Aquest article us mostrarà com utilitzar Raspberry Pi i el commutador de relé de 5V per encendre i apagar una bombeta des del dispositiu mòbil. L’article inclou una aplicació web a la qual podeu accedir des de qualsevol dispositiu de la vostra xarxa i controlar qualsevol aparell domèstic de CA de la vostra llar sense fils. Comencem, doncs, amb el nostre senzill experiment domòtic Raspberry Pi.
Coses que necessitarà
Si voleu utilitzar el vostre Raspberry Pi sense cap (mitjançant SSH o VNC), necessitareu les coses següents:
1) Raspberry Pi 3 o Raspberry Pi 4.
2) interruptor de relé de 5V.
3) cables elèctrics.
4) 3 cables de connexió femella a femella.
5) Bombeta de corrent altern.
6) Porta bombetes AC.
7) Endoll de CA.
8) Eina de filferro i pelador.
9) Tornavís CR-V 3.
10) Adaptador d'alimentació Micro-USB (Raspberry Pi 3) o USB tipus C (Raspberry Pi 4).
11) Targeta microSD de 16 o 32 GB amb sistema operatiu Raspberry Pi intermitent.
12) Connectivitat de xarxa a Raspberry Pi.
13) Ordinador portàtil o un ordinador d’escriptori per a accés remot d’escriptori VNC o accés SSH a Raspberry Pi.
Si no voleu accedir a Raspberry Pi remotament mitjançant SSH o VNC, també necessitareu el següent:
14) Un monitor.
15) Cable HDMI o micro-HDMI.
16) Un teclat.
17) Un ratolí.
Si necessiteu ajuda per llançar la imatge del sistema operatiu Raspberry Pi a la targeta microSD, consulteu l'article Com instal·lar i utilitzar Raspberry Pi Imager.
Si sou un principiant de Raspberry Pi i necessiteu ajuda per instal·lar Raspberry Pi OS a Raspberry Pi, consulteu l'article Com instal·lar el sistema operatiu Raspberry Pi a Raspberry Pi 4.
A més, si necessiteu ajuda amb la configuració sense cap de Raspberry Pi, consulteu l'article Com instal·lar i configurar el sistema operatiu Raspberry Pi al Raspberry Pi 4 sense monitor extern.
A continuació es mostren les imatges de totes les eines necessàries.
Encendre Raspberry Pi
A continuació, connecteu el cable d’alimentació a Raspberry Pi i enceneu Raspberry Pi.
Un cop Raspberry Pi estigui engegat, podeu connectar-vos a Raspberry Pi mitjançant VNC o SSH. O bé, podeu connectar un teclat, un ratolí i un monitor a Raspberry Pi per accedir-hi directament.
Pinouts de relé de 5V
Un relé és bàsicament un interruptor. Però, a diferència d’un commutador tradicional, un relé es pot controlar mitjançant una petita quantitat de voltatge continu.
El relé de 5V és molt fàcil d’utilitzar. Té dues cares: un costat s’utilitza per controlar el relé mitjançant corrent continu de baixa tensió (de Raspberry Pi) i l’altre per controlar el CA d’alta tensió (és a dir, la bombeta), segons l’estat del relé. .
Per un costat, el relé té dos LED (un vermell i un verd) i tres pins ( IN, GND, i VCC ). Aquests tres pins s’utilitzen per controlar el relé de Raspberry Pi.
Els dos primers passadors de l’altra banda s’utilitzen per controlar l’aparell domèstic de corrent altern.
Connexió del relé de 5 V a Raspberry Pi
Per connectar el relé de 5 V a Raspberry Pi, necessitareu tres cables de connexió entre dones i dones.
Connecteu un costat dels cables de connexió al IN (fil groc), GND (fil negre) i VCC pins (fil vermell) al relé de 5V, com es mostra a continuació.
L'altra cara dels cables entra als pins de capçalera GPIO de Raspberry Pi, com es mostra a la imatge següent.
El cable vermell hauria d'entrar a la PIN 2 (VCC) de Raspberry Pi.
El cable negre hauria d'entrar a la PIN 6 (GND) de Raspberry Pi.
