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學習Python，開發智慧家庭控制系統

PHPz

發布： 2024-01-19 09:04:21

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學習Python，開發智慧家庭控制系統

在當今科技智慧化的時代，智慧家庭系統正成為人們日常生活的標配，從智慧門鎖、智慧燈泡，到智慧音箱、智慧家電等，智慧家居正在逐漸地滲透到我們的生活中。而Python作為一種近年來較為流行的程式語言，其快速開發、易於學習、功能強大的特點，使其成為了許多智慧家庭控制系統的首選開發語言。

那麼，本文將介紹如何使用Python和樹莓派，開發一個簡單的智慧家庭控制系統，並提供對應的程式碼範例。

樹莓派準備

樹莓派是一個基於Linux作業系統的微型計算機，它可以用作許多項目的核心部件，也包括我們的智能家居系統。在開始開發之前，請確保你已經有一台樹莓派，並且已經成功安裝了python環境和一些必要的函式庫。

在樹莓派上，我們可以透過GPIO口控制連接的電子元件。 GPIO口是通用輸入輸出埠的縮寫，它可以提供通用的數位輸入/輸出功能，我們可以透過它來控制LED燈、馬達、感測器等元件。

使用Python進行控制

對於控制LED燈、馬達等元件，我們可以使用Python中的RPi.GPIO函式庫。這個函式庫會給出一些與GPIO有關的常數、方法或機制，供我們使用，在學習過程中，會經常用到的一個方法是“輸出輸出IO口”，是指用程式控制GPIO口輸出高電位或低電位。

下面是一個簡單的LED燈控制範例：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)               # 设置GPIO口的编码方式为BCM编码方式
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)             # 将GPIO18设置为输出口
 

try:
    while True:
        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)   # 打开LED灯
        time.sleep(1)                # 暂停1s，控制LED灯持续时间
        GPIO.output(18, GPIO.LOW)    # 关闭LED灯
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()                   # 释放GPIO口，清空资源

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上面的程式碼中，GPIO.BCM是設定GPIO口的編碼方式為BCM編碼方式。 GPIO.setup(18, GPIO.OUT)是將GPIO18口設定為輸出口。在後面的while循環中，我們透過GPIO.output()方法，來控制LED燈的亮滅。當值為GPIO.HIGH時，表示開啟LED燈，值為GPIO.LOW時，表示關閉LED燈。

控制多個元件

對於控制多個元件，我們可以使用類似以上的方式，只需要為每個元件分配一個GPIO口即可。例如，以下程式碼示範如何控制兩個LED燈：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                         # 设置GPIO口的编码方式为BCM编码方式
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)                       # 设置GPIO18为输出口
GPIO.setup(23, GPIO.OUT)                       # 设置GPIO23为输出口
 

try:
    while True:
        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)             # 打开LED1
        GPIO.output(23, GPIO.LOW)              # 关闭LED2
        time.sleep(1)                          # 暂停1s
        GPIO.output(18, GPIO.LOW)              # 关闭LED1
        GPIO.output(23, GPIO.HIGH)             # 打开LED2
        time.sleep(1)                          # 暂停1s
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()                             # 释放GPIO口，清空资源

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我們可以為每個元件分配一個GPIO口，例如LED1分配GPIO18口，LED2分配GPIO23口。而開啟或關閉LED元件，則是使用GPIO.output()方法來控制。

使用感測器控制

在智慧家庭系統中，感測器起到了至關重要的作用，它們可以感受環境中的參數，例如溫度、濕度、光線、紅外線等，從而透過我們的程序來做出相應的動作。對於Python控制感測器，我們可以使用django-celery-beat、APScheduler等任務調度庫進行控制。

以溫度感測器為例，我們可以使用D1 mini連接wlan，連接MQTT伺服器，取得感測器資料。下面是一個簡單的範例程式碼：

import paho.mqtt.client as mqtt
import json

SERVER = "test.mosquitto.org"
PORT = 1883
TOPIC = "/v1.0/devices/6c49f6b29348c22333ad97f5b8a9c7e68a48f87a/sensors/temperature"
 
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))
    client.subscribe(TOPIC)

def on_message(client, userdata, msg):
    data = json.loads(msg.payload.decode())
    if 'temperature' in data:
        print('温度传感器: ', data['temperature'])

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.connect(SERVER, PORT, 60)

client.loop_forever()

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上面的程式碼中，我們使用paho.mqtt.client函式庫連接MQTT伺服器，取得感測器資料。同時，在on_message()函數中，我們可以針對不同的感測器資料寫出對應的控制邏輯，例如控制空調、熱水器等設備，達到智慧家庭的控制目的。