Tento článek vám ukáže, jak pomocí Raspberry Pi a spínače 5V relé zapínat a vypínat žárovku z mobilního zařízení. Tento článek obsahuje webovou aplikaci, ke které máte přístup z jakéhokoli zařízení ve vaší síti a bezdrátově můžete ovládat domácí spotřebiče střídavého proudu ve vaší domácnosti. Začněme tedy s naším jednoduchým experimentem domácí automatizace Raspberry Pi.
Věci, které budete potřebovat
Pokud chcete svůj Raspberry Pi používat bez hlavy (přes SSH nebo VNC), budete potřebovat následující věci:
1) Raspberry Pi 3 nebo Raspberry Pi 4.
2) Přepínač relé 5V.
3) Elektrické vodiče.
4) 3 propojovací vodiče žena-žena.
5) AC žárovka.
6) Držák žárovky AC.
7) Síťová zástrčka.
8) Nástroj na řezání drátů a odizolování.
9) Šroubovák CR-V 3.
10) Napájecí adaptér Micro-USB (Raspberry Pi 3) nebo USB typu C (Raspberry Pi 4).
11) Flashovala 16 GB nebo 32 GB microSD karta s OS Raspberry Pi.
12) Síťové připojení na Raspberry Pi.
13) Notebook nebo stolní počítač pro vzdálený přístup VNC nebo přístup SSH k Raspberry Pi.
Pokud nechcete mít vzdálený přístup k Raspberry Pi přes SSH nebo VNC, budete také potřebovat následující:
14) Monitor.
15) Kabel HDMI nebo micro-HDMI.
16) Klávesnice.
17) Myš.
Pokud potřebujete pomoc s přenesením obrazu Raspberry Pi OS na kartu microSD, přečtěte si článek Jak nainstalovat a používat Raspberry Pi Imager.
Pokud jste začátečník Raspberry Pi a potřebujete pomoc s instalací Raspberry Pi OS na Raspberry Pi, podívejte se na článek Jak nainstalovat Raspberry Pi OS na Raspberry Pi 4.
Pokud také potřebujete pomoc s bezhlavým nastavením Raspberry Pi, přečtěte si článek Jak nainstalovat a konfigurovat Raspberry Pi OS na Raspberry Pi 4 bez externího monitoru.
Obrázky všech požadovaných nástrojů jsou uvedeny níže.
Zapnutí Raspberry Pi
Dále připojte napájecí kabel k Raspberry Pi a zapněte Raspberry Pi.
Jakmile je Raspberry Pi zapnuto, můžete se k Raspberry Pi připojit pomocí VNC nebo SSH. Nebo můžete k Raspberry Pi připojit klávesnici, myš a monitor, abyste k němu měli přímý přístup.
5V reléové vývody
Relé je v podstatě spínač. Na rozdíl od tradičního spínače však lze relé ovládat malým množstvím stejnosměrného napětí.
Použití 5V relé je velmi snadné. Má dvě strany: jedna strana slouží k ovládání relé pomocí nízkonapěťového DC (od Raspberry Pi) a druhá strana slouží k ovládání vysokého napětí AC (tj. Žárovky), v závislosti na stavu relé .
Na jedné straně má relé dvě LED diody (jedna červená a jedna zelená) a tři piny ( IN, GND, a VCC ). Tyto tři piny slouží k ovládání relé z Raspberry Pi.
První dva piny na druhé straně slouží k ovládání domácího spotřebiče AC.
Připojení 5V relé k Raspberry Pi
K připojení 5V relé k Raspberry Pi budete potřebovat tři propojovací vodiče žena-žena.
Připojte jednu stranu propojovacích vodičů k V (žlutý drát), GND (černý drát) a VCC (červený vodič) kolíky v 5V relé, jak je znázorněno níže.
Druhá strana vodičů vede do kolíků GPIO záhlaví Raspberry Pi, jak je znázorněno na obrázku níže.
Červený vodič by měl jít do PIN 2 (VCC) z Raspberry Pi.
Černý vodič by měl jít do PIN 6 (GND) z Raspberry Pi.
