簡介

市場上有許多裝置提供從中央介面監控家庭環境的功能。在本文中，我們將自己 DIY 一套這樣的監控裝置。要做到這一點，我們將使用 B +型號的樹莓派開發板和官方的樹莓派相機模組。此外，我們還將使用溫溼度感測器進行一些測量工作。

在文章末尾，你將能夠構建一個介面，訪問攝像機和感測器錄影。我們還將展示如何從世界任何地方接入這個介面。讓我們開始動手吧！

軟硬體需求

開始專案之前，你需要的第一個東西就是樹莓派 B +開發板。它具有很強大的功能（如4個USB埠），當然你也可以使用較舊版本的樹莓派。

您將需要使用官方的 Raspberry Pi 相機模組來拍攝照片。還將使用 DHT11（或DHT​​22）感測器來測量家中的溫度和溼度。

由於我們將遠端訪問 Rapsberry Pi，因此你將需要一個USB介面的無線網絡卡。

你還需要安裝 Adafruit cobbler 工具包，麵包板和一些跳線。你需要這些東西來實現Raspberry Pi、相機和感測器之間的連線。

以下是此專案所需元件的列表：

• Raspberry Pi B +開發板（配套 microSD卡，microUSB 電纜和 HDMI 電纜）
• Raspberry Pi 相機模組
• 具有4.7k歐姆電阻的 DHT11 感測器
• USB 無線網絡卡
• Adafruit Cobbler工具包
• 跳線
• 麵包板

檢查你的 Raspberry Pi 上是否安裝了 Linux 發行版。這是為了確保你有一個完整功能的Pi。該專案中，我使用的是 Raspbian 作業系統。

將 Raspberry P i連線到本地 WiFi 網路，併為 BCM2835 晶片安裝驅動程式，以讀取DHT11 感測器的資料。

整個專案都是基於Node.js. 它將作為一個伺服器，從中我們可以訪問我們的Raspberry Pi 的所有功能。

首先你需要在 Pi 上安裝 Node.js。需要注意的是，你不能使用apt-get 工具安裝 Node 包模組，因為你可能會安裝一箇舊的版本。要安裝最新版本的Node.js，請遵循以下指導：
http://revryl.com/2014/01/04/nodejs-raspberry-pi/

我們需要安裝一些軟體包，然後通過 rapsberrypi.local 訪問本地 WiFi 網路上的Raspberry Pi。我們這樣做之後就不需要通過其 IP 地址訪問 Pi。

此後，你可以通過 SSH 登入 Raspberry Pi，或直接訪問 Pi，然後鍵入以下命令：

sudo apt install avahi-daemon netatalk

硬體配置

如果你按照上述步驟進行操作，應該可以很輕鬆完成樹莓派的配置。現在我們來新增其他的元件。

首先，我們將連線相機。按照 Raspberry Pi 網站上的說明進行安裝。

以下是我使用的相機的圖片。旁邊是我的 Raspberry Pi：

請注意，我為我的 Raspberry Pi 使用了一個塑料盒。塑料盒在這個專案中並不是必需的。

接下來，我們將通過 Cobbler 套件將 DHT11 感測器連線到 Raspberry Pi 上。組裝完成套件後，將其連線到 Raspberry Pi GPIO 介面。通過 PCB 介面卡將電纜的另一面連線到麵包板。

對於 DHT11 感測器，其引腳分佈如下 ：

將 VCC 引腳連線到 Raspberry Pi 3.3V 引腳，GND 連線 GND，將 DATA 連線到 GPIO 聯結器上的4號引腳。最後，在 VCC 和 DATA 引腳之間連線 4.7K 歐姆電阻。下圖顯示了感測器的最終連線效果：

測試感測器和攝像頭

我們現在要依次測試感測器和攝像頭。

因為我們要構建一個基於 Node.JS 的應用程式，所以我們將使用 Node 連線 DHT11 感測器。為此，我們將使用已經存在的專用 Node 模組。
你將在專案程式碼中找到名為 sensors_test 的資料夾下的所有內容。以下是本部分的完整程式碼：

var sensorLib = require('node-dht-sensor');

var dht_sensor = {
    initialize: function () {
        return sensorLib.initialize(11, 4);
    },
    read: function () {
        var readout = sensorLib.read();
        console.log('Temperature: ' + readout.temperature.toFixed(2) + 'C, ' +
            'humidity: ' + readout.humidity.toFixed(2) + '%');
        setTimeout(function () {
            dht_sensor.read();
        }, 2000);
    }
};

if (dht_sensor.initialize()) {
    dht_sensor.read();
} else {
    console.warn('Failed to initialize sensor');
}

以上程式碼中，首先匯入 DHT 感測器所需的模組。然後，每2000ms，我們從感測器讀取資料，並使用console.log() 將資料顯示在終端。該部分的程式碼在專案的 GitHub 倉庫地址如下：
https://github.com/openhomeautomation/rpi-web-control

現在開始測試程式碼。從 GitHub 下載程式碼後，轉到 sensors_test 資料夾，然後鍵入如下命令：

sudo npm install node-dht-sensor

以上命令的執行需要一段時間，請耐心等待。執行完成後，鍵入以下命令：

sudo node sensors_test.js

執行命令後應該能夠看到在終端中列印的溫度和溼度的值：

Temperature: 21.00C, humidity: 35.00%

攝像頭的測試方法也非常簡單。只需轉到終端鍵入以下命令即可：

raspistill -o cam.jpg

然後，轉到執行此命令的資料夾，你應該可以看到一張名為 cam.jpg 的照片。

通過 WiFi 監控你的家

我們現在要編寫一個基於 Node.js 的應用程式來遠端跟蹤感測器和攝像頭的資料。程式碼大致由三部分組成：

（1）Javascript 中的伺服器程式碼
（2）包含介面的 HTML 頁面
（3）連線以上兩者的客戶端 Javascript 檔案

我們先看看伺服器端的 Javascript 程式碼。它首先包括所需的 Node 模組：

（1）node-dht-sensor 模組來處理DHT感測器
（2）快速處理 HTTP 通訊，如Web伺服器

程式碼如下：

var sensorLib = require('node-dht-sensor');
var express = require('express');
var app = express();

