使用樹莓派的辦公時鐘

描述

曾經(jīng)討厭您必須走到恒溫器以查看室溫是否足夠好，或者您必須在手機上做 5 種不同的滑動手勢才能訪問天氣應(yīng)用程序，只是為了了解您是否需要當(dāng)您想外出時，穿夾克還是只穿 T 恤？該解決方案將這些東西統(tǒng)一到一個小而有趣的項目中，您可以在其中一目了然地獲得所需的所有數(shù)據(jù)。

介紹

該時鐘有兩個視圖：“數(shù)字時鐘”和“溫度”視圖，其中顯示 DHT11 傳感器檢索到的當(dāng)前內(nèi)部溫度以及從連接的 IP 地址解析的當(dāng)前位置的天氣（如果存在）。如果時鐘無法解析兩個溫度中的任何一個，它將顯示兩個破折號作為占位符。

該應(yīng)用程序還有一個可選網(wǎng)頁，可以托管在 Apache PHP 服務(wù)器上，并具有個性化選項，例如在屏幕上顯示自定義時間和更改報告天氣的當(dāng)前位置。

該時鐘還利用 PIR 傳感器僅在檢測到運動時在屏幕上顯示數(shù)據(jù)，通過延遲例行數(shù)據(jù)檢查直到再次檢測到運動來節(jié)省能源并減少 CPU 使用率。

軟件要求：

• python3 - 通常預(yù)裝在 RPi 上
• 用于 python3 的 Adafruit_DHT - sudo pip3 install Adafruit_Python_DHT
• python3 的 RPi.GPIO - sudo apt install python3-rpi.gpio
• wpa_supplicant - 用于 RPi 上的互聯(lián)網(wǎng)連接

安裝

注意：這里引用的所有管腳都是BOARD型管腳，你可以在任何管腳上連接部件，只要你改變代碼中的管腳號常數(shù)，這樣程序就可以工作了。

1.復(fù)制 RPi 上的項目文件，從鏈接的 Github 存儲庫下載，或從文檔末尾的文本框中復(fù)制和粘貼。

2.1。將面包板上的 DHT11 與任何接地引腳（我使用引腳 14）上的 GND、引腳 12 上的信號和引腳 1（3.3V）上的 VCC 連接。我們?yōu)樾枰唠妷旱牟考Ａ袅硗鈨蓚€ 5V 引腳。

2.2. 同樣對于面包板上的 DHT11 傳感器，在 VCC 和 Signal 引腳之間連接一個 5kΩ 或 10kΩ 電阻，因此默認情況下信號電平保持高電平。

3.將 PIR 傳感器與任何接地引腳（我使用引腳 9）上的 GND、引腳 7 上的 Dout 和 5V 電源引腳（我使用引腳 4）上的 VCC 連接。

4.將 16x16 矩陣顯示 VCC 引腳連接到 5V 引腳（我使用引腳 2），GND 到任何接地引腳（我使用 6），然后如下：LAT CLK DI GABCD - 在引腳 32、33、23 上， 21、19、15、13、11。

5.安裝“軟件要求”一節(jié)中提到的所需 Python 包。

6.使用以下命令運行程序：

python3 main_loop.py

可選 - 時鐘定制網(wǎng)頁：

7.使用 PHP 安裝 apache2，

8.從 Github 存儲庫或本文檔末尾的文本框中復(fù)制 Web 文件到 /var/www/html 目錄。

在啟動時運行應(yīng)用程序

使用任何文本編輯器編輯 /etc/rc.local 文件，并在通常由“exit 0”組成的最后一行之前添加以下行，并將 替換為您復(fù)制文件的位置：

sudo bash -c "python3 //main_loop.py > //watch.log 2>&1" &

“watch.log”文件將存儲程序輸出的所有內(nèi)容。

在我的系統(tǒng)上，由于我將所有程序文件移動到一個名為“watch”的目錄中，因此將是：

sudo bash -c "python3 /home/pi/watch/main_loop.py > /home/pi/watch/watch.log 2>&1" &

