🚵🏼 ⛵️ ✒️ “就像动听的声音……”，或者我们基于微控制器（Canny或Arduino）和Raspberry PI制作一个简单的安全系统 👩🏾‍🌾 🦁 🚖

在编写有关使用TensorFlow和OpenCV识别微控制器的文章的过程中，Craftduino，Canny 3 tiny和Raspberry PI同时引起了我的注意，此后，我决定将它们再次合并在一篇文章中是很不错的。我想了很长时间，然后才感到羞愧，我想起自己是一个健康的叔叔，而且我还从未通过UART连接过任何东西。我想：“生活中的一切都需要尝试。”但是只写关于连接UART的书很无聊，因此立即订购了各种“玩具”，其中包括全新的Arduino和几个传感器。

因此，今天我们将为我最喜欢的笔建立一个安全系统。你惊讶为什么要一支笔？秘密很简单，我在各种电子产品领域都经验不足，因此，当我订购压力传感器时，我认为它可以在整个区域使用，但事实证明，它仅适用于特定的接触区域。奇怪的是，除了这支钢笔，整个房子里没有什么东西足够重，稳定和合适的大小。好吧，除了我的手指，但我还没有准备好尝试它。

在本文中，我将分享将压力传感器和多普勒运动传感器连接到微控制器的经验。我们将通过有线UART接口将控制器连接到GPIO Raspberry PI3。然后，我们将使用Python编写一个简单程序来显示安全系统的状态，最后，我们将使用VNC将智能手机连接到“树莓”，以在距计算机一定距离处监视安全系统。

想要让印第安纳·琼斯失业吗？那么，您将受到猫的欢迎。

与往常一样，在一开始，我将向您解释我自己对DIY电子产品问题还是陌生的，并且正在逐篇学习。因此，不要以为我将写成最终真理。当然，一切都可以做得更好。

这就是我们今天要谈论的内容：

第一部分：简介
第二部分：连接Canny 3 tiny
的电路和程序第三部分：连接Arduino Uno的电路和程序
第四部分：Raspberry PI和Python中的监视程序
第五部分：结论

第一部分：简介

细心的读者可能会问：“如果以前提到过CraftDuino，为什么为什么要买Arduino？”，一切都很普通。CraftDuino再次破裂。一旦德祖格里克我修好了它，现在它变成了“自我孤立”，我不想无所事事地打扰一个人。

因此，我们顺利地接近了物质基础。对于本文，我使用了：

压力电阻FSR402：
多普勒运动传感器RCWL-0516：

在我在现场说明中购买的两个传感器的商店中，都写着它们是用于Arduino的，但实际上，事实证明不需要任何特殊的库，并且在Canny上一切都开始没有问题。
单片机Arduino Uno：
Canny 3 Tiny微控制器-带有端子块和电缆线束的版本：
Raspberry PI 3 Model B单板计算机：
其他：Breboard面包板，鳄鱼线和夹子，Raspberry电源适配器

让我们转到工作上。

第二部分：为Canny 3 tiny连接电路和程序

互联网上有许多如何通过UART连接Arduino的示例，关于Canny的示例则少得多，所以让我们开始吧。
为了不膨胀文章的长度，而不是重复自己，我要提醒你，我认为最基本的问题，如何与坎尼和CannyLab发展环境工作在这篇文章中，和传感器连接到模拟数字转换器（ADC）的例子以及经由虚拟COM消息端口，我在这篇文章中做了介绍。

对于那些不读此书，但立即尝试将传感器连接到ADC的人来说，有一个重要的意义。不要重复我的错误，为使5号和6号控制器的输出在ADC模式下工作，有必要设置跳线，如下图所示。即使做到了，这也不难。

控制器输出端的另一个重要点是电源电压，也就是说，如果您使用外部电源而不是USB连接，请确保输出电压不超过传感器和UART的允许电压。

对于本文而言，一个跳线对我们来说已经足够了，但是如果我们有烙铁，为什么还要在琐事上浪费时间？

请注意接线端子，此版本控制器的标准电缆线束为标准电缆束，如果在车内使用，则很难使用，可能很方便，但不能用于台式实验。我想出了专门技术，用通常与计算机设备捆绑在一起的线束代替了本地线束，或者在出售DIY电子产品的商店中出售，事实证明这非常方便。它们在块体中的位置不会很糟，柔软，同时又增加了长度。

