用树莓派改装电风扇及实现Android遥控

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最近天气很热，我租的房子又没有空调，基本上风扇一开就是一晚上，结果经常起床后发现口干舌燥的。我觉得这肯定是因为整晚吹风扇搞的，不管是不是，反正我觉得就是了。不开风扇吧，热！开风扇吧，早上起来不舒服，怎么办呢？能不能让风扇吹一会停一会这样的吹呢？让手机来当遥控器来控制风扇？加上语音控制？我看了下我那吃灰半年多的树莓派，觉得应该让它动一动了。

硬件准备

首先，电扇是必须的，树莓派吃灰了半年，也该工作工作了。其他再需要啥的就该淘宝了。树莓派控制电扇嘛，3v-7v直流信号控制220v交流的电磁继电器得一个。连接树莓派和继电器的杜邦线若干，连接电风扇和继电器得卡口一对，注意需要能承受住风扇的电流的，不要太细的。其他的以后再说吧！
东西准备好后，先连接电路。PO上几张图，不用好看，只要能说明问题。
拆掉底座后，图是这样的，左边是定时的，坏了定不了。右边是调速的。把调速的电源线断开，接到继电器得被控端。使用继电器的常闭触点，就是把树莓派拿掉，风扇和原来一样用。

GPIO控制风扇

编写python代码，来控制风扇开关，测试一下GPIO。这个是控制的基础，要是这步走不通，后续就没意义了。

#-*- coding: utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO

# gpio初始化
def gpioInit():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(5,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)

# 风扇是GPIO05
def switchFan(open):
    GPIO.output(5,open)
    print('fan open' if open==0 else 'fan close')


if __name__ == '__main__':
    order='a'
    gpioInit()
    while order!='exit':
        order=input('input you order:')
        if order=='open':
            switchFan(0)
        elif order=='close':
            switchFan(1)
        else:
            print('bad order')
    GPIO.cleanup()
    print('smart exit!')

从代码看也比较简单，使用GPIO05来控制风扇，默认设置为低电平。低电平的时候，继电器常闭，风扇的开关打开，风扇就转。高电平的时候，继电器的常闭触点断开，风扇开关打开的时候，风扇也不转了。输入open的时候，05脚设置为低电平，风扇打开。输入close的时候，05脚设置高电平，风扇停止。

实现定时功能

做这个的初衷就是让风扇定时开一会儿关一会儿，所以能控制风扇后，第一时间自然就是把这个功能给实现掉了。用python来实现，代码自然简单的不能再简单了：

#-*- coding: utf-8 -*-
from SmartServer import SmartServer
import threading
import RPi.GPIO as GPIO

fanState=[1]

# gpio初始化
def gpioInit():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(5,GPIO.OUT,initial=GPIO.HIGH)

# 风扇是GPIO02
def switchFan(open=[0]):
    fanState[0]= 1 if not open[0] else 0
    GPIO.output(5,fanState[0])
    print('fan close' if fanState[0] else 'fan open')

# 定时任务，默认十五分钟执行一次
def timerCheck(time=60*15,func=0,args=()):
    if func:
        func(args)
    timer=threading.Timer(time,timerCheck,(time,func,args))
    timer.start()

if __name__ == "__main__":
    gpioInit()
    # 十五分钟反转一下GPIO，开启时风扇是打开的
    timerCheck(time=60*15,func=switchFan,args=(fanState))
    print('now fanState :',fanState)
    order=''
    while order!='exit':
        order=input('input you order:')
    GPIO.cleanup()

时间校准及离家模式

白天我不在家，风扇得保证不开，那首先得保证树莓派的时间正确。设置下定时更新网络上的时间，时区也得保证是我所用的时区，上海时区。

# 安装ntpdate
apt-get install ntpdate
# 选择时区
sudo tzselect
# 然后选择亚洲 Asia->中国（China)->北京(Beijing)
# 接着复制到etc下
cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai  /etc/localtime
# 更新时间，会得到正确时区的服务器时间
sudo ntpdate ntp.ubuntu.com
# 每天校准，添加到定时任务里面去
vi /etc/crontab
# 加入下面这个，每天6点十分校准
# 10 6    * * *   root    ntpdate ntp.ubuntu.com