El cable groc hauria d'entrar a la PIN 7 (GPIO 4) de Raspberry Pi.
Un cop el relé de 5 V estigui connectat a Raspberry Pi, hauria de ser el que es mostra a la imatge següent.
Permetre l'accés GPIO a l'usuari d'inici de sessió
Per permetre l'accés als pins GPIO, l'usuari d'inici de sessió predeterminat del sistema operatiu Raspberry Pi Pi s'ha d'afegir al fitxer gpio grup.
Podeu afegir el fitxer Pi usuari a gpio grup amb l'ordre següent:
$suousermod-aGgpio $(Qui sóc) 
Perquè els canvis tinguin efecte, reinicieu Raspberry Pi amb l'ordre següent:
Creació d’un directori de projectes
També és una bona idea organitzar tots els fitxers del projecte.
Per mantenir els fitxers del projecte organitzats, creeu el directori del projecte ~ / www i els subdirectoris necessaris amb l'ordre següent:
$mkdir -pv~/www/{plantilles, estàtiques} 
Un cop creat el directori del projecte, aneu al directori del projecte de la manera següent:
Canvi del relé de 5V des de Raspberry Pi
Ara que heu connectat el relé de 5 V a Raspberry Pi, canviarà el relé del Raspberry Pi mitjançant el llenguatge de programació Python.
NOTA: commutació és un terme utilitzat en electrònica. Canviar significa controlar (és a dir, encendre / apagar) un determinat dispositiu electrònic.
Per experimentar amb el canvi del relé mitjançant el llenguatge de programació Python, creeu el nou script Python test.py al directori del projecte de la manera següent:
$nanotest.py 
Escriviu les línies de codis següents a l'script Python test.py.
des de temps importaciódormir
mentre És cert:
relleu=LED(4)
imprimir('Relé: activat')
dormir(5)
relleu.Tanca()
imprimir('Relé: desactivat')
dormir(5)
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer test.py Script Python.
Aquí, importacions de la línia 1 LED des del gpiozero biblioteca, i la línia 2 importa el fitxer dormir funció des del fitxer temps biblioteca.
Les línies 6-14 es troben dins d’un bucle infinit.
La línia 6 inicialitza un LED al fitxer GPIO 4 de Raspberry Pi, que està connectat al IN passador del relé.
La línia 8 engega el relé mitjançant el a () mètode.
La línia 9 imprimeix un missatge a la consola mitjançant el fitxer imprimir() funció.
La línia 10 retarda l'execució de la següent línia de codi durant cinc segons mitjançant el fitxer dormir () funció.
La línia 12 apaga el relé mitjançant el Tanca() mètode.
De la mateixa manera, la línia 9 imprimeix un missatge a la consola mitjançant el fitxer imprimir() funció i línia 10 retarda l'execució de la següent línia de codi durant 5 segons mitjançant el fitxer dormir () funció.
A continuació, executeu el fitxer test.py Script Python de la següent manera:
El test.py L'escriptura Python hauria de començar a canviar el relé de 5 V. Hauríeu d’escoltar un clic cada cinc segons. Quan el relé passa d’estat (d’encès a apagat o d’apagat a encès), fa un soroll de clic. Això significa que el relé funciona correctament.
Quan el relé està en estat apagat (funcionament normal: la càrrega de CA està desconnectada), només el xarxa El LED s’hauria d’encendre, com podeu veure a la imatge següent.
Quan el relé està en estat (la càrrega de CA està connectada), tant el verd LED i el xarxa El LED s’hauria d’encendre, com podeu veure a la imatge següent.
Un cop finalitzada la prova, premeu + C per finalitzar el fitxer test.py guió.
Connexió de la bombeta de corrent altern al relé de 5 V.
Ara el relé de 5V hauria de funcionar correctament. Ara, connectareu el vostre electrodomèstic de CA (una bombeta, en aquest cas) al relé de 5 V.
Primer, talleu el cable elèctric negre connectat a la bombeta amb un cablejador.
Un cop tallat el cable elèctric negre connectat a la bombeta amb un filferro, hauria de quedar com es mostra a la imatge següent.
A continuació, retireu la capa exterior per exposar aproximadament ½ polzada del cable elèctric, tal com es mostra a la imatge següent.