Žlutý vodič by měl jít do PIN 7 (GPIO 4) z Raspberry Pi.
Jakmile je 5V relé připojeno k Raspberry Pi, mělo by to vypadat tak, jak je znázorněno na obrázku níže.
Povolení přístupu GPIO k přihlášení uživatele
Chcete -li povolit přístup k pinům GPIO, výchozí přihlašovací uživatel systému Raspberry Pi OS pí by měl být přidán do souboru gpio skupina.
Můžete přidat pí uživatel do gpio skupinu s následujícím příkazem:
$sudousermod-aGgpio $(kdo jsem) 
Aby se změny projevily, restartujte Raspberry Pi následujícím příkazem:
Vytvoření adresáře projektu
Je také dobré mít všechny soubory projektu uspořádané.
Aby byly soubory projektu organizované, vytvořte adresář projektu ~/www a požadované podadresáře s následujícím příkazem:
$mkdir -pv~/www/{šablony, statické} 
Jakmile je adresář projektu vytvořen, přejděte do adresáře projektu následovně:
Přepnutí 5V relé z Raspberry Pi
Nyní, když jste připojili 5V relé k Raspberry Pi, přepnete relé z Raspberry Pi pomocí programovacího jazyka Python.
POZNÁMKA: Přepínání je termín používaný v elektronice. Přepínání znamená ovládání (tj. Zapnutí/vypnutí) určitého elektronického zařízení.
Chcete -li experimentovat s přepínáním relé pomocí programovacího jazyka Python, vytvořte nový skript Python test.py v adresáři projektu takto:
$nanotest.py 
Do skriptu Python test.py zadejte následující řádky kódů.
z čas importspát
zatímco Skutečný:
relé=VEDENÝ(4)
tisk('Záviset na')
spát(5)
relé.zavřít()
tisk('Relé: vypnuto')
spát(5)
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a zachránit test.py Python skript.
Zde se importuje řádek 1 VEDENÝ z gpiozero knihovna a řádek 2 importuje soubor spát funkce z čas knihovna.
Řádky 6-14 jsou v nekonečné smyčce.
Řádek 6 inicializuje LED v GPIO 4 Raspberry Pi, který je připojen k V kolík relé.
Řádek 8 zapíná relé pomocí na() metoda.
Řádek 9 vytiskne zprávu v konzole pomocí tisk() funkce.
Řádek 10 zpožďuje spuštění dalšího řádku kódu o pět sekund pomocí spát() funkce.
Řádek 12 vypne relé pomocí zavřít() metoda.
Stejným způsobem řádek 9 vytiskne zprávu na konzole pomocí tisk() funkce a řádek 10 zpožďuje spuštění dalšího řádku kódu o 5 sekund pomocí spát() funkce.
Dále spusťte soubor test.py Python skript takto:
The test.py Skript Pythonu by měl začít přepínat relé 5V. Každých pět sekund byste měli slyšet cvaknutí. Když relé přepne stav (ze zapnuto do vypnuto nebo z vypnuto do zapnuto), vydá cvaknutí. To znamená, že relé funguje správně.
Když je relé ve vypnutém stavu (normální provoz-AC zátěž je odpojena), pouze síť LED by se měla rozsvítit, jak vidíte na obrázku níže.
Když je relé v zapnutém stavu (AC zátěž je připojena), oba zelená LED a the síť LED by se měla rozsvítit, jak vidíte na obrázku níže.
Jakmile je testování dokončeno, stiskněte + C. ukončit test.py skript.
Připojení AC žárovky k 5V relé
Relé 5V by nyní mělo fungovat správně. Nyní připojíte domácí spotřebič AC (v tomto případě žárovku) k relé 5V.
Nejprve přestřihněte černý elektrický vodič připojený k žárovce pomocí řezačky drátů.
Jakmile je černý elektrický vodič připojený k žárovce odstřižen drátovým řezačem, měl by vypadat jako na obrázku níže.
Dále odizolujte vnější vrstvu, abyste odhalili asi půl palce elektrického vodiče, jak je znázorněno na obrázku níže.
Poté přeložte odkryté dráty, jak ukazuje obrázek níže.
Povolte označené šrouby relé šroubovákem CV-3.