代碼說明

每個組件都放置在一個單獨的模塊中以防止混淆，并且代碼幾乎在每一行上都有注釋，因此您可以更好地了解所有內(nèi)容。

第一個也是主要進程是“ main_loop.py ”，它管理所有其他模塊、啟動實例并指定設(shè)置。將顯示在屏幕上的數(shù)據(jù)存儲為低電壓和高電壓值的整數(shù)矩陣，因為屏幕是只有一種顏色的 LED 矩陣，而 LED 只有兩種狀態(tài)，開或關(guān)。該模塊還包含用于解析字符以使其不會溢出的代碼，或?qū)ξ礄z索到所請求數(shù)據(jù)的情況進行驗證。在這里，在無限循環(huán)中，有多個檢查 PIR 傳感器是否檢測到運動、環(huán)境變量是否更改、網(wǎng)頁是否更改了所用數(shù)據(jù)的設(shè)置，或者自上次檢查以來經(jīng)過的時間是否足夠長以啟動另一個例程傳感器和 API 的數(shù)據(jù)驗證。

第二個最重要的模塊“ routine.py ”每次在配置設(shè)置發(fā)生更改時由主進程在單獨的線程中調(diào)用，通常由 Apache PHP 服務(wù)器托管的網(wǎng)頁界面更改，或每 5 分鐘更改一次以保持顯示的數(shù)據(jù)更新。它從wttr.in API 中檢索配置中指定位置的天氣數(shù)據(jù)，或者如果沒有自定義設(shè)置，則通過當(dāng)前 IP 地址位置檢索數(shù)據(jù)。此外，對于時間同步，它使用來自worldtimeapi.org的數(shù)據(jù). 兩個進程之間的數(shù)據(jù)通過環(huán)境變量發(fā)送，時鐘上顯示的時間存儲為一對系統(tǒng)時間戳-時鐘時間戳，在顯示自定義時間（自定義時間）時更容易計算兩者之間的差異可以在時鐘設(shè)置網(wǎng)頁上設(shè)置）。

“ screen.py ”模塊用于LED矩陣屏的信息顯示，方便信號的發(fā)送，在“draw”函數(shù)中只取一個參數(shù)，就是我們要顯示的矩陣。“延遲”函數(shù)最初使用對操作系統(tǒng)的睡眠調(diào)用，但收到的延遲太大（最小約為 8 毫秒），因此我將自己限制為在一段時間循環(huán)中不做任何事情的選項（它CPU 的成本更高，但它是唯一的解決方案，因此我們可以在顯示器上獲得不錯的刷新率）。

“ chars.py ”模塊用于將字符存儲在內(nèi)存中，以便更快地處理并將字符放入視圖矩陣的不同位置。字母以 1 和 0 值的矩陣形式存儲在文件中，文件名就是字符本身。有大小數(shù)字，位于“big_numbers”和“small_numbers”文件夾中。

對 LED 矩陣進行逆向工程

我訂購的 16x16 OKY3525-1 的尺寸是標(biāo)準 8x8 矩陣顯示器的 4 倍，而串行接口則需要更少的引腳來控制整個顯示器。我得到的驚喜是它沒有任何數(shù)據(jù)表、說明或原理圖。因此，為了擴展項目并了解更多內(nèi)容，我嘗試自己獲取原理圖。幸運的是，這 4 個數(shù)字電路上有原始銘文，因此我可以瀏覽原理圖以了解它們?nèi)绾螀f(xié)同工作。我在“參考”部分附上了 2 個數(shù)據(jù)表。

用萬用表和74HC138 datasheet，我發(fā)現(xiàn)用同一型號的兩個電路選線，使用D、C、B和A信號（0x0000-表示第一行，去0x1111-第16行，這是最后一個）。連接到第一個和第二個 74HC138 的 D 引腳選擇其中一個，因此從那里，輸出數(shù)量從 8 個增加到 16 個輸出。同時，另外兩個74HC595電路用DI、CLK、LAT信號在當(dāng)前行進行列選擇，這向我證實了這個顯示器使用了D鎖存型電路（信號發(fā)送和存儲在電路中，直到鎖存信號，當(dāng)它們一次全部顯示出來時）。

我不明白的一件事是他們?yōu)槭裁催x擇將主復(fù)位信號連接到 VCC 并將輸出使能連接到 GND，因為這兩個信號給程序員更多的自由，所以顯示器關(guān)閉了整條線路，并提供了更平滑的轉(zhuǎn)換行顯示之間。

生成的原理圖、時序圖（以獲取有關(guān)如何發(fā)送信號的示例）和用于將正確信號發(fā)送到顯示器的模塊附在下面。我在這個 Github repo 上分別上傳了更詳細的信息。

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