Собираем домашнюю метеостанцию с Telegram ботом на Raspberry Pi

Чем занять Raspberry Pi

У многих из нас на полках пылится купленный однажды про запас Raspberry Pi.

Использовать в качестве десктопа или сервера слабый компьютер с очень медленным I/O — удовольствие не из приятных, хотя я и держал его некоторое время как CI сервер, тонкий клиент для RDP и даже запускал на нем полноценную IntelliJ IDEA (спойлер — она работает как часы, но максимально неторопливо).

А вот в качестве базы для мелких датчиков — прекрасно. Пусть Arduino правит бал в числе последователей, доступных плат и модулей. Зато у Rasberry Pi полноценный Linux и много больше мощности, а значит в выборе софта ограничений никаких. Большинство железа прекрасно себя чувствует на обеих платформах.

Датчики для множества простых и занимательных вещей, вроде освещенности, уровня воды, температуры, движения и даже алкоголя продаются в среднем по 150-600 рублей за штуку.

Для себя я собрал домашнюю метеостанцию с интерфейсом в Telegram, получив от этого неожиданно много фана.

Итак, сдуем пыль с малины.

Бот в помощь

Ходить по SSH на домашнюю Linux машину неудобно, небезопасно и требует много лишних телодвижений с сетью.

Бот же — идеальный вариант как для выставления интерфейса, так и для предоставления доступа к железу из закрытого сегмента сети:

Все просто. Одна большая кнопка «Сделать хорошо».

Заходите в гости! У меня дома прямо сейчас: http://telegram.me/i_am_at_home_bot.

Закупаемся

В моем случае используется высокоточный метеодатчик на сенсоре SHT3x-DIS, работающий на шине I²C в сборке от компании Амперка, собранный с удобной разводкой:

Гугление дает варианты покупки этого датчика и в виде голой платы — попрактикуйтесь в пайке ножек, если есть желание.

В варианте Амперки датчик приходит сразу с необходимой проводкой. Ничего, кроме самого датчика, в минимальном варианте покупать не нужно. Но если хочется собрать все аккуратнее, чем ворох проводов и голая плата — докупите Troyka #Структор.

Исходим из того, что Raspberry Pi у нас уже в наличии и на нем установлена Raspbian (полагаю, что и с другими дистрибутивами проблем быть не должно).

Если же Pi нет, но вдруг очень захотелось, можно докинуть в корзину прямо в Амперке:

• Raspberry Pi 3 Model B+
• Прозрачный корпус
• SD карта на 16 Гб с установленной Raspbian (вариант не лучший, так как карта медленная и дорогая для 16 Гб, но зато сразу подготовленная)
• Блок питания

На Яндекс.Маркете можно собрать необходимое чуть дешевле вместе с более симпатичным оригинальным корпусом и блоком питания, а также взять быструю microSD карту (советую не ниже UHS Speed Class 1).

Важно не сэкономить на блоке питания. Хотя Raspberry Pi может работать и от power bank, и от любой зарядки — при вполне обычных нагрузках ядро начнет регулярно ругаться на undervoltage.

Подключаем датчик

Из обязательной распиновки (и в сборке от Амперки) датчик имеет:

• питание (04 DC Power 5v),
• землю (06 Ground),
• пин ввода/вывода данных (03 SDA),
• пин тактирования шины (05 SCL).

В стандартной разводке Raspberry Pi датчик получится подключить двумя трехпроводными шлейфами, либо четырьмя одинарными проводами «мама-папа»:

В собранном виде:

Подключаемся к Pi по SSH и включаем шину I²C:

sudo raspi-config
# Далее в интерфейсе:
5 — Interfacing Options — Configure connections to peripherals
P5 I2C — Enable/Disable automatic loading of I2C kernel module 
Would you like the ARM I2C interface to be enabled? — Yes

Проверяем корректность подключения

Копируем скрипт meteoSensor.py на Pi

При правильном подключении получаем данные:

➜  python meteoSensor.py 
Temperature in Celsius is : 17.80 C
Temperature in Fahrenheit is : 64.05 F
Relative Humidity is : 27.78 %RH

Создаем Telegram бота

Открываем Telegram и добавляем бота BotFather.

При создании нового бота необходимо выбрать ему имя и адрес, добавить в контакты и сохранить полученный Access Token вида:

111111111:XXX-XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

Устанавливаем (или разрабатываем) необходимый софт

Для работы с железом на Raspberry Pi часто используют Python, но под все популярные языки программирования обязательно есть удобная библиотека для работы либо с GPIO конкретно Raspberry Pi, либо для работы с конкретной шиной (нам нужна I²C).

Особо отмечу Control Everything Community — замечательный сборник примеров работы с огромным числом различных чипов, притом сразу на нескольких популярных языках и под большинство популярных платформ помимо Rasbperry Pi.

Я разработал решение на Java с использованием:

• Spring Boot — в представлении не нуждается (а если нуждается, то Java вам скорее всего совсем не близка)
• Telegram Bot Java Library — удобная и простая библиотека для ботов
• Pi4J :: Java I/O Library for Raspberry Pi — швейцарский нож для шин Raspberry Pi
• Control Everything Community / SHT31 — работа с датчиком

Запускаем

1. Бинарник:

• Загружаем сборку и копируем на Raspberry Pi

• Устанавливаем Java

  sudo apt-get update
  sudo apt-get install -y galternatives openjdk-8-jdk
  

• Запускаем, подставив в параметры ранее полученный Access Token бота в Telegram:

  java -jar raspberry-pi-meteo-bot.jar --telegram.bot.token=111111111:XXX-XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
  

• Открываем Telegram и наслаждаемся!

2. Из исходников:

• Копируем репозиторий с GitHub:

  git clone -b sht3x_only https://github.com/axelrodvl/raspberry-pi-meteo-bot.git
  cd raspberry-pi-meteo-bot
  

• В src/main/resources/application.properties можно при желании сразу вставить нужный telegram.bot.token

• Собираем, копируем и запускаем:

  mvn clean install
  scp target/raspberry-pi-meteo-bot-0.2.0.jar pi@address:~
  ssh pi@address 'nohup java -jar raspberry-pi-meteo-bot-0.1.0.jar &> meteo-bot.out&'
  

  В качестве бонуса — в master ветке репозитория бот расширен поддержкой датчика углекислого газа.

Погодная станция готова, приятного использования!