让我们继续进行连接图：

一切都很简单，不需要任何特殊技能，我想几乎任何人都可以处理。

首先，让我们处理一下董事会的力量。我们将从控制器的“-”输出中获取“接地”，但是加上加号，一切都不那么清楚。乍一看，连接到“ +”端子似乎合乎逻辑，但实际上，它显然是+ 5V INPUT的端子。因此，代替它，我们将其中一个输出配置为+ 5V输出，为其提供逻辑单元并将其拉至“ +”。我决定从3号出口离开。

压力传感器的连接非常简单。实际上，这是一个电阻。我们给它的一个“分支”供电，然后从第二个“分支”将导线缠绕到连接到ADC的控制器输入端（5号或6号）。我选择了6号。

顺便说一句，我两次丢失了压力传感器。我的第二个错误是连接传感器。它不适合面包板，事实证明必须将其连接到螺钉接线端子或类似的端子上。我不得不走出“鳄鱼”的行列。

运动传感器的连接并不复杂，我们将来自开发板的+ 5V电压输入Vin插孔，将其连接至面包板上的GND插孔，然后将OUT插孔连接至控制器的任何数字输入，我将其连接至输出5（我们不会将其切换到ADC模式）。

仍然可以通过UART将控制器连接到“ Raspberry”。为此，必须将2号控制器输出（在我们的UART模式下变为TX输出）连接到Raspberry GPIO RX输入，并且还必须连接板上的接地和Raspberry PI GPIO GND。

许多人建议将电压电平调整为3.3 V，我什至尝试通过分压器连接Canny，但与之相比，使用它的效果要好于没有分压器（或根本不起作用），因此在这种情况下，我直接连接了Raspberry UART。似乎什么都没有耗尽。一切正常。

也许您有这样的想法：“为什么要通过蓝牙将其连接至UART，如果可能的话？” 确实，有许多通过UART将Arduino连接到网络上的HC-06模块的示例。如果您相信该论坛，那么Canny也会毫无问题地连接到该论坛。但是我自己还没有尝试过。我想使用电线进行连接，因此我决定将蓝牙连接推迟到下一次。

这是电路的样子：

让我们继续进行控制器的程序（图）：

在“参数设置”块，我们把对ADC模式信道（输入）第6号，传送通道号3至离散输出模式和进料在一个逻辑单元（+ 5V在我们的情况下），几乎所有的分析在本文中。

只有UART设置是我们不熟悉的。幸运的是，一切都很简单。Canny 3 tiny只有1个UART接口（例如，Canny 7有两个）。激活UART模式后，输出1变为RX，输出2变为TX。我们将选择常规的9600波特率，但是数据传输模式受到限制。可用的数据位只有8个字节和1个停止位（对于“较旧”的控制器型号有更多选择）要启用UART，必须在相应的寄存器中输入UART1配置寄存器写一个预定义的常量：

实际上，在我们的情况下，可以选择一个仅包含UART传输模式的常量，因为我们不打算收回任何东西。但是我决定展示一个更一般的例子。

如果在创建图表时选择了正确的控制器，则CannyLab将不允许您选择不适合他的常数。因此，选择已知为危险的模式不起作用。事实总是有机会手动输入一个常数，但最好不要这样做。

我们将在邮件中发送10个字符（包括2个问题），因此我们将在邮件寄存器中写入一个等于10的常量。

我不确定将1个TX提升为1，但以防万一我打开了这个项目（据我了解），我需要它不要用电阻拧紧。

在块中“通过UART和VCP定期发送”
我们使用PWM发生器在2秒内发送1次，这样控制器就不会通过不断发送消息而阻塞通道一秒钟，我们使用了“跟踪边缘检测器”。在从零切换到零的那一刻仅工作一次，如果控制器此时准备通过UART发送消息，则逻辑乘法模块的输入将分别有两个单位，也为“ 1”，这将命令控制器通过UART发送消息。，以防在USB-COM端口中进行调试（我在上一篇文章中对此进行了详细介绍）。