A continuació, doblegueu els cables exposats, tal com es mostra a la imatge següent.
Afluixeu els cargols marcats del relé amb un tornavís CV-3.
Introduïu els cables exposats que heu despullat i plegat abans als dos terminals de cargol i estrenyeu els cargols amb un tornavís CV-3.
Prova de commutació de relés després de connectar la càrrega de CA.
Un cop connectada la càrrega de corrent altern al relé de 5 V, connecteu l’endoll de la bombeta a la presa de corrent.
Executeu el fitxer test.py Script Python del directori del projecte de la següent manera:
El test.py L'escriptura Python hauria de començar a canviar el relé de 5 V, que, al seu torn, canviarà la bombeta de CA d'alta tensió a intervals de cinc segons. La bombeta de corrent altern hauria de romandre encesa cinc segons, després estar apagada cinc segons, etc.
La bombeta està apagada a la imatge següent.
La bombeta està engegada a la imatge següent.
Com podeu veure, podem canviar el relé i controlar la bombeta de CA d'alta tensió mitjançant el llenguatge de programació Python. Per tant, premeu + C per finalitzar el fitxer test.py guió.
Passem ara a la següent secció.
Redacció de l’aplicació web domòtica
En aquesta secció, us mostraré com escriure una aplicació web basada en API mitjançant el llenguatge de programació Python. Podeu utilitzar l'aplicació web per controlar el relé i els aparells electrodomèstics de CA o els dispositius elèctrics connectats al relé des d'un navegador web.
NOTA: Tots els codis que es mostren en aquesta secció estan disponibles al meu dipòsit de GitHub shovon8 / raspberry-pi-domòtica . Si voleu, podeu clonar el meu dipòsit GitHub i ometre tots els codis.
Creeu l'script Python server.py al directori del projecte de la manera següent:
$nanoserver.py 
Escriviu les següents línies de codis al fitxer server.py Script Python.
des degpiozeroimportacióLED
des deuuidimportacióuuid4
habitacions= {}
habitacions['Sala 1'] = [{
'identificador': uuid4(),
'nom':'Llum 1',
'icona':'fa fa-bombeta',
'estat':Fals,
'relayPin':4,
'relayInstance':Fals
}, {
'identificador': uuid4(),
'nom':'Ventilador 1',
'icona':'fa fa-fan',
'estat':Fals,
'relayPin':6,
'relayInstance':Fals
}]
habitacions['Bany 1'] = [{
'identificador': uuid4(),
'nom':'Llum 1',
'icona':'fa fa-bombeta',
'estat':Fals,
'relayPin':5,
'relayInstance':Fals
}]
aplicació=Flascó(__nom__)
aplicacióconfig['SEND_FILE_MAX_AGE_DEFAULT'] = 0
@aplicacióruta('/')
defa casa():
tornarrender_template('./Index.html',habitacions=habitacions)
deftoggle_appliance_status(identificador):
perhabitaciódinshabitacions:
perelectrodomèsticdinshabitacions[habitació]:
si pàg(electrodomèstic['identificador']) == identificador:
sielectrodomèstic['relayInstance']:
electrodomèstic['relayInstance'].Tanca()
electrodomèstic['relayInstance'] = Fals
en cas contrari:
electrodomèstic['relayInstance'] =LED(electrodomèstic['relayPin'])
electrodomèstic['relayInstance'].encès()
electrodomèstic['estat'] = noelectrodomèstic['estat']
tornar És cert
tornar Fals
@aplicacióruta('/ appliance / toggle /')
defappliance_toggle(identificador):
tornarjsonify({'estat': toggle_appliance_status(identificador)})
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer server.py Script Python.
Aquí, les línies 1-3 importen tots els components necessaris de les seves respectives llibreries.
La línia 5 crea un buit habitacions diccionari. En aquest diccionari, emmagatzemarem tots els detalls de l’aparell de CA que volem controlar des de l’aplicació web.
El habitacions els detalls s’emmagatzemen a les línies 7-29.
Analitzem l'estructura de dades d'una de les habitacions.
Aquí, el nom de la sala serà Sala 1. Tan, Sala 1 és la clau del habitacions diccionari.
