admin管理员组

文章数量:1130349

原文：annas-archive/md5/aefcf00fd73bb0fc0edeadaf93dc8db4

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

第八章：一些杂项

前面的章节为我们提供了设计并组装整个家庭安全系统的基础和要素，我们将在下一章完成这一工作。我希望我已经以一种相对结构化和逻辑的方式指导你，帮助你为此做好准备。

不过，在此之前，我先放上一章名为杂项的事物，因为它确实是这样的。这一章包含了一些可选但有用的额外功能，我们应该考虑将其纳入系统，但它们并不足以单独占据一个完整的章节。我想你可以把它们看作是前几章的附注。

因此，我们将讨论以下几个话题：

  • 如何在没有基于 Web 的面板的情况下武装和解除系统

  • 从我们的 GPIO 输出安全驱动感性负载

  • 向我们的系统添加一个逃生水传感器输入

  • 向我们的系统添加一个温度传感器输入

  • 如何将一氧化碳探测器添加到我们的系统中

  • 使用 Webmin 远程管理我们的树莓派

武装和解除武装系统

我们在基于 Web 的控制面板上加入了一个开关，方便你通过智能手机来武装和解除武装系统。然而，这可能不是最方便的方式，特别是在你急匆匆出门时，或者你回到家时手机电池已没电。所以，我们需要找到一种额外的方式，在物业的出入口处武装和解除系统。

在上一章的区域列表表格中，你会注意到我将树莓派 GPIO 的输入 GP0 分配为我们的武装/解除武装开关输入。这个输入将与我们的控制面板开关配合使用。

这个输入可以是一个简单的切换开关，或者更安全一些，比如钥匙开关或电子键盘。无论哪种方式，它将在系统武装时与树莓派的 GP0（GPIO17）接地连接。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_04.jpg

我们的武装/解除武装开关的电路图

如果你有开关或其他类似的设备将在户外并暴露于环境中，你需要确保它们适合户外使用，以免损坏并影响系统的完整性。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_05.jpg

适用于户外使用的 IP67 等级钥匙开关（型号 Lorlin WRL-5-E-S-2-B）

通过使用独立的安全键盘，你可以为每个用户分配一个密码来武装和解除系统。例如，CDVI ECO 100 是一款低成本的键盘，支持最多 100 个用户。当输入正确的密码时，它会通过关闭内部开关来武装系统；再次输入密码时，键盘通过打开开关来解除武装系统。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_06.jpg

CDVI ECO 100 可编程键盘

驱动感性负载

我在第六章中讨论了驱动大负载的问题，向我们的安全系统添加摄像头，但现在可能是一个更好的时机，来进一步展开并讨论如何驱动感性负载，例如铃声和白炽灯泡。在之前的电路示例中，我使用了 TIP120 达林顿三极管来驱动一个不具感性的 LED 阵列。对于感性负载，您需要增加一些二极管保护，以防止继电器和铃声开关时产生的电磁干扰对电路造成影响。

这是我们带有 1N4007 整流二极管保护的数字负载驱动器的修改版电路：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_07.jpg

带二极管保护的数字负载驱动器

超越入侵检测

家庭安全不仅仅是为了防止入侵，也是在防范其他风险，如洪水、火灾、一氧化碳泄漏等。因此，将我们的家庭安全系统扩展到检测这些其他风险也是有意义的。

您可以选择设置系统，让某些类型的警报仅通过电子邮件发送到您的手机，而不是触发所有外部的铃声、灯光和警报。这可以通过调整下一章中的脚本来实现，以便它们按照您想要的方式运行。

一个简单的水位探测器

没有什么比外出几天后回家发现厨房被水淹了更糟的了，因为水槽下方发生了漏水。我们的简单电路将检测到水的存在，并在我们的家庭安全系统中触发一个输入，从而可以提醒您。您也可以购买现成的套件和模块来完成这个功能，但下面的电路便宜且使用了我们的光耦合器，因为我们实际的探测器需要不同的电压。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_08.jpg

一个简单的水位探测器电路，已与 GPIO 输入隔离

工作原理

当水接触到探头时，电流就会流过水，并且流过三极管 Q1 基极的 R3/R4 电位分压器。当基极电流足够大，达到饱和状态时，三极管会完全导通，导致光耦合器内的 LED 亮起。这将拉低我们系统的输入引脚，并通过光耦合器内的光敏晶体管将其接地。

您可以使用微调电位器 R4 来校准传感器，通过调节其灵敏度。任何常见的 NPN 双极性晶体管都应该可以在这里工作，但显然它们的工作参数各不相同，所以需要选择一个合适的。

一个简单的温度传感器

如果我们希望在环境温度达到某个阈值时收到警报，那么我们可以使用常见的 LM34/LM35 温度传感器来构建一个电路。这是一个简单的设备，只有三个引脚：电源、地和输出，提供与温度成比例的电压。LM34 和 LM35 之间的区别在于，LM34 输出 10mV/°F，而 LM35 输出 10mV/°C。还有一个 LM335 变种，输出为 100mV/°K。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_09.jpg

引脚图来自德州仪器 LM35DZ 数据手册

你可能已经注意到，这实际上是一个模拟设备——那么我们该如何将它与我们完全数字化的系统进行连接呢？一种方法是将模拟到数字接口集成到我们的输入控制板上，读取从中传入的数据，以便我们知道确切的温度，但这可能超出了本书的范围。因此，我们将实现一个电路，当温度超过预设阈值时，会发出警报，这在我们的家庭安防系统中可能已经足够了。

注意

如果你有兴趣构建一个模拟到数字的模块来扩展你的家庭安防，那么可以看看 NXP 的 PCF8591 芯片，它是一个基于 I2C 的模拟到数字转换器。这将连接到我们已经在使用的 I2C 总线，因此它实际上只是一个附加模块。

bit.ly/NXPPCF8591T

对于我们的温度探测电路，我们将使用一个配置为比较器的运算放大器，当预设温度达到时触发我们的光耦合器输入。因此，对于火灾探测，我们可能希望在环境温度超过 50°C 时进行检测。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_10.jpg

用于驱动我们数字输入的温度阈值传感器

工作原理

参考电压由可变电阻 R4 设置，它在 12V 和地之间形成一个电压分压器。这实际上意味着，运算放大器比较器的正输入端上的参考电压可以在 0 到 12V 之间。假设我们希望检测到 50°C 时触发，我们将需要运算放大器在负输入为 500mV（10mV/°C）时触发。

在我们的电路中，运算放大器的输出在正常状态下是高电平，这使得光耦合器保持开启。然而，当达到阈值时，运算放大器的输出被拉低，切断晶体管 Q1，进而关闭光耦合器。这通过电阻 R2 将我们的报警输入拉高。

一氧化碳探测器

完全可以构建烟雾和一氧化碳探测器，并将其连接到我们的家庭安防系统，方式与之前的传感器类似，尽管它们稍微复杂一些，因为可能需要特殊处理。SparkFun MQ-7 一氧化碳 (CO) 探测器（实际上是由 Winsen Electronics 制造）可以像我们的温度传感器一样实现，当达到特定阈值时触发报警输入。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_11.jpg

SparkFun 提供的 Winsen MQ-7 一氧化碳气体探测器。

注意

根据 ASHRAE（www.ashrae）的标准，一氧化碳（CO）的最大安全连续暴露量为 9ppm（百万分之一）。你绝对不应该长时间暴露在高于这个浓度的 CO 中，35ppm 是正常 8 小时工作日的最大值。

MQ-7 探测器的灵敏度范围在 10 到 500ppm 之间，因此在我看来，我希望它一旦检测到任何东西就发出警报，因此我们应该将比较器的参考电压设置为灵敏度曲线低端的值，以符合数据表中提供的灵敏度曲线，如下所示：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_12.jpg

来自 Winsen MQ-7 制造商数据表中的灵敏度曲线。

注意

警告

我加入这一部分关于一氧化碳探测的内容，更多的是出于兴趣。它是一种有害物质，虽然出于兴趣自己制作探测器是可以的，但请仅限于此。将其作为我们家庭安防系统的一部分，能够在我们外出时提醒我们，这是有用的，但这 不应 作为一个商用探测器的替代品，商用探测器会放在锅炉旁，具备所有的认证、标准等，并且在我们家里时发出非常响亮的警报。

我们的树莓派远程管理

在上一章中，我们学习了如何设置系统和家庭网络，以便我们可以在任何地方远程访问报警控制面板。现在，我将向你展示如何扩展这个设置，以便能够管理和监控整个树莓派系统。

获取 Webmin

Webmin 是一个非常优秀且成熟的基于 Web 的界面，用于管理 Unix/Linux 系统。你可以在 www.webmin 上找到关于 Webmin 的所有信息。像本书中所有的内容一样，我假设你在树莓派上使用的是 Raspbian 发行版来安装 Webmin。

安装 Webmin 有几种方式：可以手动下载并解压，或者更新我们的软件源，以便我们可以使用 apt-get。我将选择后者，这样所有依赖项都会自动安装，未来更新也能更容易管理。虽然有几个步骤，但其实非常直接：

更新软件源

  1. 我们需要做的第一件事是更新我们的存储库源，将 Webmin 存储库添加进去：

    $ sudo nano /etc/apt/sources.list

  2. 将以下两行添加到文件末尾：

    deb http://download.webmin/download/repository sarge contrib
deb http://webmin.mirror.somersettechsolutions.co.uk/repository sarge contrib

  3. 保存并退出 Nano。

导入签名密钥

  1. 接下来，我们需要下载并导入存储库的签名密钥：

    $ cd ~
$ sudo wget http://www.webmin/jcameron-key.asc
$ sudo apt-key add jcameron-key.asc

  2. 现在我们拥有了所需的一切，可以更新包管理器并安装 Webmin。这可能需要一些时间，所以你可能想去泡一杯茶或咖啡：

    $ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install webmin

  3. 安装完成后，你应该在命令行窗口看到以下消息：https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_13.jpg

    Webmin 安装

本地访问 Webmin

默认情况下，Webmin 运行在 10000 端口，并使用安全的 HTTPS 协议；因此，要访问它，你需要在浏览器中输入以下 URL：

https://<my-ip>:10000

其中 <my-ip> 是你树莓派的 IP 地址。

在上一章中，我们在系统上设置了静态 IP 地址；在我的案例中，我将地址设置为 192.168.0.99。所以，要访问我系统上的 Webmin，我将使用：

https://192.168.0.99:10000

注意

HTTPS 隐私错误

在某些浏览器中，例如 Google Chrome，你可能会看到一个隐私错误，当你尝试访问 Webmin 网页时。这是因为 HTTPS 连接背后的 SSL 证书没有被一个已知的认证机构签署。这没问题——只需告诉浏览器你想接受此证书并继续操作（在 Chrome 中，你需要先点击 高级 链接才能看到该选项）。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_14.jpg

你可以使用 root 或 pi 用户账户登录 Webmin，或者任何具有 sudo 权限的账户：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_15.jpg

Webmin 登录

登录后，你将看到系统的主信息页面。可以好好探索一下，因为这里有很多有用的内容可以查看和操作。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_16.jpg

Webmin 系统信息视图

Webmin 自带了许多模块，并不是所有模块都会被安装；因此，你可能想要探索一下面板中的 未使用模块 部分，看看是否有任何你希望添加到 Webmin 的模块。

远程访问 Webmin

就像我们在上一章中为报警控制面板设置远程访问一样，你也可以用 Webmin 来做到这一点——只需在路由器上为端口 10000 设置端口转发。然后你可以通过 https://<my-public-ip>:10000 在任何地方访问 Webmin。

总结

这章算是对多个主题的混合和总结，在我们建立家庭安全系统框架之前。我希望你喜欢这些与前几章相关的补充内容，并且它能给你一些灵感，帮助你理解家庭安全系统可以做到什么程度。

我们首先查看了如何在不访问基于 Web 的控制面板的情况下，通过添加一个机械或数字开关到臂/解臂输入端，来对系统进行武装和解除武装。

然后我们研究了将模拟类型传感器添加到我们的系统中，利用设置为电压比较器的运算放大器，当达到某个阈值时可以提醒我们。这些比较器电路背后的思想可以应用于不同类型的传感器，用于检测模拟传感器输出端何时达到某一电压阈值。

最后，我们学习了如何在树莓派上安装 Webmin，以便我们能够监控和配置 Linux 操作系统的多个方面。

下一章是我们所有人期待的时刻；我们将把前几章中的所有元素和概念结合起来，构建我们完整的系统，包含我们想要实现的各个元素。整个过程的明星将是我们的 Bash 脚本，它将把所有这些元素串联起来，并提供整个系统的控制逻辑。

第九章. 将所有内容整合

在过去的八章中，我们探讨了你希望在住宅中安装的全功能家庭安全系统的元素和概念。它以模块化的方式呈现，这样你可以选择系统中想要的功能，从而使其变得紧凑基础，或大型复杂，完全根据你的需求来定制。

从根本上讲，家庭安全系统的理念是检测特定区域输入是否被外部传感器触发为高或低信号，不管是开关、运动探测器，还是水探测器。归根结底，控制软件关心的不是传感器的类型，而是系统软件的任务就是检查输入的状态并根据情况发出警报。

在本章的最后，我们将把所有概念整合在一起，构建一个安全系统框架，并围绕它编写控制脚本。我们将覆盖以下内容：

  • 定义我们系统的高层次概述，详细说明连接的元素

  • 构建整个模块化安全系统框架控制脚本，详细探讨代码

  • 深入探讨一些详细的 Shell 脚本技巧，用于执行某些任务

  • 学习如何让我们的系统在启动时自动启动

  • 通过创建基于 RAM 的文件系统来防止 SD 卡烧毁

报警系统示意图

为了避免在过程中迷失方向，我建议首先绘制出一张完整的系统示意图，以便我们能够遵循。我在设计和组装任何系统时都会这么做，这样可以以结构化的方式构建系统，并且便于文档化和修改。

对于本章中的家庭安全系统，我设计了以下系统示意图，我们将以此作为框架。整个概念设计为模块化的，因此你可以根据自己的需求设计适合的系统，并根据本章中展示的脚本进行实现。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_09_01.jpg

最终的家庭安全系统示意图

系统元素概述

前面的系统示意图包含了我们在前几章中讨论的元素和模块。以下是这些内容的快速回顾：

一个 +12V 电源

这是我们系统的主要电源，我们将从一个外部的主电源适配器中获取，适配器可能是电池备份的。此电源需要平稳且经过调节，以确保其对当前绘制的系统保持稳定。

所有报警接线和传感器将由该电源供电，外设如声响器和铃声也会从 12V 电源获得电力。第五章，添加被动红外运动传感器 讨论了使用 12V 电源为报警电路供电的优点。

一个 +3.3V 电源

此电源是数字端口扩展电路的调节+3.3V 电源；它还通过光耦合器提供逻辑报警区输入。+3.3V 电源可以从+12V 电源（建议）或根据所需电流选择树莓派 GPIO 连接器上的+5V 电源派生，使用电压调节器。

第三章，扩展 Pi 以连接更多事物，向您展示了如何构建+3.3V 调节供电。

光电隔离输入模块

当高触发时，此将隔离+12V 区域输入电源线与端口扩展器和 GPIO 数字输入，并且当高时应只向其呈现最大+3.3V。

这些光电隔离输入模块的电路在第五章中进行了讨论并显示出来，添加被动红外运动传感器。

端口扩展器

端口扩展器是我们的主要数字输入/输出系统，将接收报警区输入并通过 I2C 总线将其传输到树莓派，或允许树莓派开关输出。

我们在第三章中构建了基于 MCP23017 的端口扩展器电路，扩展 Pi 以连接更多事物，并在第四章中为其配置了软件，添加磁接触传感器。

武装/解除开关

武器/解除输入覆盖了我们基于 Web 的控制面板上的武器/解除软开关功能，并且是连接到树莓派 GPIO 连接器上的 GP0 的开关（键盘、数字键盘或其他）。

记住将任何开关电路适当连接到 GPIO 引脚，以避免损坏您的树莓派。这在第二章中进行了讨论，使用 GPIO 连接 Pi 的事物。

报警输出

在我们的系统中，我们有几个输出设备由我们的树莓派通过输出驱动电路控制。我们有一个出入口蜂鸣器的输出，一个武装状态 LED，一个报警铃声和一个报警 LED 指示灯。

这些由我们的树莓派 GPIO 连接器通过驱动电路开关控制，允许我们使用 GPIO 引脚驱动高电流和感性负载。这些驱动电路基于 TIP120 达林顿晶体管，在第六章中讨论过，向我们的安全系统添加摄像头和第八章中讨论过，各种各样的事物。

设计控制脚本

在我们开始编写控制我们的报警系统的脚本之前，最好先概述系统的高级流程。以下流程图帮助我们理解我们的系统应如何工作，以及我们的脚本需要做出的各种逻辑决策。

流程图可能看起来有些复杂，因为它的线条方向各异，但实际上它是非常线性且朝下的。参考流程图，它展示了控制脚本将要执行的以下任务：

  • 安静地坐着，直到通过硬件钥匙开关或基于 Web 的面板软开关启动系统。

  • 当系统首次启用时，它将在真正启动系统之前响起出口蜂鸣器一段预定的时间。这为您提供了离开房产或再次解除系统的机会，系统才开始监控输入。

  • 一旦系统被启用，启用指示灯将亮起，系统将等待查看是否有任何报警区的输入被触发。它还将等待查看是否在您返回房产时解除报警。我们还可以选择在入口区添加一个进入计时器，以延迟触发报警。

  • 如果报警最终被触发，主报警铃声和出口蜂鸣器将被打开。主铃声应仅持续一段时间，具体时间取决于您所在社区的环境限制，因此，它将在预定时间后关闭，但内部蜂鸣器将保持开启。

  • 一旦触发，系统将等待您解除警报，然后再进行重置。https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_09_02.jpg

    控制脚本流程图

构建控制脚本

现在我们已经按照预期设计好了系统，接下来可以开始编写我们的 Bash 控制脚本。和之前一样，我们将把脚本放在/etc/pi-alarm文件夹中，您可能还记得在第七章，构建基于 Web 的控制面板中，也有提到该文件夹是我们的 Web 控制面板写入配置状态文件alarm.cfg的地方。我们在脚本中也将引用该文件。

在这个脚本中，我们将使用bc工具（Bash 命令行计算器）将十六进制值转换为二进制。这个工具默认并未安装，因此您需要安装该软件包：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install bc

提示

我们的脚本文件相当长，所以和之前一样，您可能会想坐在沙发上用笔记本电脑写它，使用类似 Notepad++的工具。不过请记住，如果您使用的是 PC，确保将行尾（EOL）格式转换为 Unix 格式，否则当您将脚本复制到 Pi 时，Bash 脚本将无法运行。Notepad++会为您自动完成这项转换。

探索脚本代码

现在，我将引导您了解我所编写的控制脚本代码的各个部分，它将作为我们系统的框架。我之所以称其为“框架”，是因为尽管它为您提供了一个完全可用的控制脚本，但它仍然可以根据您的特定需求进行修改和扩展。

以下代码清单都属于一个名为alarm-control.sh的单一 bash 脚本，您可以从 Packt Publishing 网站下载完整的带注释的版本。

声明

我们首先设置追踪系统状态所需的各种控制变量：

#!/bin/bash
#/etc/pi-alarm/alarm-control.sh

ALM_BELL_DURATION=600    #duration in seconds the alarm bell should sound for
ALM_EXIT_DELAY=30    #entry/exit zone delay in seconds
ALM_KEY_ARMED=0    #status of the arm/disarm key switch
ALM_SYS_ARMED=0    #armed status of the system

ALM_ZONE_INPUT_READ=""      #this will store the value of the zone inputs read
ALM_ZONE_INPUT_STAT="00000000"    #binary representation of the inputs (b7-b0)
ALM_ZONE_INPUT_PREV=""      #previous zone input status
ALM_ZONE_TRIGGER=0    #this will be set to 1 if one or more zones is triggered
ALM_ZONES_STAT=(0 0 0 0 0 0 0 0)    #dynamic array of normalised zone status (z1 to z8 order) - 1 is triggered

STAT_RET_VAL=""    #return value from functions

因为我们可能会遇到这样一种情况，输入的 HIGH 或 LOW 可能代表一个触发区域，具体取决于其配置和接线方式，所以我在变量ALM_ZONES_STAT中引入了一组标准化的状态标志，这将是脚本所关注的最终状态。我们稍后会查看处理这个的函数。

更新配置设置

在第七章，构建基于 Web 的控制面板中，我们介绍了配置文件alarm.cfg，该文件存储系统状态和配置，以便 Web 控制面板使用。这个文件不仅需要被主控制脚本读取，以便获取通过控制面板进行的设置，还需要通过主控制脚本更新状态值，以便它们可以反馈到控制面板，基本上是在两个子系统之间交换数据。

因此，我们将包含一个帮助函数，该函数包含与网页 PHP 脚本调用相同的代码，用来从控制面板更新此文件：

#This helper function will update the alarm config
#file with the specified value (alarm.cfg) so that
#the Web panel can know the latest status
function almUpdateConfigSetting()
{
  #$1 - Setting Name
  #$2 - Setting Value
  sudo sed -i "s/^\($1\s*= *\).*/\1$2/" /etc/pi-alarm/alarm.cfg
}

设置 GPIO

我们现在需要根据之前的系统图设置树莓派的 GPIO 引脚。以下命令最早在第二章，用 GPIO 连接树莓派中讨论过：

# GPIO SET UP ###################################
#Set up the Raspberry Pi GPIO pins
#Refer to Chapter 2 for info
#D0 (GPIO17) Arm/Disarm Key Input
sudo echo 17 > /sys/class/gpio/export
sudo echo in > /sys/class/gpio/gpio17/direction

#D4 (GPIO23) Armed LED Output
sudo echo 23 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio23/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio23/value

#D5 (GPIO24) Exit Buzzer Output
sudo echo 24 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio24/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio24/value

#D6 (GPIO25) Alarm LED Output
sudo echo 25 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio25/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio25/value

#D7 (GPIO4)  Alarm Bell Output
sudo echo 4 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value

注意

请注意，GPIO 引脚只能导出一次，除非它已被取消导出。因此，如果你重新运行脚本，试图再次导出引脚，你可能会看到错误echo: 写入错误: 设备或资源忙碌。你可以安全地忽略这个错误。

我们还会添加一些帮助函数，这些函数将使我们能够轻松地打开或关闭各种输出，从而简化主代码。我是一个很喜欢实现函数的人，不管它们多么简单，因为它们使代码保持模块化、可重用，并且在大多数情况下更容易阅读：

#This helper function will switch a specified GPIO output on or off
function almSetGPIOValue()
{
  #$1 - GPIO pin number
  #$2 - Value
  sudo echo $2 > /sys/class/gpio/gpio$1/value
}
#Helper functions to switch on and off the outputs
function almSetArmedLED()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 23 $1
  echo "[ALM] Armed LED set to $1"
}
function almSetExitBuzzer()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 24 $1
  echo "[ALM] Exit Buzzer set to $1"
}
function almSetAlarmLED()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 25 $1
  echo "[ALM] Alarm Trigger LED set to $1"
}
function almSetAlarmBell()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 4 $1
  echo "[ALM] Alarm Bell set to $1"
}

并且，我们将添加一个帮助函数，它将从树莓派的 D0（GPIO17）和 Web 控制台读取 ARM 开关状态，以查看 ARM 软开关是否已经设置：

#this function returns whether the system is armed via
#either the web console or key switch
function almGetArmedSwitchStatus()
{
  STAT_RET_VAL="0"
  #read arm key switch input from 
  local L_VAL=$(sudo cat /sys/class/gpio/gpio17/value)
  if [ $L_VAL -eq 1 ]; then
    #system has been armed with key switch
    echo "[ALM] System ARMED with key switch"
    ALM_KEY_ARMED=1
    almUpdateConfigSetting "SYSTEM_ARMED" "1" #set system armed console flag
    STAT_RET_VAL="1"
  else
    #read system armed value from web console config file
    if [ $SYSTEM_ARMED == 1 ]; then
      echo "[ALM] System ARMED with web console"
      STAT_RET_VAL="1"
    fi
  fi
}

设置 I2C 端口扩展器

接下来的几行代码设置 I2C 端口扩展器，将端口 A 和端口 B 上的所有引脚设置为输入。在我们的系统中，我们只使用端口 A，但这也允许我们在需要扩展系统时再增加 8 个输入。我们在第四章，添加磁性接触传感器中讨论过这个问题：

# PORT EXPANDER SET UP ##########################
#Refer to Chapter 4 for more information about the I2C bus

#We will set up I/O BUS A as all inputs
sudo i2cset -y 1 0x20 0x00 0xFF

#Whilst we're not using BUS B in our system,
#we can set that up as all inputs too
sudo i2cset -y 1 0x20 0x01 0xFF

注意

如果你没有连接 I2C 端口扩展器，那么在你尝试运行这些命令时，会看到以下错误：错误：写入失败

解码区域输入状态

下一个功能是关键的功能—对我们的系统至关重要。它将从 I2C 端口扩展器读取端口 A 的值。该值将以十六进制返回，因此我们需要将其转换为二进制值，用 0 或 1 标记每个输入位。我们将使用之前安装的bc工具来完成此操作。

一旦我们获得了每个输入位的状态，我们就通过确定 0 或 1 表示正触发来规范化状态。结果输出是数组ALM_ZONES_STAT，它包含每个区域的状态——其中 1 表示正被触发的区域。

#This function will read the port inputs and set the
#status of each zone
function almReadZoneInputs()
{
  #preserve previous zone status
  ALM_ZONE_INPUT_PREV=$ALM_ZONE_INPUT_STAT
  #read the 8-bit hex value of port a
  ALM_ZONE_INPUT_READ=$(sudo i2cget -y 1 0x20 0x12)

  if [[ $ALM_ZONE_INPUT_READ = *"Error"* ]]; then
    #An error occurred reading the I2C bus - set default value
    ALM_ZONE_INPUT_READ="0x00"
  fi

  #remove the 0x at the start of the value to get the hex value
  local L_HEX=${ALM_ZONE_INPUT_READ:2}
  #convert the hex value to binary
  local L_BIN=$(echo "obase=2; ibase=16; $L_HEX" | bc )
  #zero pad the binary to represent all 8 bits (b7-b0)
  ALM_ZONE_INPUT_STAT=$(printf "%08d" $L_BIN)

  echo "[ALM] Zone I/O Status: $ALM_ZONE_INPUT_STAT ($ALM_ZONE_INPUT_READ)"

  #check each zone input to see if it's in a triggered state
  #a triggered state may be either 1 or 0 depending on the input's configuration
  #you'll need to set the logic here accordingly for each input
  #the ALM_ZONES_STAT array contains the definitive trigger value for each input

  #zone 1 test (bit 0)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:7:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[0]=0; else ALM_ZONES_STAT[0]=1; fi

  #zone 2 test (bit 1)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:6:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[1]=0; else ALM_ZONES_STAT[1]=1; fi
  #zone 3 test (bit 2)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:5:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[2]=0; else ALM_ZONES_STAT[2]=1; fi

  #zone 4 test (bit 3)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:4:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[3]=0; else ALM_ZONES_STAT[3]=1; fi

  #zone 5 test (bit 4)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:3:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[4]=0; else ALM_ZONES_STAT[4]=1; fi

  #zone 6 test (bit 5)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:2:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[5]=0; else ALM_ZONES_STAT[5]=1; fi

  #zone 7 test (bit 6)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:1:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[6]=0; else ALM_ZONES_STAT[6]=1; fi

  #zone 8 test (bit 7)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:0:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[7]=0; else ALM_ZONES_STAT[7]=1; fi

  echo "[ALM] Zone Trigger Status: $ALM_ZONES_STAT[*]"
}

初始化

现在我们已经声明了模块级变量和辅助函数，我们将开始我们的主程序。首先，我们将初始化系统，清除SYSTEM_ARMED状态，并从配置文件中读取初始设置：

# initialise system #########
echo "[ALM] Initialising system..."
almUpdateConfigSetting "SYSTEM_ARMED" "0" #clear system armed console flag
sleep 1
sudo cat /etc/pi-alarm/alarm.cfg
sleep 1
echo "[ALM] Initialising done"
#############################

系统监控循环

脚本随后进入一个永无止境的循环，这将成为主要控制系统，监控武装/解除武装状态，并在武装时，监控区域输入状态并做出相应反应：

# loop continuously###########
while true
do

  # wait for system to be armed ###############
  echo "[ALM] Alarm now in STAND-BY state - waiting to be armed"
  almSetArmedLED 0 #switch off armed LED
  STAT_RET_VAL="0"
  while [[ $STAT_RET_VAL = "0" ]]; do  
    sleep 1
    #read the control panel status file
    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL
    echo -n "*" # indicate standby mode
  done
  #############################################

武装系统

当系统进入 ARMED 状态时，它将首先启动退出蜂鸣器，然后等待预定的时间。这将给你时间离开房产或解除系统武装：

  # perform exit delay ########################
  echo "[ALM] Alarm now in EXIT DELAY state"
  almSetExitBuzzer 1 #switch on exit buzzer
  COUNTER=$ALM_EXIT_DELAY
  while [[ $STAT_RET_VAL = "1" && $COUNTER -gt 0 ]]; do
    sleep 1
    #read the control panel status file
    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL
    COUNTER-=1
    echo -n "X$COUNTER " # indicate exit mode
  done
  almSetExitBuzzer 0 #switch off exit buzzer
  #############################################

  # system now armed - monitor inputs #########
  ALM_SYS_ARMED=1
  echo "[ALM] Alarm now in ARMED state"  
  almSetArmedLED 1 #switch on armed LED

  #read the control panel status file
  . /etc/pi-alarm/alarm.cfg  
  almReadZoneInputs  # > ALM_ZONES_STAT[x]

监控区域

一旦武装，系统将持续监控区域输入，直到系统被解除武装或某个区域输入被触发。当区域被触发时，系统将检查ZONE_ENABLE_n配置，看看该区域是否被禁用（此操作在基于网页的控制面板中完成）。如果区域未被禁用，则视为报警系统被触发。

ZONE_STATUS_n设置也在此更新，以便基于网页的控制面板显示出哪些区域已被触发：

  #check each zone input to set if it's enable
  #and has been triggered  
  #NUM_ZONES setting is stored in alarm.cfg

  while [[ $ALM_SYS_ARMED -eq 1 ]]; do
    echo -n "A" #indicate armed mode

    ALM_ZONE_TRIGGER=0  
    for (( i=$NUM_ZONES; i>0; i-- )); do  
      if [[ $ALM_ZONES_STAT[$i-1] -eq 1 ]]; then
        #zone has been triggered
        echo "[ALM] Zone $i TRIGGERED"
        E_VAR="ZONE_ENABLE_$i"
        E_VAL=`echo "$E_VAR"` #get zone enabled status loaded from alarm.cfg

        if [[ $E_VAL -eq 1 ]]; then
          #zone is enabled
          ALM_ZONE_TRIGGER=1 #set alarm triggered flag
          echo "[ALM] Zone $i ENABLED - alarm will be triggered"
          almUpdateConfigSetting "ZONE_STATUS_$i" "1" 

          ## YOU CAN INSERT CODE HERE TO TAKE CAMERA IMAGE IF YOU WANT##
          ## REFER BACK TO CHAPTER 6 ##

        fi
      fi
    done

    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL

入口延迟

当报警区域被触发时，系统将首先检查是否触发的是进出口区。如果是，系统将在发出主报警声之前延迟，给你机会解除系统武装。此时只会响起入口蜂鸣器：

    if [[ $ALM_ZONE_TRIGGER -eq 1 ]]; then
      # alarm has been triggered    
      almSetAlarmLED 1
      echo "[ALM] A zone has been triggered"

      #####################################
      # ZONE 1 is the ENTRY zone - if that's triggered then delay
      if [[ $ALM_ZONES_STAT[0] -eq 1 ]]; then
        # perform entry delay ###########
        echo "[ALM] Alarm now in ENTRY state"
        setExitBuzzer 1 #switch on entry/exit buzzer

        COUNTER=$ALM_EXIT_DELAY  
        STAT_RET_VAL="0"
        while [[ $STAT_RET_VAL = "1" && $COUNTER -gt 0 ]]; do
          echo -n "E$COUNTER " #indicate entry mode
          sleep 1
          #read the control panel status file
          . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
          almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL    
          COUNTER-=1
        done
      fi
      #####################################

响起主报警

如果此时系统还没有解除武装，我们需要响起主铃。由于环境噪声限制，我们对铃声的持续时间有所限制；我们不希望报警响上几个小时，直到我们回家才停止，这样会烦扰邻居。此时，如果你希望收到发送到手机的警报邮件，可以参考第六章，向我们的安全系统添加摄像头，添加代码：

      #####################################
      # STAY in TRIGGERED mode until system has been disarmed
      if [[ $STAT_RET_VAL = "1" ]]; then
        #alarm has not been disabled
        almSetAlarmBell 1 #switch on alarm bell
        echo "[ALM] Alarm now in TRIGGERED state"

        ## YOU CAN INSERT CODE HERE TO SEND YOU AN EMAIL IF YOU WANT##
        ## REFER BACK TO CHAPTER 6 ##

        COUNTER=0
        STAT_RET_VAL="0"
        while [[ $STAT_RET_VAL = "1" ]]; do
          echo -n "T$COUNTER " #indicate triggered mode
          sleep 1
          #read the control panel status file
          . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
          almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL    

          COUNTER+=1
          if [[ $COUNTER -gt $ALM_BELL_DURATION ]]; then
            almSetAlarmBell 0 #switch off alarm bell            
            echo "[ALM] Bell has been switched OFF"
          fi          
        done
      fi
      #####################################

解除武装并重置系统

当我们解除系统武装时，需要重置其状态并完成监控循环，这样我们就可以重新开始并等待重新武装：

      # alarm has been disarmed ##########
      echo "[ALM] Alarm has been DISARMED"
      ALM_SYS_ARMED=0
      almSetAlarmBell 0 #switch off alarm bell
      almSetExitBuzzer 0 #switch off exit buzzer
      almSetAlarmLED 0
      almSetArmedLED 0 #switch off armed LED

      #####################################
    fi

  done
  #############################################

done
#############################################

我们完成了（差不多）…

到这里了：树莓派上整个报警控制脚本的框架。如果你希望在脚本中实现其他功能，可能包括以下内容：

  • 当触发时，从某区域的摄像头发送照片或视频片段

  • 当触发报警时，发送包含状态详情的电子邮件提醒

  • 写入一个定期的日志文件，记录历史状态信息

  • 将额外的环境传感器添加到 B 端口

    提示

    每个脚本块都来自单个脚本文件alarm-control.sh，所以你应该能够将所有描述的部分组合到一个文件中，以便拥有一个完全功能的脚本。

一如既往，在运行脚本之前，我们需要赋予它执行权限：

$ sudo chmod 777 /etc/pi-alarm/alarm-control.sh

将脚本复制到树莓派后，我们应该能在/etc/pi-alarm文件夹中看到以下内容：

pi@raspberrypi ~ $ ls -1 /etc/pi-alarm
alarm.cfg
alarm-control.sh
update-alarm-setting.sh

自动启动系统

现在，显然我们不希望每次树莓派启动时都手动启动报警控制脚本，例如在停电后——首先，我们甚至可能不在现场。因此，我们需要设置操作系统，使其在启动时自动启动alarm-control.sh脚本。

为此，我们需要使用 Nano 编辑rc.local文件：

$ sudo nano /etc/rc.local

在包含exit 0的行之前，插入以下一行：

sudo /etc/pi-alarm/alarm-control.sh &

注意

行末的&符号很重要，因为它会使脚本在一个不同的进程中运行，否则rc.local脚本将永远无法退出。

你的rc.local文件现在应该像这样：

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi

sudo /etc/pi-alarm/alarm-control.sh &
exit 0

操作系统在系统启动后运行rc.local脚本，因此你可以将任何想要在此时自动发生的操作放入该脚本。

保持 SD 卡的完整性

我想分享的最后一个话题是如何保护树莓派的 SD 卡。SD 卡有有限的写入周期，持续写入会最终损坏它。如果我们要频繁写入日志文件并拍摄大量图像，我们就需要保护 SD 卡，以保持系统的完整性和可靠性；使用系统 RAM 来代替可以帮助我们实现这一点。

