【Smart Home】智慧型家居安全掛鐘

Description

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作者:CH.Tseng

發想動機

想像一個場景:當全家人準備出門旅遊,一家大小興高采烈在休旅車坐定準備出發,只要簡單按一下掛鐘上的Security按鈕,就能替全家鎖上房門,並啟動安全監控系統,然後一家人就能無憂無慮地出遠門去!

智慧型家居安全掛鐘介紹

智慧型家居安全掛鐘的外型設計,為木製的貓頭鷹造型掛鐘,當它頭部眼睛上的LED燈顏色轉成為紅色的外出模式,代表安全警示任務的開始。在這個模式下,掛鐘除了定時回報家中各種感測狀況外,它尾巴上的紅外線PIR亦隨時環視整個客聽,包括那隻溜過客聽一角、羞怯謹慎的小老鼠也逃不過它的法眼。

而此刻正前往礁溪泡溫泉享受兩日假期的一家人,每隔一段時間便會收到一封來自家中的簡訊和Email,報告家中狀況:無瓦斯外洩可能、有記得關燈、溫溼度正常,最重要的是沒有宵小前來串門子的疑慮;此外,隨Email附上的相片佐證,更讓大家能放心出遊。

系統功能說明

系統:

分為居家與外出兩種模式,可透過掛鐘上的按鈕切換。

居家模式:開機後的預設模式,此模式執行平日有人在家時的實用功能,可自訂所要播放的訊息,例如氣象播報、室內溫溼度、預約事項提醒及其它自訂的訊息等等。

外出模式:以Email及簡訊定時回報家中情況;當偵測到溫度過高、煤氣外洩、外人入侵時,則會立即發出Email及簡訊通知。

自動模式:在特定的時間自動切換為外出模式,其它時間則回到居家模式。例如我們可以設定半夜22:00~05:00自動進入外出模式,可嚇阻小偷在一家人睡夢中入侵。

功能:

  • 語音功能:整點報時、唸靜思語(因為老婆愛聽,只好成全她)、室內外氣象環境狀況播報、異常狀況提醒。
  • 攝影功能:拍攝照片、即時上傳供瀏覽。
  • 通知功能:發送手機簡訊、發送Email,並夾帶即時拍攝的相片。
  • 偵測功能:天然氣偵測、紅外線PIR偵測、溫溼度偵測。
  • 嚇阻功能:外出模式下,固定時間播放電視聲以及人聲,以便偽裝成有人在家的情境。若偵測到外人入侵時,於拍攝相片上傳後,會播放已自動播號通知警察局的聲音,以嚇跑歹徒。

材料準備

  1. 掛鐘 x 1:選擇內部有多餘的空間,可擺放一片樹莓派及感測模組和揚聲器的掛鐘。
  2. Raspberry PI:作為主控器
  3. 時鐘模組 x 1:校正時間
  4. 三色LED x 2:指示燈,安裝於眼部
  5. 光照度模組TEMP6000 x 1:探測目前室內的亮度
  6. MQ4 sensor x 1:甲烷Methane (CNG) gas sensor
  7. 樹莓派專用相機 x1(具廣角鏡頭更好)
  8. PIR模組 x 1:紅外線偵測器
  9. MCP3008 ADC x 1
  10. DHT22 x1:溫溼感應器
  11. 8歐姆喇叭 x 1
  12. LM386 module x 1:音頻放大模組

製作與程式撰寫

製作

AD Converter的使用

由於掛鐘內部的空間有限,因此我們不想要多裝一塊Arduino來讀取Sensor analog數值,因此我們必須讓樹莓派直接access這些sensors。

  • ADC IC

實際上,只要替樹莓派加裝一顆ADC IC,就能讓它讀取類比資訊了。

  • SPI(Serial Peripheral Interface)

大部份的ADC IC都是使用SPI介面。這是一種高速、全雙工、同步的資料傳輸技術,最早由摩托羅拉所提出,可以讓MCU與各種周邊設備以串列方式進行通信與資料交換。

  • 連接樹莓派與MCP3008

程式撰寫

由於程式撰寫部分過於冗長,在這就不多贅述,有興趣的朋友們歡迎前往本專案的部落格了解,而所有的程式碼皆置於Github:https://github.com/ch-tseng/Homemonitor

大家可依照本文所述,接好所有裝置和sensors後,下載本程式放置於/home/pi/monitor/目錄下,再將mailgun及cloudinary的API key、以及收件人email address更換為您自己的,最後直接執行 sudo startMain.sh就可以了。

成果展示

我們將兩顆三色LED裝在貓頭鷹掛鐘的眼睛上,透過顏色讓使用者知道目前的執行模式或正在執行的動作。

平時:外觀與正常的掛鐘無異,LED不會發亮。

居家模式:綠色。按下按鈕切換至居家模式時,會發出綠色燈光。

外出模式:紅色。按下按鈕切換至外出模式時,會發出紅色燈光。

自動模式:藍色。按下按鈕切換至自動模式時,會發出藍色燈光。

後記

後來發現,其實系統並不需要頻繁的定時寄發回報Email,只要每日甚至每週一次,並搭配一個資訊及相片持續更新的專屬dashboard比較恰當。使用者若想看家中狀況時自然會連到dashboard看,系統頻繁的寄送通知反而會造成困擾,這類郵件或簡訊的傳送方式,應該留給緊急突發的PIR或天然氣外洩等重要事件。

此外,由於牆上的掛鐘剛好離大門口很近,因此我還另外從樹莓派接了一台Web camera放置於門口附近,並增加一個門口專用的PIR ,等於是戶內與戶外各有一組PIR與攝影機。

不同於室內所執行的是靜態拍照功能,該戶外攝影機使用了motion套件執行即時影像串流功能,搭配PIR之後,當有人在門口附近徘徊就會觸發室內掛鐘發出警告聲音,此時室內的家人便可開啟LCD螢幕查看門外狀況。而有興趣的朋友們,也可以自己動手做,並試著改裝,製造出屬於你自己的居家安全掛鐘!

Resource

詳細製作過程1

詳細製作過程2

詳細製作過程3

Contact

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Project簡述

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  • 簡述
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