El Sala 1 La clau conté una matriu com a valor. El nombre d'elements de la matriu és igual al nombre d'electrodomèstics de CA que teniu a la sala que també voleu controlar des de l'aplicació web. En aquest cas, tenim dos electrodomèstics de CA que volem controlar: Llum 1 i Ventilador 1 .
Cada definició d’aparell domèstic té una identificador . El identificador és un UUID generat aleatòriament. S’utilitza per identificar quina sala volem controlar mitjançant l’API.
Un electrodomèstic també té tot el següent:
- nom (llum 1 en aquest cas)
- icona (Classe d'icones de Font Awesome, ja que utilitzarem Font Awesome per a les icones)
- estat (cert si encès i Fals si apagat )
- reléPin (el número de pin GPIO que s’utilitza per controlar el relé connectat a l’aparell domèstic de CA)
- relayInstance (el inicialitzat LED objecte de gpiozero biblioteca responsable del control del PIN GPIO respectiu - reléPin )
La línia 31 inicialitza un servidor web Python de matràs.
La línia 32 configura el servidor web del matràs.
Les línies 34-36 envien el fitxer index.html fitxer del fitxer plantilles / directori quan visiteu l'aplicació web domòtica.
Usos de Flask Jinja2 llenguatge de plantilla per representar el fitxer index.html dossier. Per tant, he passat el habitacions diccionari al index.html dossier. Jinja2 renderitzarà la pàgina d'inici mitjançant el fitxer habitacions dades.
La funció toggle_appliance_status () a les línies 39-52 s’utilitza per engegar l’aparell domèstic si està apagat i apagar l’aparell domèstic si està identificador .
Torna És cert si l'operació de commutació té èxit. Si hi ha un error, tornarà Fals .
Les línies 55-57 s’utilitzen per alternar un electrodomèstic mitjançant el / appliance / toggle / Punt final de l'API del servidor web. Aquí, identificador és l'identificador de l'electrodomèstic.
Creeu el fitxer index.html arxiu al fitxer plantilles / directori del vostre projecte de la següent manera:
Escriviu les següents línies de codis al fitxer index.html guió.
< html lang='A'>
< cap >
< meta joc de caràcters='UTF-8'>
< meta nom='finestra gràfica' contingut='ample = amplada del dispositiu, escala inicial = 1,0'>
< enllaç rel='full d'estil' href='{{url_for (' static ', filename =' fontawesome / css / all.min.css ')}}'>
< enllaç rel='full d'estil' href='{{url_for (' static ', filename =' style.css ')}}'>
< títol >Domòtica amb Raspberry Pi</ títol >
</ cap >
< cos >
< div identificador='contingut'>
< h1 >Domòtica de Raspberry Pi</ h1 >
{% per habitació a les habitacions%}
< div classe='habitació'>
< h2 >{{sala}}</ h2 >
< div classe='electrodomèstics'>
{% per a electrodomèstics a les habitacions [sala]%}
< div classe='electrodomèstic' identificador='{{appliance [' id ']}}'> ='actiu'>
< jo classe='{{appliance [' icon ']}}'></ jo >
< span >{{appliance ['name']}}</ span >
</ div >
{% endfor%}
</ div >
</ div >
{% endfor%}
</ div >
< guió src='{{url_for (' static ', filename =' app.js ')}}' tipus='text / javascript'></ guió >
</ cos >
</ html >
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer index.html dossier.
Crea un estil.css arxiu al fitxer estàtic / directori del vostre projecte de la següent manera:
Escriviu les següents línies de codis al fitxer estil.css dossier.
