: 1. هناك العديد من المقابس الذكية التي لا تدعم IFTTT ، و 2. في الوقت الذي أكتب فيه هذا ، يسمح لك IFTTT فقط بإنشاء 3 تطبيقات صغيرة (مهام التشغيل الآلي) مجانًا ، وهو ما يكفي فقط لـ 1 تطبيق.

هذه هي الخطوات:

1. قم بإنشاء برنامجين في IFTTT لتشغيل وإيقاف تشغيل الجهاز باستخدام خدمة Webhook. يمكن العثور على التفاصيل هنا.

2. انسخ مفتاح API وانسخه إلى برنامج Python النصي. أقترح الاحتفاظ به في ملف منفصل لأسباب أمنية.

3. تحديد منطق التحكم / المعلمات في البرنامج النصي الرئيسي.

الخطوة 5: النتائج

حسنًا ، نحن الآن نختبر النظام.

تعرض شاشة OLED درجة الحرارة الحالية والرطوبة ومؤشر جودة الهواء المحسوب (AQI). يعرض أيضًا الحد الأدنى والحد الأقصى للقيمة في آخر 12 ساعة.

تُظهر بيانات السلاسل الزمنية لـ AQI في غضون أيام قليلة شيئًا مثيرًا للاهتمام. لاحظ الزيادات الحادة في نمط AQI؟ حدث ذلك مرتين في اليوم ، الذروة الصغيرة حوالي الساعة 12:00 والذروة العالية حوالي الساعة 19:00. حسنًا ، لقد خمنت ذلك ، كان ذلك عندما نطبخ ، ننشر الكثير من الجسيمات حولها. من المثير للاهتمام أن نرى كيف يؤثر نشاطنا اليومي على البيئة الداخلية.

كما أن الارتفاع الأخير في الرقم استمر أقصر بكثير من الزيادة السابقة. هذا عندما نضيف منقي الهواء في النظام. ترسل وحدة التحكم في المناخ RPi طلب PURIFIER_ON عندما يكون AQI> 50 و PURIFIER_OFF عندما AQI <20. يمكنك رؤية مشغّل الرد التلقائي على الويب IFTTT في ذلك الوقت.

الخطوة السادسة: الخاتمة

هذا كل شيء!

يمكن أيضًا استخدام البيانات التي تم جمعها للتحكم في سخانات الهواء والمبردات وأجهزة الترطيب ، وما إلى ذلك ، ما عليك سوى شراء المزيد من المقابس الذكية وسيصبح كل جهاز قديم "ذكيًا".

إذا كنت ترغب في التحكم في العديد من الأجهزة ، فقد تحتاج إلى التفكير بعناية في خدمة أتمتة المنزل التي تريد استخدامها. أود أن أقترح بشدة إعداد نظام أساسي مفتوح المصدر لأتمتة المنزل ، ولكن إذا كان الأمر معقدًا للغاية ، فهناك حلول أبسط مثل Google Assistant و IFTTT Webhook ، أو استخدام مقابس Zigbee الذكية.

يمكن العثور على التنفيذ الكامل لهذا النموذج الأولي في مستودع Github:

github.com/vuva/IndoorClimateControl

استمتع !!!