然后我一般是7:30离家上班去，9:30左右回到家，所以在这个区间，如果我忘记关风扇了，它也应该保证不开，只要判断这个时间段就OK了：

# 判断当前是否离家了
def isLeave(leave=[7,30],back=[21,30]):
    now=time.localtime(time.time())
    return not (((now.tm_hour==leave[0] and now.tm_min>=leave[1]) or
     now.tm_hour>leave[0]) and 
     ((now.tm_hour==back[0] and now.tm_min<back[1]) or
      now.tm_hour<back[0])) 

编写服务器端接受指令

运行程序后，风扇就一直按照既定的模式运行，开一会关一会好像也不太好，比如今天天气比较热，我回来的比较早，我想它先扇两个小时，然后再开半个小时，关十五分钟，这样循环怎么办？嗯，还是得有个遥控器，反正树莓派联了家里的网，一回来手机也是要联上Wifi，那就直接用手机来做遥控器了。
想要手机控制树莓派，在树莓派上运行一个服务来接受来自手机的指令肯定是少不了的。一事不劳二主，依旧Python了。先写一个SmartServer的类，来创建服务器的Socket，来接受客服端的连接以及连接后的指令。

#-*- coding: utf-8 -*-
from socket import *
from time import ctime
from time import localtime
import threading
import time
import datetime


class SmartServer(object):
    """docstring for SmartServer"""

    HOST=''
    PORT=1122  #设置侦听端口
    BUFSIZ=1024 #buffer的大小
    SERVERFLAG=True

    fanSwitchTimestamp=0    #风扇上次状态切换时候的时间
    fanState=0              #风扇当前状态
    fanForceClose=True      #是否强制关闭风扇，离家的时候

    def __init__(self):
        super(SmartServer, self).__init__()

    def clientSocketDoWhat(self,client,address,clientId):
        while True:
            try:
                data=client.recv(self.BUFSIZ)
            except Exception as e:
                print('error when recv data from client!')
                break
            if not data:
                break
            #python3使用bytes，所以要进行编码
            #s='%s发送给我的信息是:[%s] %s' %(addr[0],ctime(), data.decode('utf8'))
            #对日期进行一下格式化
            ISOTIMEFORMAT='%Y-%m-%d %X'
            stime=time.strftime(ISOTIMEFORMAT, localtime())
            s='getIt %d , %s' %(clientId,data.decode('utf8'))
            client.send(s.encode('utf8'))
            print([clientId],[stime], ':', data.decode('utf8'))
            #如果输入quit(忽略大小写),则程序退出
            quit=(data.decode('utf8').upper()=="QUIT")
            if quit:
                break
        client.close()

    def openServer(self,host='',port=1122,bufsize=1024):
        self.HOST=host
        self.PORT=port
        self.BUFSIZ=bufsize
        ADDR=(self.HOST, self.PORT)
        sock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
        sock.bind(ADDR)
        sock.listen(5)
        print('Server start')
        while self.SERVERFLAG:
            print('等待接入，侦听端口:%d' % (self.PORT))
            tcpClientSock, addr=sock.accept()
            print('接受连接，客户端地址：',addr)
            clientId=int(time.time());
            print('分派给客户端的ID：%d'%(clientId))
            th=threading.Thread(target=SmartServer.clientSocketDoWhat,args=(self,tcpClientSock,addr,clientId,))
            th.setDaemon(True)
            th.start()
        sock.close()

# 测试代码
if __name__ == "__main__":
    server=SmartServer()
    serverThread=threading.Thread(target=server.openServer,args=())
    serverThread.setDaemon(True)
    serverThread.start()
    print('server thread start')
    serverThread.join()

写好后要确保它能正常工作，所以再写个客服端client.py：

#-*- coding: utf-8 -*-
from socket import *

class TcpClient:
    #测试，连接服务器
    HOST='192.168.1.102'
    #设置侦听端口
    PORT=1122 
    BUFSIZ=1024
    ADDR=(HOST, PORT)
    def __init__(self):
        self.client=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
        self.client.connect(self.ADDR)

        while True:
            data=input('>')
            if not data:
                break
            #python3传递的是bytes，所以要编码
            self.client.send(data.encode('utf8'))
            print('发送信息到%s：%s' %(self.HOST,data))
            if data.upper()=="QUIT":
                break            
            data=self.client.recv(self.BUFSIZ)
            if not data:
                print('no info from server, exit!')
                break
            print('从%s收到信息：%s' %(self.HOST,data.decode('utf8')))


if __name__ == '__main__':
    client=TcpClient()