Vložte odkryté vodiče, které jste dříve odizolovali a přeložili, do dvou šroubových svorek a utáhněte šrouby pomocí šroubováku CV-3.
Testování přepínání relé po připojení AC zátěže
Jakmile je AC zátěž připojena k 5V relé, připojte zástrčku žárovky do zásuvky ve zdi.
Spustit test.py Skript Python z adresáře projektu takto:
The test.py Skript Python by měl začít přepínat 5V relé, které zase bude přepínat vysokonapěťovou AC žárovku v pětisekundových intervalech. Žárovka střídavého proudu by měla zůstat rozsvícená po dobu pěti sekund, poté vypnuta po dobu pěti sekund atd.
Žárovka je na obrázku níže vypnutá.
Žárovka je na obrázku níže.
Jak vidíte, můžeme relé přepnout a ovládat vysokonapěťovou AC žárovku pomocí programovacího jazyka Python. Takže stiskněte + C. ukončit test.py skript.
Přejděme nyní k další části.
Psaní webové aplikace Home Automation
V této části vám ukážu, jak napsat webovou aplikaci založenou na API pomocí programovacího jazyka Python. Pomocí webové aplikace můžete ovládat relé a domácí spotřebiče střídavého proudu nebo elektrická zařízení připojená k relé z webového prohlížeče.
POZNÁMKA: Všechny kódy uvedené v této části jsou k dispozici v mém úložišti GitHub shovon8 / malina-pi-domácí automatizace . Pokud chcete, můžete klonovat mé úložiště GitHub a přeskočit všechny kódy.
Vytvořte skript server.py Python v adresáři projektu následujícím způsobem:
$nanoserver.py 
Do pole zadejte následující řádky kódů server.py Python skript.
zgpiozeroimportVEDENÝ
zuuidimportuuid4
místnosti= {}
místnosti['Místnost 1'] = [{
'id': uuid4(),
'název':'Světlo 1',
'ikona':'fa fa-lightbulb',
'postavení':Nepravdivé,
'relayPin':4,
'reléInstance':Nepravdivé
}, {
'id': uuid4(),
'název':'Fan 1',
'ikona':'fa fa-fan',
'postavení':Nepravdivé,
'relayPin':6,
'reléInstance':Nepravdivé
}]
místnosti['Koupelna 1'] = [{
'id': uuid4(),
'název':'Světlo 1',
'ikona':'fa fa-lightbulb',
'postavení':Nepravdivé,
'relayPin':5,
'reléInstance':Nepravdivé
}]
aplikace=Baňka(__název__)
aplikace.konfigur['SEND_FILE_MAX_AGE_DEFAULT'] = 0
@aplikace.trasa('/')
defDomov():
vrátit serender_template('./index.html',místnosti=místnosti)
deftoggle_appliance_status(id):
propokoj, místnostvpokoje:
prospotřebičvmístnosti[pokoj, místnost]:
-li p(spotřebič['id']) == id:
-lispotřebič['reléInstance']:
spotřebič['reléInstance'].zavřít()
spotřebič['reléInstance'] = Nepravdivé
jiný:
spotřebič['reléInstance'] =VEDENÝ(spotřebič['relayPin'])
spotřebič['reléInstance'].na()
spotřebič['postavení'] = nespotřebič['postavení']
vrátit se Skutečný
vrátit se Nepravdivé
@aplikace.trasa('/equipment/toggle/')
defzařízení_přepnout(id):
vrátit sejsonify({'postavení': toggle_appliance_status(id)})
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a zachránit server.py Python skript.
Zde řádky 1-3 importují všechny potřebné komponenty z příslušných knihoven.
Řádek 5 vytvoří prázdný řádek místnosti slovník. V tomto slovníku uložíme všechny podrobnosti o AC zařízení, které chceme ovládat z webové aplikace.
The místnosti detaily jsou uloženy v řádcích 7-29.
Pojďme diskutovat o datové struktuře jedné z místností.
Zde bude název místnosti Místnost 1. Tak, Místnost 1 je klíčem k místnosti slovník.