* {
marge: 0;
encoixinat: 0;
font-family: 'BenchNine', sans-serif;
}
#contingut >h1{
antecedents:gradient lineal(adret, rgb(112, 24, 163), rgb(86, 127, 240));
color: #fff;
alinear text: centre;
encoixinat: .5em 0;
}
div.habitació {
marge: .5em;
frontera: 2 píxels sòlid rgb(112, 24, 163);
radi de frontera: 5 píxels;
}
div.habitacióh2{
/ * fons: rgb (9, 76, 121); * /
antecedents:gradient lineal(adret, rgb(112, 24, 163), rgb(86, 127, 240));
encoixinat: 0 0 0 .5em;
color: #fff;
}
div.aparells {
marge: .5em .5em 0 0;
visualització:flex;
flex-wrap:embolicar;
}
div.aparell {
frontera: 2 píxels sòlid rgb(112, 24, 163);
radi de frontera: 5 píxels;
amplada: 110 px;
alçada: 120 px;
alinear text: centre;
marge: 0 0 .5em .5em;
visualització:flex;
direcció flex:columna;
}
div.aparelljo.fa {
mida de la font: 4em;
flex-créixer: 1;
tapa de farciment: 0,3em;
color: rgb(204, 50, 50);
}
aparell div[actiu amb dades='actiu']jo.fa {
color: rgb(32, 177, 51);
}
div.aparellspan{
visualització: bloc;
font-pes: atrevit;
antecedents: rgb(112, 24, 163);
color: #fff;
}
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer estil.css dossier.
Crea un app.js arxiu al fitxer estàtic / directori del vostre projecte de la següent manera:
Escriviu les següents línies de codis al fitxer app.js dossier.
funcióprincipal() {
funciótoggleApplianceState(I) {
onidentificador=I.Camí[1].identificador;
onhttp= nouXMLHttpRequest();
http.onreadystatechange = funció() {
si(això.readyState === 4 && això.estat === 200) {
si(JSON.analitzar(això.text de resposta).estat === cert) {
si(I.Camí[1].hasAttribute('dades actives')) {
I.Camí[1].removeAttribute('dades actives')
} en cas contrari {
I.Camí[1].setAttribute('dades actives', 'actiu')
}
}
}
}
http.obert('ACONSEGUIR',`/electrodomèstic/commutar/${identificador}`, cert);
http.enviar();
}
onelectrodomèstics=document.getElementsByClassName('electrodomèstic');
per(jo=0;jo<electrodomèstics.llargada;jo++) {
electrodomèstics[jo].addEventListener('fer clic',toggleApplianceState);
}
}
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer app.js dossier.
Aquí, la línia 1 executa el fitxer main () funció quan la pàgina web s'acaba de carregar.
A la index.html fitxer, cada electrodomèstic està inclòs en un fitxer electrodomèstic classe. Les línies 26-29 s’utilitzen per seleccionar cada electrodomèstic de la pàgina web i adjuntar-lo feu clic esdeveniment a l’aparell. Quan algú fa clic a un electrodomèstic des de la pàgina web, el fitxer toggleApplianceState () s'executarà la funció.
A les línies 4-23, el fitxer toggleApplianceState () s'utilitza per sol·licitar el fitxer / appliance / toggle / punt final del servidor web per canviar l’estat de l’aparell electrodomèstic que ha fet clic. La sol·licitud es fa en segon pla mitjançant AJAX. Un cop rebuda la resposta, la pàgina web s'actualitza en conseqüència.
Aneu a estàtic / al directori del projecte de la següent manera:
Descarregueu Font Awesome amb l'ordre següent:
Un cop descarregat Font Awesome, hauríeu de trobar el fitxer zip nou fontawesome-free-5.15.1-web.zip al estàtic / directori.
Descomprimiu el fitxer fontawesome-free-5.15.1-web.zip fitxer amb l'ordre següent:
El fontawesome-free-5.15.1-web.zip ara s'hauria de descomprimir el fitxer.
El nou directori fontawesome-free-5.15.1-web / s'hauria de crear al directori static /, com podeu veure a la captura de pantalla següent.
Canvieu el nom del directori fontawesome-free-5.15.1-web / a fontawesome / amb l'ordre següent:
$mv -vfontawesome-free-5.15.1-web fontawesome 
Ara ja no necessiteu el fitxer fontawesome-free-5.15.1-web.zip dossier. Per tant, traieu el fitxer fontawesome-free-5.15.1-web.zip fitxer amb l'ordre següent:
El estàtic / l'estructura de directoris hauria de ser com es mostra a la captura de pantalla següent.
