使用樹莓派構建一個嬰兒監視器

香港很濕熱，即便是晚上，許多人為了更舒適，在家裡也使用空調。當我的大兒子還是一個小嬰兒的時候，他卧室的空調還是需要手動控制的，沒有溫度自動調節的功能。它的控制器只有開或者關，讓空調整個晚上持續運行會導致房間過冷，並且也浪費能源和錢。

我決定使用一個基於 樹莓派 的 物聯網 解決方案去修復這個問題。後來我進一步為它添加了一個嬰兒監視器插件。在這篇文章中，我將解釋我是如何做的，它的代碼在 我的 GitHub 頁面上。

設計空調控制器

解決我的問題的第一個部分是使用了一個 Orvibo S20 可通過 WiFi 連接的智能插頭和智能手機應用程序。雖然這樣可以讓我通過遠程來控制空調，但是它還是手動處理的，而我希望嘗試讓它自動化。我在 Instructables 上找到了一個滿足我的需求的項目：他使用樹莓派從一個 AM2302 感測器 上測量附近的溫度和濕度，並將它們記錄到一個 MySQL 資料庫中。

使用壓接頭將溫度/濕度感測器連接到樹莓派的相應 GPIO 針腳上。幸運的是，AM2302 感測器有一個用於讀取的 開源軟體，並且同時提供了 Python 示例。

與我的項目放在一起的用於 AM2302 感測器 介面的軟體已經更新了，並且我使用的原始代碼現在應該已經過時了，停止維護了。這個代碼是由一個小的二進位組成，用於連接到感測器以及解釋讀取並返回正確值的 Python 腳本。


樹莓派、感測器、以及用於構建溫度/濕度監視器的 Python 代碼。

將感測器連接到樹莓派，這些 Python 代碼能夠正確地返回溫度和濕度讀數。將 Python 連接到 MySQL 資料庫很簡單，並且也有大量的使用 python-mysql 綁定的代碼示例。因為我需要持續地監視溫度和濕度，所以我寫軟體來實現這些。

事實上，最終我用了兩個解決方案，一是作為一個持續運行的進程，周期性（一般是間隔一分鐘）地獲取感測器數據，另一種是讓 Python 腳本運行一次然後退出。我決定使用第二種方法，並使用 cron 去每分鐘調用一次這個腳本。之所以選擇這種方法的主要原因是，（通過循環實現的）持續的腳本偶爾會不返回讀數，這將導致嘗試讀取感測器的進程出現堆積，最終可能會導致系統掛起而缺乏可用資源。

我也找到了可以用程序來控制我的智能插頭的一個 Perl 腳本。它是解決這種問題所需的一部分，因此當某些溫度/濕度達到觸發條件，將觸發這個 Perl 腳本。在做了一些測試之後，我決定去設計一個獨立的 checking 腳本，從 MySQL 去拉取最新的數據，然後根據返回的值去設置智能開關為開或關。將插頭控制邏輯與感測器讀取腳本分開，意味著它們是各自獨立運行的，就算是感測器讀取腳本寫的有問題也沒事。

配置一個打開/關閉空調的溫度值是很有意義的，因此，我將這些值轉移到控制腳本讀取的配置文件中。我也發現，雖然感測器的值一般都很準確，但是，偶爾也會出現返回不正確讀數的情況。這個感測器腳本被修改為不向 MySQL 資料庫中寫入與前值差異非常大的值。同樣也在配置文件中寫入了連續讀取的溫度/濕度之間允許的最大差異值，如果讀取的值處於這些限制值以外，這些值寫不會提交到資料庫中。

雖然，做這個自動調節器似乎花費了很多努力，但是，這意味著，記錄到 MySQL 資料庫的數據是有效的、可用於進一步去分析識別用戶使用模式的有用數據。可以用多種圖形方式去展示來自 MySQL 資料庫中的數據，而我決定使用 Google Chart 在一個 Web 頁面上顯示數據。


過去六小時內測量到的溫度和濕度

添加一個嬰兒監視攝像頭

樹莓派開放的性能意味著我可以不斷地為它增加功能 —— 並且我有大量的未使用的可用 GPIO 針腳。我的下一個創意是去添加一個攝像頭模塊，將它放在孩子的卧室中，配置它去監視嬰兒。

我需要一個能夠在黑暗環境中工作的攝像頭，而 Pi Noir 攝像頭模塊是非常適合這種條件的。Pi Noir 除了沒有紅外過濾之外，同樣也是樹莓派常用的攝像頭模塊。這意味著它在白天時的圖像可能有點偏紫色，但是它可以在黑暗中藉助紅外燈來顯示圖像。

現在我需要一個紅外光源。由於樹莓派非常流行，並且進入門檻很低，因此它有大量的外圍配件和插件。也有適合它的各種紅外光源，我注意到的其中一個是 Bright Pi。它可以從樹莓派上供電，並且它很適合為樹莓派的攝像頭模塊提供紅外光和普通光。它唯一的缺點是太考驗我的焊接技能了。

我的焊接技能還是不錯的，但是可能花費的時間比其他人更長。我成功地連接了外殼上所有的紅外 LEDs，並將它們連接到樹莓派的 GPIO 針腳上。這意味著樹莓派能夠編程式控制制紅外 LED 是否點亮，以及它的亮度。

通過一個 Web 流去公開捕獲的視頻也很有意義，因為這樣我就可以從 Web 頁面上查看溫度和濕度的讀數圖表。進一步研究之後，我選擇了一個使用 M-JPEG 捕獲器的 流軟體。通過 Web 頁面公開 JPG 源，我可以在我的智能手機上去連接攝像頭查看程序，去查看攝像頭的輸出。

做最後的修飾

沒有哪個樹莓派項目都已經完成了還沒有為它選擇一個合適的外殼，並且它有各種零件。在大量搜索和比較之後，有了一個顯然的 贏家：SmartPi 的樂高積木式外殼。樂高的兼容性可以讓我去安裝溫度/濕度感測器和攝像頭。下面是最終的成果圖：

在這以後，我對我的這個作品作了一些改變和更新：

• 我將它從樹莓派 2 Model B 升級到了 樹莓派 3，這意味著我可以使用 USB WiFi 模塊。
• 我用一個 TP-Link HS110 智能插頭替換了 Orvibo S20。
• 我也將樹莓派插到了一個智能插頭上，這樣我就可以遠程重啟/重置它了。
• 我從樹莓派上將 MySQL 資料庫移走了，它現在運行在一個 NAS 設備上的容器中。
• 我增加了一個非常 靈活的三角夾，這樣我就可以調整到最佳角度。
• 我重新編譯了 USB WiFi 模塊，禁用了板載 LED 指示燈，這就是升級到樹莓派 3 的其中一個好處。
• 我因此為我的第二個孩子設計了另外一個監視器。
• 因為沒有時間去折騰，我為我的第三個孩子購買了夜用攝像頭。

想學習更多的東西嗎？所有的代碼都在 我的 GitHub 頁面上。

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via: https://opensource.com/article/18/3/build-baby-monitor-raspberry-pi

作者：Jonathan Ervine 譯者：qhwdw 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive