用Raspberry Pi和传感器制作“可自动营造舒适空间的装置” 第一部分

大家好，我是吉田！
随着居家办公的时间越来越多，我想创造一个让人更加舒适地享受居家时光的环境，创作一个有助于我在家工作或做事的设备。

您可能也注意到了，在家办公时，很容易一坐就是很长时间，或者过于专注于工作而无法注意房间环境，甚至导致工作效率下降。在这里，我想为大家介绍一种能够用各种传感器检测您工作台周围的环境、并使其与Raspberry Pi联动将空间环境可视化、可以自动营造舒适空间的设备。

本部分的流程

使用Raspberry Pi和传感器让您的家中或房间内更舒适

什么是罗姆的“SensorMedal”？

用SensorMedal来测量值

本项目所需部件和所学知识

总结

1. 使用Raspberry Pi和传感器让您的家中或房间内更舒适

现在，让我们列举一下在家办公或做事时，都有哪些事情让您觉得“要是能自动搞定就好了（要是有这些功能就好了）”。然后尝试写下它们的改进方法。

我暂且列出了以下项目：

编号	检测功能	检测后希望具备的功能
1	检测房间的温度	根据室温控制风扇等
2	检测房间的舒适度（例如湿度）	如果湿度高，将空调设置为除湿模式
3	检测工作台周围的亮度	亮度不够时自动开灯
4	检查所在环境的噪声水平	如果太吵，用遥控器调低音量
5	检测坐在椅子上的时间	检测到坐的时间太久（久坐不动），督促主人站起来活动活动
6	确认天气	如果天气预报有雨，提醒主人将晒在外面的衣物收回来
7	在固定时间执行任务	播放能让人转换心情的信息或音乐等

竟然列出了这么多项目！现在，让我们想想应该设计一种什么样的机制来完成这些任务，比如用什么传感器测量这些项目，然后用Raspberry Pi分析，并让各种硬件来协助执行这些任务。用什么样的组合能实现这些目标呢？想想就让人兴奋！

2. 什么是罗姆的“SensorMedal”？

在检测房间环境方面，比如前面提到的温湿度和亮度等，实际上可以用罗姆的传感器来测量。在罗姆的传感器中，有一款名为“SensorMedal（SensorMedal-EVK-002）”的产品，它使用纽扣电池即可驱动，便携，体型小巧却集成了多种传感器。

这个“SensorMedal”是一款传感器评估套件，集成了BLE模块和温湿度、照度、加速度等6种传感器，还配有低功耗微控制器，使用1枚纽扣电池即可驱动几个月。

将其安装在房间中，可以让它测量环境，还可以通过连接Raspberry Pi和蓝牙赋予其多种功能。

具体而言，是将以下规格的传感器都集成在一块小小的电路板上了。

传感器

传感器类型	产品名称	工作电压范围(V)	工作温度范围(℃)	备注
加速度传感器	KX126-1063	1.71～3.6	-40～+85	消耗电流：145μA（高分辨率模式），10μA（低功耗模式） 分辨率：最高16bit 内置计步器功能
地磁传感器	BM1422AGMV	1.7～3.6	-40～+85	MI型三轴磁传感器 消耗电流：150μA (Typ.)@100Hz 磁灵敏度：0.042μT/LSB (Typ.)
气压传感器	BM1383AGLV	1.7～3.6	-40～+85	压阻式气压传感器 可检测300hPa～1100hPa的气压 内置温度校准功能
照度传感器	BH1721FVC	2.4～3.6	-40～+85	支持I2C总线接口(f/s Mode Support) 接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性（峰值灵敏度波长：typ.560nm） 将亮度值作为数字值输出
霍尔IC	BU52072GWZ	1.65～3.6	-40～+85	两极检测（极性判别输出） 间歇工作，消耗电流更低 超小型封装
温湿度传感器	SHT31	1.7～3.6	-40～+85	温湿度传感器的温度值输出 温度[℃] = -45 + 175 * Temperature / 65535 湿度值输出 湿度[%RH] = 100 * Humidity / 65535

Bluetooth® 模块

产品名称	电源电压(V)	工作温度(℃)	主机CPU	支持规格	使用频段	发送输出	接收灵敏度	备注
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® 认证：QDID:77987(End Product)无线认证：TELEC/FCC/IC/CE

低功耗微控制器

产品名称	工作电压(V)	工作频率 (Max.)	最短指令时间	消耗电流(Typ.@HALT)	工作温度(℃)	ROM/RAM
低速时钟	高速时钟	ROM类别	ROM(Byte)	Flash(Byte)	RAM(Byte)
ML620Q504H	1.8～5.5	32.768kHz （内置RC振荡）	16MHz （内置RC振荡）	62.5ns （以16MHz运行时）	0.45μA	-40～+85	Flash	64K	2K	6K

这次，我们将使用SensorMedal中的温湿度传感器(SHT31)和照度传感器(BH1721FVC)

3. 用SensorMedal来测量值

在使用Raspberry Pi等工具创作电子作品之前，让我们先连接智能手机和SensorMedal，确认一下传感器是否正常工作。使用智能手机的应用程序可以立即测量数据，很简单！

在这份用户指南中提供了SensorMedal的使用方法，我们根据这份资料来使用传感器吧！

首先，将电池插入SensorMedal并启动它。电池是一种稍大的纽扣电池，名为“CR2450”。将电池正极朝上插入SensorMedal中。

然后，准备智能手机（iOS 或 Android系统）。我使用的是iPhone。在App Store（应用商店）中搜索“ROHM”，找到应用程序“RHRawDataMedal2”，安装在您的智能手机上。也可以通过
这个链接直接打开应用程序下载界面。

打开已安装的应用程序。如果SensorMedal已经通电，那么您会看到类似“ROHM Medal2_xxxx”字样。

选择并下拉刷新信息。然后会出现如下图所示的画面，稍等片刻，便可以看到传感器正在测量数据。当点击顶部的选项卡时，将会以图表的形式显示加速度、温度、湿度、照度等信息。

左图：测量并显示加速度
右图：测量并显示湿度

现在，可以确认SensorMedal已经启动并且是能够测量数据的。是不是很简单？获取各种数据并不难！当我们再将其与Raspberry Pi连接起来尝试操作其他硬件时，那么电子作品的创作范围就更大了！

4.本项目所需部件和所学知识

接下来，包括上述SensorMedal在内，我们来准备一下能够检测家中或房间内环境、并创造舒适环境的设备所需的零部件。这次我准备的用品清单如下：

编号	所需零部件	说明
1	Raspberry Pi4主体	Raspberry Pi 4 Model B
2	罗姆SensorMedal	SensorMedal-EVK-002
3	液晶显示器	Display-O-Tron HAT
4	手机电池	3000mAh电池
5	迷你USB风扇	可在百元商店购买
6	迷你USB灯	可在百元商店购买

罗姆SensorMedal（左侧绿色）以及带有液晶Raspberry Pi、风扇、灯和电池连接好的照片

通过制作这款设备，您可以学到的关于传感器和硬件的知识如下：

编号	可以学到的知识
1	用SensorMedal测量数据的机制
2	通过BLE连接Raspberry Pi的方法
3	通过Raspberry Pi分析和显示传感器数据的方法
4	根据传感器的值控制硬件的方法
5	与其他硬件联动的机制

5. 总结

如果您有很多机会在家办公或做事，是不是也常常渴望有一台设备能让您工作台周围的环境更舒适呢？
这次，我们将制作一款设备，让它通过使用SensorMedal和Raspberry Pi测量工作环境并对环境进行优化，自动创造一个舒适的空间。

说起工作台周围的环境，我认为至少包括亮度、室温、湿度等因素。而使用罗姆的传感器，可以轻松地测量这些项目，还可以根据测量结果操作和控制与之连接的硬件。当然，除了这个案例以外，您还可以尝试设计其他能够让您的工作环境更舒适的设备。

在第二部分中，我们将进入设备的实际制作阶段。
敬请期待！

审核编辑黄宇