在“显示”块中一切都非常简单，如果压力传感器的值小于某个阈值并且运动传感器已触发（输出将给出``1''），那么我们将打开控制器的绿色LED作为警报信号。

如果该系统像电影中那样工作，那就太酷了：

但是我们将仅限于打开LED。

这是一个视觉演示：

最后一块“消息形成”仍然存在，

我们从ADC接收数据，ADC分辨率为0到1023。我们向UART发送字符，这意味着必须将压力传感器的读数转换为字符串。由于最大数量为1023（4位数字），因此我们需要4个字节。 “数字到字符串转换器”在输出处输出几个字符，我们将有两对字符，每对我们将向安装寄存器发送UART和VCP消息。接下来，我们需要编写一个分隔符，以使读数不会合并，因为CannyLab使用了两个字符，所以我们将两个“空格”字符用作分隔符。类似地，我们转换运动传感器的读数，给出离散的00或01，这意味着我们只需要一对字符。在消息的最后，输入回车符和换行符。

正如我已经在有关光敏电阻的文章中所写的那样，Canny没有自己的COM端口监视器，但是您可以使用任何第三方端口，并且由于稍后我们将使用Arduino IDE，因此我们将使用内置的COM端口监视器。

因此，我将手指放在压力传感器上并沿以下方向移动：

该图和下面的完整代码一样，可以从GitHub下载。

现在让我们继续到Arduino。

第三部分：Arduino Uno的接线图和程序

我不会详细讨论Arduino，因为一切都很微不足道。

接线图：

注意！由于Arduino RX / TX输出工作在5V，并且Raspberry PI具有3.3V，因此人们建议使用特殊模块或至少使用分压器将Arduino连接到Raspberry UART。我没有特殊的模块，但总欢迎使用分压器。我拿了3个标称值为1000欧姆的电阻。然后他在第二个电阻器之后抽头，其上的2/3电压将下降。如果您通过USB将电源关闭到5 V，那么结果就是 5*0.66=3.3 。

虽然我也将Arduino直接连接到UART Raspberry PI，但一切似乎都可以正常工作。

我们将压力传感器连接到“ +”和模拟输入“ A1”。用于5号电源和数字输入的运动传感器。

这是组装电路时的样子：

这是Ardino的草图代码：该代码很简单，唯一值得说明的是“ adjustment”变量。事实是，当连接到Arduino时，压力传感器有时甚至会显示无零值，即使没有负载，我也没有想到比减去``噪声''的平均值来使Canny读数统一更好的方法了。另外，与前面的情况一样，在传感器正常工作的情况下，我们使用内置LED来实现显示器的功能：

byte photoPin = A0;

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(photoPin, INPUT);
pinMode(5, INPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
int adjustment = 250;
int pressure_sensor = analogRead(A1) - adjustment;
int motion_sensor = digitalRead(5);

Serial.print(pressure_sensor);
Serial.print(" ");
Serial.println(motion_sensor);
if ((pressure_sensor<380) && (motion_sensor==1))
{
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
}
else {
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
}
delay(1000);
}

第四部分：Raspberry PI和Python中的监视程序

首先，您需要启用UART以及SSH和VNC，然后使用智能手机连接到Raspberry。

转到Raspberry PI设置并启用SSH，VNC，UART，如图所示：

以防万一，我关闭了蓝牙。

我们将编写一个简单的Python程序，我使用了内置IDE，并且未安装任何其他Python模块。我有一个带有桌面映像的Raspbian，中等大小，大约需要1.1 GB。

在我们的监视程序中，我们将同时使用控制台和图形界面来显示信息。为了实现GUI，我决定使用Tkinter。我确实有生以来第二次使用它，但是我只需要几个文本字段和一个对话框。

这是程序代码：

import serial
import time
from tkinter import *
from tkinter import ttk
from tkinter import messagebox

serialport = serial.Serial("/dev/ttyS0", baudrate=9600, timeout=1.0) 

window = Tk()  
window.title("Security system for my pen")  
window.geometry('400x170')
#Presure sensor label
lbl_ps = ttk.Label(window, text="Pressure sensor", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ps.grid(column=0, row=0)
lbl_ps_status = ttk.Label(window, text=" ",  font=("Arial Bold", 20))
lbl_ps_status.grid(column=1, row=0)
#Motion sensor label
lbl_ms = ttk.Label(window, text="Motion sensor", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ms.grid(column=0, row=1)
lbl_ms_status = ttk.Label(window, text=" ", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ms_status.grid(column=1, row=1)

while True:
   counter = 0
   rcv = serialport.readline().decode('utf-8').replace("\r\n","").split('  ')
   if (len(rcv)==2):
       ps=rcv[0]
       ms=rcv[1]
       print (ps+ " " +ms)
       if (int(ps)<380):
           lbl_ps_status.config(text = " Warning!")
           counter += 1
       else:
           lbl_ps_status.config(text = " Ok")

       if (int(ms)>0):
           lbl_ms_status['text']=" Warning!"
           counter += 1
       else:
           lbl_ms_status['text']=" Ok"  
       window.update_idletasks()  
       window.update()
       if (counter == 2):
            messagebox.showinfo("Alarm!", "heck your pen!")     
       time.sleep(1)