创建一个基于 RAM 的文件系统

树莓派拥有大量的快速系统 RAM（最新型号有 1Gb），它不容易受到写入烧毁问题的影响。因此，我将向你展示如何分配一部分内存，用来创建一个临时磁盘，这样我们可以将不需要保存在 SD 卡上的文件写入其中。此类文件包括那些相当大的摄像头图像文件，它们会被通过电子邮件发送出去——因此不需要永久存储。你还应该考虑那些定期写入的日志文件，这些日志文件会定期从系统中传送出去。

注意

请记住，这是一个基于 RAM 的文件系统，所以当树莓派关闭或重启时，内容会丢失。因此，不要将任何需要在重启后保留的数据存储在这里。

让我们创建一个名为 setup-ramfs.sh 的 Bash 脚本文件，并将其复制到我们的 /etc/pi-alarm 文件夹中：

#!/bin/bash
#/etc/pi-alarm/setup-ramfs.sh

RAM_DISK="/ramfs"
RAM_DISK_SIZE=64M

# Create RAM Disk ##########################
if [ ! -z "$RAM_DISK" ]; then
  echo "[INIT] Creating RAM Disk... $RAM_DISK"
  mkdir -p $RAM_DISK
  chmod 777 $RAM_DISK
  mount -t tmpfs -o size=$RAM_DISK_SIZE tmpts $RAM_DISK/
  echo "[INIT] RAM Disk created at $RAM_DISK"  
fi
############################################

setup-ramfs.sh RAM 磁盘创建脚本

运行前面的脚本将会在 /ramfs 创建一个 RAM 磁盘文件夹——你可以像对待任何其他文件夹一样对待它；唯一不同的是，它存在于系统内存中，而不是 SD 卡上：

$ cd /ramfs
$ ls

你可以通过在 alarm-control.sh 脚本中包含以下行，在初始化过程中调用此脚本：

. /etc/pi-alarm/setup-ramfs.sh

结论

树莓派是一款强大的小型计算机，是构建低成本但高度可用的嵌入式系统的理想平台。其 GPIO 接口的设计使得通过简单的低成本电子元件和一些配置，就能轻松地将模块与之连接，从而构建出功能强大且灵活的系统。专用的相机接口和网络接口的加入，提供了构建互联网连接家庭安全系统所需的所有功能。

本书中我涉及了很多话题，虽然我本可以继续深入，但我希望我所呈现的内容是有条理且方法论的，并且能为你提供继续这段旅程的工具和技巧，使你能够根据自己的需求打造完美的家庭安全系统。

构建系统的技巧

作为一个需要日常处理多种技术和学科的系统工程师，我只想给你留下以下几点思考，供你在选择基于我们在本书中所构建的系统进行扩展时参考，当然，我希望你会选择这样做：

  • 首先创建你提议系统的高层次图——有点像我在本章早些时候展示的那种图。

  • 以模块化的方式定义所有内容，这样你可以将系统分成小块进行构建和测试，这使得尽早发现问题变得更容易。

  • 使用更小模块来构建系统，使得重新使用和替换电路和代码变得更加容易，而且不要害怕混合和搭配不同的技术，使用最适合单个模块的技术。

  • 不要试图重新发明轮子——使用已有的经过验证的代码和电路资源。这可以让你更快速地让系统工作，并最小化你与难题作斗争的次数。我称之为“借力”。

总结

好的，我们已经走到了使用强大的树莓派迷你计算机构建一个功能完备且可扩展的家庭安全系统的旅程的终点。在本章的最后，我们将前几章的所有元素和概念结合起来，从硬件和软件角度共同构建了一个家庭安全框架。

具体来说，本章指导我们构建了一个模块化的家庭安全系统框架，实施了任何商业化系统中都会有的功能，还有一些市面上看不到的功能。我们详细分析了完整的控制脚本，探索了其各个部分，并理解它们如何融入我们的系统中。

我们还学习了如何在树莓派启动时自动启动我们的家庭安全系统脚本，以及数据是如何通过配置文件在树莓派和基于网页的控制面板之间实时共享的。最后，我们探讨了如何通过创建一个非常实用的基于 RAM 的临时文件系统来防止 SD 卡烧毁。

原文：annas-archive/md5/aefcf00fd73bb0fc0edeadaf93dc8db4

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

第八章：一些杂项

前面的章节为我们提供了设计并组装整个家庭安全系统的基础和要素，我们将在下一章完成这一工作。我希望我已经以一种相对结构化和逻辑的方式指导你，帮助你为此做好准备。

不过，在此之前，我先放上一章名为杂项的事物，因为它确实是这样的。这一章包含了一些可选但有用的额外功能，我们应该考虑将其纳入系统，但它们并不足以单独占据一个完整的章节。我想你可以把它们看作是前几章的附注。

因此，我们将讨论以下几个话题：

  • 如何在没有基于 Web 的面板的情况下武装和解除系统

  • 从我们的 GPIO 输出安全驱动感性负载

  • 向我们的系统添加一个逃生水传感器输入

  • 向我们的系统添加一个温度传感器输入

  • 如何将一氧化碳探测器添加到我们的系统中

  • 使用 Webmin 远程管理我们的树莓派

武装和解除武装系统

我们在基于 Web 的控制面板上加入了一个开关，方便你通过智能手机来武装和解除武装系统。然而，这可能不是最方便的方式，特别是在你急匆匆出门时，或者你回到家时手机电池已没电。所以，我们需要找到一种额外的方式，在物业的出入口处武装和解除系统。

在上一章的区域列表表格中，你会注意到我将树莓派 GPIO 的输入 GP0 分配为我们的武装/解除武装开关输入。这个输入将与我们的控制面板开关配合使用。

这个输入可以是一个简单的切换开关，或者更安全一些，比如钥匙开关或电子键盘。无论哪种方式，它将在系统武装时与树莓派的 GP0（GPIO17）接地连接。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_04.jpg

我们的武装/解除武装开关的电路图

如果你有开关或其他类似的设备将在户外并暴露于环境中，你需要确保它们适合户外使用，以免损坏并影响系统的完整性。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_05.jpg

适用于户外使用的 IP67 等级钥匙开关（型号 Lorlin WRL-5-E-S-2-B）

通过使用独立的安全键盘，你可以为每个用户分配一个密码来武装和解除系统。例如，CDVI ECO 100 是一款低成本的键盘，支持最多 100 个用户。当输入正确的密码时，它会通过关闭内部开关来武装系统；再次输入密码时，键盘通过打开开关来解除武装系统。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_06.jpg

CDVI ECO 100 可编程键盘

驱动感性负载

我在第六章中讨论了驱动大负载的问题，向我们的安全系统添加摄像头，但现在可能是一个更好的时机，来进一步展开并讨论如何驱动感性负载，例如铃声和白炽灯泡。在之前的电路示例中，我使用了 TIP120 达林顿三极管来驱动一个不具感性的 LED 阵列。对于感性负载，您需要增加一些二极管保护，以防止继电器和铃声开关时产生的电磁干扰对电路造成影响。