The Místnost 1 klíč uchovává pole jako hodnotu. Počet prvků pole se rovná počtu domácích spotřebičů AC, které máte v dané místnosti a které chcete také ovládat z webové aplikace. V tomto případě máme dva domácí spotřebiče na střídavý proud, které chceme ovládat: Světlo 1 a Ventilátor 1 .
Každá definice domácího spotřebiče má příponu id . The id je náhodně generovaný UUID. To se používá k identifikaci, kterou místnost chceme ovládat pomocí API.
Domácí spotřebič má také všechny následující:
- jméno (Světlo 1 v tomto případě)
- ikona (Třída ikon Font Awesome, protože pro ikony budeme používat Font Awesome)
- stav (Pravda -li na a Nepravdivé -li vypnuto )
- relayPin (číslo PIN GPIO používané k ovládání relé připojeného k domácímu spotřebiči AC)
- reléInstance (inicializováno VEDENÝ předmět gpiozero knihovna zodpovědná za ovládání příslušného pinu GPIO - relayPin )
Řádek 31 inicializuje webový server Python v baňce.
Řádek 32 konfiguruje webový server baňky.
Řádky 34-36 odeslat index.html soubor z šablony/ adresář při návštěvě webové aplikace domácí automatizace.
Baňka používá Jinja2 šablonovací jazyk k vykreslení souboru index.html soubor. Takže jsem prošel místnosti slovník do index.html soubor. Jinja2 vykreslí domovskou stránku pomocí místnosti data.
Funkce toggle_appliance_status () v řádcích 39-52 slouží k zapnutí domácího spotřebiče, pokud je vypnutý, a vypnutí domácího spotřebiče, pokud je zapnutý pomocí spotřebiče id .
Vrací se to Skutečný pokud je přepínací operace úspěšná. Pokud dojde k chybě, vrátí se Nepravdivé .
Řádky 55-57 se používají k přepínání domácích spotřebičů pomocí /zařízení/přepnout/ Koncový bod API webového serveru. Tady, id je ID domácího spotřebiče.
Vytvořte index.html soubor v souboru šablony/ adresář vašeho projektu takto:
Do pole zadejte následující řádky kódů index.html skript.
< html lang='na'>
< hlava >
< meta znaková sada='UTF-8'>
< meta název='výřez' obsah='width = device-width, initial-scale = 1.0'>
< odkaz rel='styly' href='{{url_for (' static ', filename =' fontawesome/css/all.min.css ')}}'>
< odkaz rel='styly' href='{{url_for (' static ', filename =' style.css ')}}'>
< titul >Domácí automatizace s Raspberry Pi</ titul >
</ hlava >
< tělo >
< div id='obsah'>
< h1 >Domácí automatizace Raspberry Pi</ h1 >
{ % za pokoj v místnostech %}
< div třída='pokoj, místnost'>
< h2 >{{ pokoj, místnost }}</ h2 >
< div třída='spotřebiče'>
{ % pro zařízení v místnostech [pokoj] %}
< div třída='spotřebič' id='{{equipment [' id ']}}'> ='aktivní'>
< já třída='{{spotřebič [' ikona ']}}'></ já >
< rozpětí >{{equipment ['name']}}</ rozpětí >
</ div >
{ % endfor %}
</ div >
</ div >
{ % endfor %}
</ div >
< skript src='{{url_for (' static ', filename =' app.js ')}}' typ='text/javascript'></ skript >
</ tělo >
</ html >
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a zachránit index.html soubor.
Vytvořit styl.css soubor v souboru statický/ adresář vašeho projektu takto:
Do pole zadejte následující řádky kódů styl.css soubor.