我可能会跳过库的导入。

导入后，我们设置UART，端口本身，速度和超时的设置。

serialport = serial.Serial("/dev/ttyS0", baudrate=9600, timeout=1.0)

接下来，我们将文本字段（标签）放置在表格布局上（在网格上）。
我们将有4个字段，其中2个未更改，传感器的状态将显示在其他两个字段中。

window.title("Security system for my pen")  
window.geometry('400x170')
#Presure sensor label
lbl_ps = ttk.Label(window, text="Pressure sensor", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ps.grid(column=0, row=0)
lbl_ps_status = ttk.Label(window, text=" ",  font=("Arial Bold", 20))
lbl_ps_status.grid(column=1, row=0)
#Motion sensor label
lbl_ms = ttk.Label(window, text="Motion sensor", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ms.grid(column=0, row=1)
lbl_ms_status = ttk.Label(window, text=" ", font=("Arial Bold", 20))
lbl_ms_status.grid(column=1, row=1)

接下来，创建一个无限循环。
在周期开始时，我们将重置警报标签 counter 。
然后从串行端口读取数据。
为了不查看“ \ x00”之类的所有条目，我们将消息重新编码为UTF-8。
然后，我们删除行的开头和结尾，以便仅保留数字。
接下来，我们将这一行分开，注意分隔符为2个空格，而不是1个空格。
这样，在消息不正确时程序不会崩溃，与接收消息相关的其他代码将挤入一个条件结构中，该条件结构仅在消息可分为2部分时才有效。
好吧，在控制台中显示压力传感器和运动传感器。

while True:
   counter = 0
   rcv = serialport.readline().decode('utf-8').replace("\r\n","").split('  ')
   if (len(rcv)==2):
       ps=rcv[0]
       ms=rcv[1]
       print (ps+ " " +ms)

检查传感器是否正常工作，如果一切正常，系统将写“ OK”，如果其中一个传感器正常工作，则计数器加1并发出警告。


       if (int(ps)<380):
           lbl_ps_status.config(text = " Warning!")
           counter += 1
       else:
           lbl_ps_status.config(text = " Ok")

       if (int(ms)>0):
           lbl_ms_status['text']=" Warning!"
           counter += 1
       else:
           lbl_ms_status['text']=" Ok"

在最后一个块中，我们更新Tkinter表单的元素，然后检查有多少个传感器工作。如果两个传感器都已在循环中工作，则会出现一个模态窗口，并显示一条警报消息。


       window.update_idletasks()  
       window.update()
       if (counter == 2):
            messagebox.showinfo("Alarm!", "heck your pen!")     
       time.sleep(1)

重要的是在此处注意，运动传感器从检测到运动的那一刻起，将输出“ 1”保持两秒钟。因此，通常情况下，系统可以正常工作。

以下是显示程序运行情况的屏幕截图：

所有传感器都保持稳定：

工作的两件事之一：

两者都起作用，系统等待操作员确认：

似乎一切都按计划进行。

结论

总之，请考虑从智能手机连接到Raspberry PI。原则上，没有什么复杂的，如果您可以通过计算机进行连接，则可以通过电话进行连接。您只需要知道Raspberry IP，用户名和密码即可。我在Android智能手机上安装了VNC Viewer，但是您当然可以拥有另一个客户端。

使用起来不太方便，但是可以使用：

让我再次提醒您，所有代码都可以从GitHub下载。

每次我向自己保证不会写很长的文章时，草稿都超过了10页。本文展示了一个易于实施的自制安全系统示例，其想象力范围很大。

如果我了解这篇文章对您很有趣，那么稍后我将概述另一篇有关通过蓝牙适配器进行连接的文章。

UPD：
似乎我收到了一些文章，因此为方便起见，我将保留指向其他相关文章的链接：

“就像动听的声音……”，或者我们基于微控制器（Canny或Arduino）和Raspberry PI制作一个简单的安全系统

第一部分：简介

第二部分：为Canny 3 tiny连接电路和程序

第三部分：Arduino Uno的接线图和程序

第四部分：Raspberry PI和Python中的监视程序

结论

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