【RaspberryPi】部屋の照明を消すと自動的に LCD も消灯するエコ設計 DIY

前回は液晶ディスプレイを消灯できるものに交換しました。
次はロマンを追い求めてみたいと思います。

仕様

1. 部屋の照明が消える
2. Arduino に接続された照度センサーにより部屋の照度を検知（50 以下になる）
3. Python がシリアル通信から部屋の照度を取得（50 以下を取得）
4. 部屋が暗い状態に（照度 50 以下に）変化したら液晶ディスプレイの消灯コマンドを実行
5. 部屋の照明を点ける
6. 部屋が明るい状態に（照度 50 以上に）変化したら点灯コマンドを実行

背景

• コマンドをいちいち打つのが面倒
• かといって部屋に人がいない（照明を消した）状態で LCD 点きっぱなしはもったいない
• ロマン重視

ハードウェア設計

マイコン：Arduino Micro
照度センサー：NJL7302L-F3 1個
抵抗：10kΩ 1個

回路はそれほど難しいものではないです。
入力は 5V で、出力が A3 と抵抗 10kΩ -> GND になっているだけです。
（回路図では抵抗が 220Ω になってますが、それしか絵が見つけられなかったので読み替えてください）

参考：ちびでぃ〜の2で遊んでみた

ソフトウェア設計

まずは Arduino で実行するプログラムのソースコードです。
A3（アナログ3番ポート）を読み取って、1秒おきにシリアル通信へ書き出すだけのシンプルなものです。

mySketch.ino

void setup() {

  //start serial connection
  Serial.begin(9600);

  //configure pin A3 as an input and enable the internal resistor
  pinMode(A3, INPUT);

}

void loop() {

  //read the photocell value into a variable
  int sensorVal = analogRead(A3);

  //print out the value of the photocell
  Serial.println(sensorVal);

  //delay 1000 ms
  delay(1000);

}

インターフェース設計

UI 画面表示とバックライト制御は Python が行います。
まずは Tkinter で画面を作りますが、パディング（padx, pady）を取ったところがグレーになってます。

※数値などの表示はダミーです。

ちなみにソースコードの一部はこんな感じ。

main.py

self.label1=Label(self, text="接続先", bg="white", font=("Sans", 16, "normal"))
self.label1.grid(row=0, column=0, sticky="news", padx=5, pady=2)

self.label2=Label(self, text="/dev/ttyACM0", bg="#E4E4FF", font=("Sans", 16, "normal"))
self.label2.grid(row=0, column=1, sticky="news", padx=5, pady=2)

内部パディング（ipadx, ipady）にしてはどうか。
結果はこちら。

いやいや、そうじゃないんだ。
空間というか、白背景で余白を持たせたいだけなんだ。

なんとかならないものかと調べていると、
白背景のフレームを親に置き、子としてラベルを所属させたら良いとの情報。

main.py

self.label1=Label(self, text="接続先", bg="white", font=("Sans", 16, "normal"))
self.label1.grid(row=0, column=0, sticky="news", ipadx=5, ipady=2)

self.frame2=Frame(self, bg="white")
self.frame2.grid(row=0, column=1, sticky="news")
self.frame2.columnconfigure(0, weight=1)
self.label2=Label(self.frame2, text="", bg="#E4E4FF", font=("Sans", 16, "normal"))
self.label2.grid(row=0, column=0, sticky="news", padx=5, pady=2)
```

<img width="286" alt="Screenshot_20200201[4].png" src="https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/362854/be5f96fb-d4a7-0612-1d22-d02b3280a450.png">
今度はうまく行きました。
ネット民達は天才だらけですな。
しかし、これだけのために半日潰してますからね。報われないっす。

## 仕上げ
センサーデバイス（Arduino）を探して、接続できれば接続して「接続先」と「通信速度」を表示します。
例外時は何もしません。1秒後に再処理して接続できたらそれで良いと判断できるからです。

```Python:main.py
# 表示を更新
def update(self):
    # センサーデバイスを探す
    self.ser_name=sensor_setting.dev_search()

    try:
        # 通信準備中かつ、センサーデバイスが OS に認識されている場合
        if not self.ser_init and self.ser_name != "":
            # シリアル通信の初期化
            self.ser=serial.Serial(self.ser_name, sensor_setting.bps, timeout=sensor_setting.timeout)

            # 通信準備完了
            self.ser_init=True

            # 接続先を表示
            self.label2.configure(text=self.ser_name)

            # 接続速度を表示
            self.label4.configure(text="{0}bps".format(sensor_setting.bps))

    # 例外時は何もしない
    except:
        pass
```

接続できたらシリアル通信を開始して、照度を取得します。
部屋が暗くなったらバックライト消灯、明るくなったら点灯するように連動します。

例外発生時は次の1秒後にリトライします。

```Python:main.py
    try:
        # シリアル通信を開始
        if self.ser.is_open == False:
            self.ser.open()

        # 1行受信（b'照度¥r¥n' の形式で受信）
        serval=self.ser.readline()

        if len(serval) >= 0:
            # 改行コードを削除（b'照度'）
            serval=serval.strip()

            # バイナリ形式から文字列に変換（照度）
            serval=serval.decode("utf-8")

            # 照度を更新
            self.label12.configure(text=serval)

            # バックライト点灯中に部屋が暗くなったら
            if int(serval) < 50 and self.backlight_state == 1:
                # バックライト消灯
                os.system('sudo sh -c "echo 0 > /sys/class/backlight/soc\:backlight/brightness"')
                self.backlight_state=0

            # バックライト消灯中に部屋が明るくなったら
            elif int(serval) >= 50 and self.backlight_state == 0:
                # バックライト点灯
                os.system('sudo sh -c "echo 1 > /sys/class/backlight/soc\:backlight/brightness"')
                self.backlight_state=1

    # 例外時
    except:
        # センサー表示をクリア
        self.label6.configure(text="")
        self.label8.configure(text="")
        self.label10.configure(text="")
        self.label12.configure(text="")

    # 1秒後に再表示
    self.master.after(1000, self.update)
```

ウィンドウを閉じる前に、バックライトを点灯します。
バックライト制御が中断するので、点灯しておいた方が何かあったときは便利かなと思いました。

```Python:main.py
# 閉じるボタンイベント
def on_closing():
    if messagebox.askyesno("Quit", "終了しますか？"):
        # バックライト点灯
        os.system('sudo sh -c "echo 1 > /sys/class/backlight/soc\:backlight/brightness"')

        # アプリケーション終了
        root.destroy()
```

## まとめ
Python ソースコードは長めなので、
ご興味ありましたら GitHub をご参照ください。
https://github.com/km7902/mySensor

なんとか、部屋の照明と連動してバックライト ON/OFF ができるようになりました。
消費電力は「ちりつも」ですから。地球に優しいシステムになりました。

次は温度・湿度・気圧を取得してデータベースに記録し続けるという
仕組みができたらいいなと思っています。