* {
okraj: 0;
polstrování: 0;
rodina písem: 'BenchNine', bezpatkové;
}
#obsah >h1{
Pozadí:lineární gradient(naže jo, rgb(112, 24, 163), rgb(86, 127, 240));
barva: #fff;
zarovnání textu: centrum;
polstrování: .5em 0;
}
div.pokoj, místnost {
okraj: .5em;
okraj: 2px pevný rgb(112, 24, 163);
poloměr hranice: 5px;
}
div.pokoj, místnosth2{
/* pozadí: rgb (9, 76, 121); */
Pozadí:lineární gradient(naže jo, rgb(112, 24, 163), rgb(86, 127, 240));
polstrování: 0 0 0 .5em;
barva: #fff;
}
div.spotřebiče {
okraj: .5em .5em 0 0;
Zobrazit:flex;
flex-wrap:zabalit;
}
div.spotřebič {
okraj: 2px pevný rgb(112, 24, 163);
poloměr hranice: 5px;
šířka: 110 pixelů;
výška: 120px;
zarovnání textu: centrum;
okraj: 0 0 .5em .5em;
Zobrazit:flex;
flex-direction:sloupec;
}
div.spotřebičjá.fa {
velikost písma: 4em;
flex-grow: 1;
polstrování: 0,3 em;
barva: rgb(204, padesátka, padesátka);
}
div. spotřebič[datově aktivní='aktivní']já.fa {
barva: rgb(32, 177, 51);
}
div.spotřebičrozpětí{
Zobrazit: blok;
váha písma: tučně;
Pozadí: rgb(112, 24, 163);
barva: #fff;
}
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a zachránit styl.css soubor.
Vytvořte app.js soubor v souboru statický/ adresář vašeho projektu takto:
Do pole zadejte následující řádky kódů app.js soubor.
funkcehlavní() {
funkcetoggleApplianceState(A) {
kdeid=A.cesta[1].id;
kdehttp= NovýXMLHttpRequest();
http.onreadystatechange = funkce() {
-li(tento.readyState === 4 && tento.postavení === 200) {
-li(JSON.analyzovat(tento.responseText).postavení === skutečný) {
-li(A.cesta[1].hasAttribute('data-active')) {
A.cesta[1].removeAttribute('data-active')
} jiný {
A.cesta[1].setAttribute('data-active', 'aktivní')
}
}
}
}
http.otevřeno('DOSTAT',``/spotřebič/přepnout/${id}``, skutečný);
http.poslat();
}
kdespotřebiče=dokument.getElementsByClassName('spotřebič');
pro(já=0;já<spotřebiče.délka;já++) {
spotřebiče[já].addEventListener('kliknout',toggleApplianceState);
}
}
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a uložit app.js soubor.
Zde linka 1 provozuje hlavní() funkce po dokončení načítání webové stránky.
V index.html soubor, každý domácí spotřebič je uzavřen v souboru spotřebič třída. Řádky 26-29 slouží k výběru každého domácího spotřebiče z webové stránky a připojení klikněte událost ke spotřebiči. Když někdo klikne na domácí spotřebič z webové stránky, toggleApplianceState () funkce poběží.
V řádcích 4-23 se toggleApplianceState () Funkce se používá k vyžádání /zařízení/přepnout/ koncový bod webového serveru pro změnu stavu domácího zařízení, na které se kliká. Žádost se provádí na pozadí prostřednictvím AJAX. Jakmile je odpověď přijata, webová stránka se odpovídajícím způsobem aktualizuje.
Přejděte na statický/ adresář v adresáři projektu takto:
Stáhněte si Font Awesome pomocí následujícího příkazu:
Jakmile si stáhnete Font Awesome, měli byste najít nový zip soubor fontawesome-free-5.15.1-web.zip v statický/ adresář.
Rozbalte soubor fontawesome-free-5.15.1-web.zip soubor s následujícím příkazem:
The fontawesome-free-5.15.1-web.zip soubor by měl být nyní rozbalen.
Nový adresář fontawesome-free-5.15.1-web/ by měl být vytvořen v adresáři static/, jak můžete vidět na obrázku níže.
Přejmenujte adresář fontawesome-free-5.15.1-web/ na fontawesome/ s následujícím příkazem:
$mv -protifontawesome-free-5.15.1-web fontawesome 
Nyní již nepotřebujete fontawesome-free-5.15.1-web.zip soubor. Odstraňte tedy fontawesome-free-5.15.1-web.zip soubor s následujícím příkazem:
The statický/ adresářová struktura by měla vypadat tak, jak ukazuje následující obrázek.