我們還包括檢視和公共目錄。views 目錄是我們將儲存介面的地方，而公共目錄是我們將把 JavaScript 程式碼和記錄的圖片放在一起的地方：

app.set('views', __dirname + '/views')
app.set('view engine', 'jade')
app.use(express.static(__dirname + '/public'))

我們將為介面建立路徑，以便訪問我們的專案：

app.get('/interface', function(req, res){
    res.render('interface');
});

我們將包括 aREST API 的 Raspberry Pi 版本（http://arest.io/），以便我們通過 HTTP 控制 Raspberry Pi：

var piREST = require('pi-arest')(app);

此外，我們還給樹莓派設定一個 ID 和名字：

piREST.set_id('1');
piREST.set_name('my_RPi');

最後，我們呼叫app.listen() 數來啟動我們的應用程式：

var server = app.listen(3000, function() {
    console.log('Listening on port %d', server.address().port);
});

介面本身是用 Jade（http://jade-lang.com/）編寫的。這將給我們一個 HTML 格式的結果。該檔案儲存在應用程式的檢視目錄中。我們新增一些標題，一些容器用於感測器測量，以及一個欄位用來儲存攝像頭記錄的圖片：

doctype
html
  head
    title Raspberry Pi Interface
    script(src="/js/jquery-2.0.3.min.js")
    script(src="/js/interface.js")
    link(rel='stylesheet', href='/css/style.css')
  body
    header
      div.mainContainer
        h1 Raspberry Pi Interface
        h2 Sensor Readings
        p Temperature: 
          span#temperature 0
          span  C
        p Humidity: 
          span#humidity 0
          span  %

        h2 Camera
        img#camera(src='')

正如你在程式碼中看到的那樣，我們將在 Jade 模板中包含一個 Javascript 檔案和一個jQuery。指令碼檔案將每2000ms呼叫 Raspberry Pi 的 aREST API 來重新整理 DHT11 感測器的測量結果：

setInterval(function() {

  // Update temperature
  $.get("/temperature", function(data) {
    $("#temperature").html(data.temperature);
  });

  // Update humidity
  $.get("/humidity", function(data) {
    $("#humidity").html(data.humidity);
  });

}, 2000);

攝像頭每10秒鐘拍攝一次照片：

setInterval(function() {

  // Take picture
  $.get("/camera/snapshot");

}, 10000);

介面內的圖片每秒重新整理一次：

setInterval(function() {

  // Reload picture
  d = new Date();
  $("#camera").attr("src","pictures/image.jpg?" + d.getTime());

}, 1000);

接下來測試介面，轉到 pi_node 資料夾並鍵入如下命令：

sudo npm install node-dht-sensor express pi-arest

稍等一會，繼續輸入命令：

sudo node pi_node.js

最後，使用任意你最喜愛的瀏覽器並輸入以下地址：

如果是在樹莓派上，僅僅需要輸入以下地址即可：

不出意外，你應該可以看到專案的介面顯示如下：

耐心等待感測器測量資料和圖片出現在顯示屏上。請記住，感測器測量會延遲2秒，影象則延遲10秒。

另外請注意，相機模組的 Node.js 模組 並不完美。在我的系統中，照片的拍攝和最終顯示之間有一段延遲。

不過總體來說是成功的，你現在可以遠端訪問 Raspberry Pi 的感測器資料和攝像頭了！

從任何地方訪問你的樹莓派

現在，我們看到了如何在家庭環境中使用電腦或手機訪問這個介面。
這已經很不錯了，但如果能夠從世界任何地方訪問該專案，檢查攝像模組拍攝的圖片，將會更酷。這其實很簡單，接下來我將會告訴你如何實現。

我們將使用一個簡單的工具 Ngrok 來實現。這個工具會在你的 Raspberry Pi 和遠端伺服器之間建立一個通道，因此你可以隨時隨地訪問介面。第一步是下載 Ngrok：
https://ngrok.com/

將檔案放在一個資料夾中，並通過 Raspberry Pi 上的終端訪問此資料夾。然後鍵入以下命令：

./ngrok 3000

這將開啟 Raspberry Pi 和 Ngrok 伺服器之間的連線，確認訊息如下所示：

你現在可以嘗試一下，並在瀏覽器中輸入網址。你應該可以看到與上一節中相同的介面，這意味著你可以從世界任何地方控制你的系統！

最後一句話：小心這一點。現在任何人都可以使用正確的 URL 訪問此介面，現在它只是連線到一個實際上沒有連線到任何東西的繼電器，但是如果你的整個報警系統已經連線到了 Raspberry Pi，這樣任意訪問肯定是有風險的！在這種情況下，你最好在伺服器上設定一個健壯的登入/密碼系統，以便只有你自己可以訪問它。

總結

我們構建了一個基於 Node.js 的應用程式來自動訪問來自感測器的測量資料。我們還使用一個 Node.js 模組訪問 Raspberry Pi 的攝像頭模組。最後，我們將所有內容顯示在一個漂亮的網頁介面上，並且我們還展示瞭如何使用 Ngrok 從世界任何地方訪問我們的專案。

你可以通過在專案中包含更多的感測器來進一步擴充套件該專案。例如，您可以新增光照強度感測器和運動感測器，在 Node.js 應用程式中顯示這些感測器的狀態非常容易。