Navegueu de nou al directori del projecte ~ / www com segueix:
Prova de l'aplicació web domòtica
Per provar l'aplicació web de domòtica, executeu l'ordre següent al directori del projecte:
$FLASK_APP= S'ha executat el matràs server.py 
L'aplicació web hauria d'estar disponible al port 5000 del vostre Raspberry Pi.
Des del navegador web Chromium, visiteu http: // localhost: 5000 . L'aplicació web de domòtica s'hauria de carregar.
Feu clic a la icona de la bombeta, indicada a la imatge següent.
Ara s’hauria d’encendre la bombeta de corrent altern. El color de la icona també hauria de canviar a verd, cosa que indica que la bombeta està encesa.
Per tant, l’aplicació web domòtica funciona. Premeu + C per finalitzar el servidor web.
Creació del servei Systemd per a l'aplicació web d'automatització domèstica
En aquesta secció, us mostraré com crear un fitxer de servei systemd per a l’aplicació web de domòtica perquè s’iniciï automàticament en arrencar.
En primer lloc, creeu el fitxer raspi-home-automation.service al directori del projecte de la següent manera:
$nanoraspi-home-automation.service 
Escriviu les línies següents al fitxer raspi-home-automation.service.
[Unitat]Descripció= Servei web d'automatització domèstica de Raspberry Pi
Després= xarxa.target
[Servei]
Directori de treball=/a casa/Pi/www
Medi ambient=FLASK_APP= server.py
Medi ambient=FLASK_ENV= producció
ExecStart=/usr/sóc/matràs executat--amfitrió= 0.0.0.0
Sortida estàndard= heretar
Error comú= heretar
Reinicia= sempre
Usuari= pi
[Instal·la]
WantedBy= objectiu multi-usuari
Un cop hàgiu acabat, premeu + X Seguit per I i per desar el fitxer raspi-home-automation.service dossier.
Copieu el fitxer raspi-home-automation.service arxiu al fitxer / etc / systemd / system / directori amb l'ordre següent:
Torneu a carregar els dimonis systemd perquè els canvis entrin en vigor de la manera següent:
Afegiu el fitxer raspi-domòtica servei a l'inici del sistema del sistema operatiu Raspberry Pi amb l'ordre següent:
Reinicieu Raspberry Pi amb l'ordre següent:
Una vegada que arrenca Raspberry Pi, el fitxer raspi-domòtica el servei hauria d’estar actiu / en execució, com podeu veure a la captura de pantalla següent.
Accés a l'aplicació web domòtica des d'altres dispositius
Per accedir a l'aplicació web de domòtica des d'altres dispositius de la vostra xarxa domèstica, haureu de conèixer l'adreça IP del vostre dispositiu Raspberry Pi.
Podeu trobar l'adreça IP del vostre dispositiu Raspberry Pi 4 des de la interfície de gestió web del vostre encaminador domèstic. En el meu cas, l’adreça IP és 192.168.0.103. Això serà diferent per a vosaltres. Per tant, assegureu-vos de substituir la meva IP per la vostra a partir d’ara.
Si teniu accés a la consola Raspberry Pi, també podeu executar l'ordre següent per trobar l'adreça IP.
Un cop conegueu l'adreça IP del vostre dispositiu Raspberry Pi, podeu accedir-hi des de qualsevol dispositiu de la vostra xarxa domèstica.
Com podeu veure a la captura de pantalla següent, he accedit a l'aplicació web de domòtica des del meu telèfon intel·ligent Android.
Assegureu-vos d’endollar l’endoll de la bombeta a la presa de corrent de la paret.
La bombeta s’ha d’apagar per defecte.
Si toqueu la icona de la bombeta de l'aplicació web domòtica, el color de la icona de la bombeta hauria de canviar a verd, indicant que la bombeta està encesa.
Com podeu veure a la imatge següent, la bombeta està encesa.
Conclusió
En aquest article es va mostrar com utilitzar un relé de 5 V per controlar un dispositiu elèctric de CA d'alta tensió de Raspberry Pi mitjançant el llenguatge de programació Python. L'article també us mostrava com escriure una aplicació web de flascó Python basada en API per controlar el relé des del navegador web. Aquest article us ajudarà a començar amb la domòtica mitjançant Raspberry Pi.