这是我们带有 1N4007 整流二极管保护的数字负载驱动器的修改版电路：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_07.jpg

带二极管保护的数字负载驱动器

超越入侵检测

家庭安全不仅仅是为了防止入侵，也是在防范其他风险，如洪水、火灾、一氧化碳泄漏等。因此，将我们的家庭安全系统扩展到检测这些其他风险也是有意义的。

您可以选择设置系统，让某些类型的警报仅通过电子邮件发送到您的手机，而不是触发所有外部的铃声、灯光和警报。这可以通过调整下一章中的脚本来实现，以便它们按照您想要的方式运行。

一个简单的水位探测器

没有什么比外出几天后回家发现厨房被水淹了更糟的了，因为水槽下方发生了漏水。我们的简单电路将检测到水的存在，并在我们的家庭安全系统中触发一个输入，从而可以提醒您。您也可以购买现成的套件和模块来完成这个功能，但下面的电路便宜且使用了我们的光耦合器，因为我们实际的探测器需要不同的电压。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_08.jpg

一个简单的水位探测器电路，已与 GPIO 输入隔离

工作原理

当水接触到探头时，电流就会流过水，并且流过三极管 Q1 基极的 R3/R4 电位分压器。当基极电流足够大，达到饱和状态时，三极管会完全导通，导致光耦合器内的 LED 亮起。这将拉低我们系统的输入引脚，并通过光耦合器内的光敏晶体管将其接地。

您可以使用微调电位器 R4 来校准传感器，通过调节其灵敏度。任何常见的 NPN 双极性晶体管都应该可以在这里工作，但显然它们的工作参数各不相同，所以需要选择一个合适的。

一个简单的温度传感器

如果我们希望在环境温度达到某个阈值时收到警报，那么我们可以使用常见的 LM34/LM35 温度传感器来构建一个电路。这是一个简单的设备，只有三个引脚：电源、地和输出，提供与温度成比例的电压。LM34 和 LM35 之间的区别在于，LM34 输出 10mV/°F，而 LM35 输出 10mV/°C。还有一个 LM335 变种，输出为 100mV/°K。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_09.jpg

引脚图来自德州仪器 LM35DZ 数据手册

你可能已经注意到，这实际上是一个模拟设备——那么我们该如何将它与我们完全数字化的系统进行连接呢？一种方法是将模拟到数字接口集成到我们的输入控制板上，读取从中传入的数据，以便我们知道确切的温度，但这可能超出了本书的范围。因此，我们将实现一个电路，当温度超过预设阈值时，会发出警报，这在我们的家庭安防系统中可能已经足够了。

注意

如果你有兴趣构建一个模拟到数字的模块来扩展你的家庭安防，那么可以看看 NXP 的 PCF8591 芯片，它是一个基于 I2C 的模拟到数字转换器。这将连接到我们已经在使用的 I2C 总线，因此它实际上只是一个附加模块。

bit.ly/NXPPCF8591T

对于我们的温度探测电路，我们将使用一个配置为比较器的运算放大器，当预设温度达到时触发我们的光耦合器输入。因此，对于火灾探测，我们可能希望在环境温度超过 50°C 时进行检测。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_10.jpg

用于驱动我们数字输入的温度阈值传感器

工作原理

参考电压由可变电阻 R4 设置，它在 12V 和地之间形成一个电压分压器。这实际上意味着，运算放大器比较器的正输入端上的参考电压可以在 0 到 12V 之间。假设我们希望检测到 50°C 时触发，我们将需要运算放大器在负输入为 500mV（10mV/°C）时触发。

在我们的电路中，运算放大器的输出在正常状态下是高电平，这使得光耦合器保持开启。然而，当达到阈值时，运算放大器的输出被拉低，切断晶体管 Q1，进而关闭光耦合器。这通过电阻 R2 将我们的报警输入拉高。

一氧化碳探测器

完全可以构建烟雾和一氧化碳探测器，并将其连接到我们的家庭安防系统，方式与之前的传感器类似，尽管它们稍微复杂一些，因为可能需要特殊处理。SparkFun MQ-7 一氧化碳 (CO) 探测器（实际上是由 Winsen Electronics 制造）可以像我们的温度传感器一样实现，当达到特定阈值时触发报警输入。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_11.jpg

SparkFun 提供的 Winsen MQ-7 一氧化碳气体探测器。

注意

根据 ASHRAE（www.ashrae）的标准，一氧化碳（CO）的最大安全连续暴露量为 9ppm（百万分之一）。你绝对不应该长时间暴露在高于这个浓度的 CO 中，35ppm 是正常 8 小时工作日的最大值。

MQ-7 探测器的灵敏度范围在 10 到 500ppm 之间，因此在我看来，我希望它一旦检测到任何东西就发出警报，因此我们应该将比较器的参考电压设置为灵敏度曲线低端的值，以符合数据表中提供的灵敏度曲线，如下所示：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_12.jpg

来自 Winsen MQ-7 制造商数据表中的灵敏度曲线。

注意

警告

我加入这一部分关于一氧化碳探测的内容，更多的是出于兴趣。它是一种有害物质，虽然出于兴趣自己制作探测器是可以的，但请仅限于此。将其作为我们家庭安防系统的一部分，能够在我们外出时提醒我们，这是有用的，但这 不应 作为一个商用探测器的替代品，商用探测器会放在锅炉旁，具备所有的认证、标准等，并且在我们家里时发出非常响亮的警报。

我们的树莓派远程管理

在上一章中，我们学习了如何设置系统和家庭网络，以便我们可以在任何地方远程访问报警控制面板。现在，我将向你展示如何扩展这个设置，以便能够管理和监控整个树莓派系统。

获取 Webmin

Webmin 是一个非常优秀且成熟的基于 Web 的界面，用于管理 Unix/Linux 系统。你可以在 www.webmin 上找到关于 Webmin 的所有信息。像本书中所有的内容一样，我假设你在树莓派上使用的是 Raspbian 发行版来安装 Webmin。

安装 Webmin 有几种方式：可以手动下载并解压，或者更新我们的软件源，以便我们可以使用 apt-get。我将选择后者，这样所有依赖项都会自动安装，未来更新也能更容易管理。虽然有几个步骤，但其实非常直接：

更新软件源

  1. 我们需要做的第一件事是更新我们的存储库源，将 Webmin 存储库添加进去：

    $ sudo nano /etc/apt/sources.list

  2. 将以下两行添加到文件末尾：

    deb http://download.webmin/download/repository sarge contrib
deb http://webmin.mirror.somersettechsolutions.co.uk/repository sarge contrib

  3. 保存并退出 Nano。

导入签名密钥

  1. 接下来，我们需要下载并导入存储库的签名密钥：

    $ cd ~
$ sudo wget http://www.webmin/jcameron-key.asc
$ sudo apt-key add jcameron-key.asc

  2. 现在我们拥有了所需的一切，可以更新包管理器并安装 Webmin。这可能需要一些时间，所以你可能想去泡一杯茶或咖啡：

    $ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install webmin

  3. 安装完成后，你应该在命令行窗口看到以下消息：https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_13.jpg