在树莓派上运行服务器，然后在另外一台电脑上运行客服端，运行结果如下。这样树莓派就可以接受来自局域网的控制指令了。

Android端遥控器

树莓派的服务器端已经准备好了，并且测试通过了，那下一步就是来做个客户端。其实也看的出来，Android端的代码会比较简单，写个Socket连接上树莓派，发送指令基本就OK了。主要代码如下：

public class SmartClient implements Runnable{

    private UserConfig config=UserConfig.getInstance();
    private boolean socketFlag=false;
    private Gson gson;
    private String charSet="utf-8";
    private byte[] dataFromServer=new byte[2048];
    private Thread mThread;
    private Socket mSocket;

    private LinkedBlockingQueue<Command> commands;

    public SmartClient(){
        gson=new GsonBuilder().create();
        commands=new LinkedBlockingQueue<>();
        mThread=new Thread(this);
    }

    public void connectServer(){
        socketFlag=true;
        mThread.start();
    }

    private void connectToServer() throws IOException {
        Log.e("wuwang","try connect to socket"+config.getIp()+":"+config.getPort());
        mSocket=new Socket();
        mSocket.connect(new InetSocketAddress(config.getIp(),config.getPort()));
        Log.e("wuwang","try connect to socket");
        while (!mSocket.isClosed()&&socketFlag){

            OutputStream stream=mSocket.getOutputStream();
            try {
                Command command=commands.poll(20, TimeUnit.SECONDS);
                if(command==null) {
                    stream.write("{}".getBytes(charSet));
                }else{
                    stream.write(gson.toJson(command).getBytes(charSet));
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                continue;
            }
            InputStream in=mSocket.getInputStream();
            int result=in.read(dataFromServer);
            if(result>0){
                String value=new String(dataFromServer,0,result);
                Log.e("wuwang","dataFromServer::"+value);
            }
        }

    }

    public void addCommand(Command command){
        commands.offer(command);
    }

    public void addCommand(int type,int value){
        Command c=new Command();
        c.type=type;
        commands.offer(c);
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            connectToServer();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void close(){
        socketFlag=false;
        if(mSocket!=null){
            try {
                mSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        try {
            mThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

用Json来通信，来方便后面的扩展，用type来表示命令的类型，先做简单的，type为1表示强制打开风扇，type为0表示强制关闭。当然，控制端发送给树莓派后，树莓派需要解析出来，然后根据控制命令执行才行。增加解析这个type的来执行的代码到clientSocketDoWhat中，self.fanControl为测试gpio时的switchFan方法:

def clientSocketDoWhat(self,client,address,clientId):
    while self.SERVERFLAG:
        try:
            data=client.recv(self.BUFSIZ)
        except Exception as e:
            print('error when recv data from client!')
            break
        if not data:
            break
        #python3使用bytes，所以要进行编码
        #s='%s发送给我的信息是:[%s] %s' %(addr[0],ctime(), data.decode('utf8'))
        #对日期进行一下格式化
        ISOTIMEFORMAT='%Y-%m-%d %X'
        stime=time.strftime(ISOTIMEFORMAT, localtime())
        s='getIt %d , %s' %(clientId,data.decode('utf8'))
        client.send(s.encode('utf8'))
        print([clientId],[stime], ':', data.decode('utf8'))
        command=json.loads(data.decode('utf8'))
        type=command.get('type',-1)
        if type==1 :
            if self.fanControl:
                self.fanControl([1])
        elif type==0:
            if self.fanControl:
                self.fanControl([0])
        #如果输入quit(忽略大小写),则程序退出
        quit=(data.decode('utf8').upper()=="QUIT")
        if quit:
            break
    client.close()

这样手机也可以遥控电扇开关了。至于其他的更为复杂的，用手机设置定时时间，也就大同小异了，发送json过去，树莓派解析，然后完成设置进行控制就OK了。

至此，风扇定时及Android手机控制风扇的功能就OK了。