Přejděte zpět do adresáře projektu ~/www jak následuje:
Testování webové aplikace Home Automation
Chcete -li otestovat webovou aplikaci pro domácí automatizaci, spusťte v adresáři projektu následující příkaz:
$FLASK_APP= běh serveru.py baňky 
Webová aplikace by měla být k dispozici na portu 5000 vašeho Raspberry Pi.
Ve webovém prohlížeči Chromium navštivte http: // localhost: 5000 . Webová aplikace pro domácí automatizaci by se měla načíst.
Klikněte na ikonu žárovky uvedenou na obrázku níže.
Nyní by měla být zapnuta AC žárovka. Barva ikony by se také měla změnit na zelenou, což znamená, že je žárovka zapnutá.
Webová aplikace pro domácí automatizaci tedy funguje. lis + C. k ukončení webového serveru.
Vytvoření služby Systemd pro webovou aplikaci Home Automation
V této části vám ukážu, jak vytvořit soubor služby systemd pro webovou aplikaci pro domácí automatizaci, aby se automaticky spustil při spuštění.
Nejprve vytvořte soubor raspi-home-automation.service uložte do adresáře projektu takto:
$nanoraspi-home-automation.service 
Do souboru raspi-home-automation.service zadejte následující řádky.
[Jednotka]Popis= Webová služba domácí automatizace Raspberry Pi
Po= network.target
[Servis]
Pracovní adresář=/Domov/pí/www
životní prostředí=FLASK_APP= server.py
životní prostředí=FLASK_ENV= výroba
ExecStart=/usr/dopoledne/běh baňky--hostitel= 0,0,0,0
Standardní výstup= zdědit
StandardError= zdědit
Restartujte= vždy
Uživatel= pí
[Nainstalujte]
WantedBy= multi-user.target
Jakmile budete hotovi, stiskněte + X následován A a uložit raspi-home-automation.service soubor.
Zkopírujte soubor raspi-home-automation.service soubor do souboru /etc/systemd/system/ adresář s následujícím příkazem:
Znovu načtěte démony systemd, aby se změny projevily následovně:
Přidat raspi-domácí automatizace služba pro spuštění systému Raspberry Pi OS pomocí následujícího příkazu:
Restartujte Raspberry Pi následujícím příkazem:
Jakmile se Raspberry Pi spustí, raspi-domácí automatizace služba by měla být aktivní/spuštěná, jak vidíte na obrázku níže.
Přístup k webové aplikaci Home Automation z jiných zařízení
K přístupu k webové aplikaci domácí automatizace z jiných zařízení ve vaší domácí síti budete potřebovat znát IP adresu vašeho zařízení Raspberry Pi.
IP adresu vašeho zařízení Raspberry Pi 4 zjistíte z webového rozhraní pro správu vašeho domácího routeru. V mém případě je IP adresa 192.168.0.103. To pro vás bude jiné. Nezapomeňte tedy od nynějška vyměnit moji IP za vaši.
Pokud máte přístup ke konzole Raspberry Pi, můžete také spustit následující příkaz a zjistit IP adresu.
Jakmile znáte IP adresu vašeho zařízení Raspberry Pi, můžete k němu přistupovat z jakéhokoli zařízení ve vaší domácí síti.
Jak vidíte na obrázku níže, přistoupil jsem k webové aplikaci pro domácí automatizaci ze svého smartphonu Android.
Nezapomeňte zapojit zástrčku žárovky do zásuvky ve zdi.
Ve výchozím nastavení by měla být žárovka vypnutá.
Pokud klepnete na ikonu žárovky z webové aplikace domácí automatizace, barva ikony žárovky by se měla změnit na zelenou, což znamená, že je žárovka zapnutá.
Jak vidíte na obrázku níže, žárovka svítí.
Závěr
Tento článek vám ukázal, jak pomocí 5V relé ovládat vysokonapěťové střídavé elektrické zařízení z Raspberry Pi pomocí programovacího jazyka Python. Tento článek vám také ukázal, jak napsat webovou aplikaci baňky Python založenou na API pro ovládání přenosu z webového prohlížeče. Tento článek by vám měl pomoci začít s domácí automatizací pomocí Raspberry Pi.