    Webmin 安装

本地访问 Webmin

默认情况下，Webmin 运行在 10000 端口，并使用安全的 HTTPS 协议；因此，要访问它，你需要在浏览器中输入以下 URL：

https://<my-ip>:10000

其中 <my-ip> 是你树莓派的 IP 地址。

在上一章中，我们在系统上设置了静态 IP 地址；在我的案例中，我将地址设置为 192.168.0.99。所以，要访问我系统上的 Webmin，我将使用：

https://192.168.0.99:10000

注意

HTTPS 隐私错误

在某些浏览器中，例如 Google Chrome，你可能会看到一个隐私错误，当你尝试访问 Webmin 网页时。这是因为 HTTPS 连接背后的 SSL 证书没有被一个已知的认证机构签署。这没问题——只需告诉浏览器你想接受此证书并继续操作（在 Chrome 中，你需要先点击 高级 链接才能看到该选项）。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_14.jpg

你可以使用 root 或 pi 用户账户登录 Webmin，或者任何具有 sudo 权限的账户：

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_15.jpg

Webmin 登录

登录后，你将看到系统的主信息页面。可以好好探索一下，因为这里有很多有用的内容可以查看和操作。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_08_16.jpg

Webmin 系统信息视图

Webmin 自带了许多模块，并不是所有模块都会被安装；因此，你可能想要探索一下面板中的 未使用模块 部分，看看是否有任何你希望添加到 Webmin 的模块。

远程访问 Webmin

就像我们在上一章中为报警控制面板设置远程访问一样，你也可以用 Webmin 来做到这一点——只需在路由器上为端口 10000 设置端口转发。然后你可以通过 https://<my-public-ip>:10000 在任何地方访问 Webmin。

总结

这章算是对多个主题的混合和总结，在我们建立家庭安全系统框架之前。我希望你喜欢这些与前几章相关的补充内容，并且它能给你一些灵感，帮助你理解家庭安全系统可以做到什么程度。

我们首先查看了如何在不访问基于 Web 的控制面板的情况下，通过添加一个机械或数字开关到臂/解臂输入端，来对系统进行武装和解除武装。

然后我们研究了将模拟类型传感器添加到我们的系统中，利用设置为电压比较器的运算放大器，当达到某个阈值时可以提醒我们。这些比较器电路背后的思想可以应用于不同类型的传感器，用于检测模拟传感器输出端何时达到某一电压阈值。

最后，我们学习了如何在树莓派上安装 Webmin，以便我们能够监控和配置 Linux 操作系统的多个方面。

下一章是我们所有人期待的时刻；我们将把前几章中的所有元素和概念结合起来，构建我们完整的系统，包含我们想要实现的各个元素。整个过程的明星将是我们的 Bash 脚本，它将把所有这些元素串联起来，并提供整个系统的控制逻辑。

第九章. 将所有内容整合

在过去的八章中，我们探讨了你希望在住宅中安装的全功能家庭安全系统的元素和概念。它以模块化的方式呈现，这样你可以选择系统中想要的功能，从而使其变得紧凑基础，或大型复杂，完全根据你的需求来定制。

从根本上讲，家庭安全系统的理念是检测特定区域输入是否被外部传感器触发为高或低信号，不管是开关、运动探测器，还是水探测器。归根结底，控制软件关心的不是传感器的类型，而是系统软件的任务就是检查输入的状态并根据情况发出警报。

在本章的最后，我们将把所有概念整合在一起，构建一个安全系统框架，并围绕它编写控制脚本。我们将覆盖以下内容：

  • 定义我们系统的高层次概述，详细说明连接的元素

  • 构建整个模块化安全系统框架控制脚本，详细探讨代码

  • 深入探讨一些详细的 Shell 脚本技巧，用于执行某些任务

  • 学习如何让我们的系统在启动时自动启动

  • 通过创建基于 RAM 的文件系统来防止 SD 卡烧毁

报警系统示意图

为了避免在过程中迷失方向，我建议首先绘制出一张完整的系统示意图，以便我们能够遵循。我在设计和组装任何系统时都会这么做，这样可以以结构化的方式构建系统，并且便于文档化和修改。

对于本章中的家庭安全系统，我设计了以下系统示意图，我们将以此作为框架。整个概念设计为模块化的，因此你可以根据自己的需求设计适合的系统，并根据本章中展示的脚本进行实现。

https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_09_01.jpg

最终的家庭安全系统示意图

系统元素概述

前面的系统示意图包含了我们在前几章中讨论的元素和模块。以下是这些内容的快速回顾：

一个 +12V 电源

这是我们系统的主要电源，我们将从一个外部的主电源适配器中获取，适配器可能是电池备份的。此电源需要平稳且经过调节，以确保其对当前绘制的系统保持稳定。

所有报警接线和传感器将由该电源供电，外设如声响器和铃声也会从 12V 电源获得电力。第五章，添加被动红外运动传感器 讨论了使用 12V 电源为报警电路供电的优点。

一个 +3.3V 电源

此电源是数字端口扩展电路的调节+3.3V 电源；它还通过光耦合器提供逻辑报警区输入。+3.3V 电源可以从+12V 电源（建议）或根据所需电流选择树莓派 GPIO 连接器上的+5V 电源派生，使用电压调节器。

第三章，扩展 Pi 以连接更多事物，向您展示了如何构建+3.3V 调节供电。

光电隔离输入模块

当高触发时，此将隔离+12V 区域输入电源线与端口扩展器和 GPIO 数字输入，并且当高时应只向其呈现最大+3.3V。

这些光电隔离输入模块的电路在第五章中进行了讨论并显示出来，添加被动红外运动传感器。

端口扩展器

端口扩展器是我们的主要数字输入/输出系统，将接收报警区输入并通过 I2C 总线将其传输到树莓派，或允许树莓派开关输出。

我们在第三章中构建了基于 MCP23017 的端口扩展器电路，扩展 Pi 以连接更多事物，并在第四章中为其配置了软件，添加磁接触传感器。

武装/解除开关

武器/解除输入覆盖了我们基于 Web 的控制面板上的武器/解除软开关功能，并且是连接到树莓派 GPIO 连接器上的 GP0 的开关（键盘、数字键盘或其他）。

记住将任何开关电路适当连接到 GPIO 引脚，以避免损坏您的树莓派。这在第二章中进行了讨论，使用 GPIO 连接 Pi 的事物。

报警输出

在我们的系统中，我们有几个输出设备由我们的树莓派通过输出驱动电路控制。我们有一个出入口蜂鸣器的输出，一个武装状态 LED，一个报警铃声和一个报警 LED 指示灯。

这些由我们的树莓派 GPIO 连接器通过驱动电路开关控制，允许我们使用 GPIO 引脚驱动高电流和感性负载。这些驱动电路基于 TIP120 达林顿晶体管，在第六章中讨论过，向我们的安全系统添加摄像头和第八章中讨论过，各种各样的事物。

设计控制脚本

在我们开始编写控制我们的报警系统的脚本之前，最好先概述系统的高级流程。以下流程图帮助我们理解我们的系统应如何工作，以及我们的脚本需要做出的各种逻辑决策。

流程图可能看起来有些复杂，因为它的线条方向各异，但实际上它是非常线性且朝下的。参考流程图，它展示了控制脚本将要执行的以下任务：

  • 安静地坐着，直到通过硬件钥匙开关或基于 Web 的面板软开关启动系统。

  • 当系统首次启用时，它将在真正启动系统之前响起出口蜂鸣器一段预定的时间。这为您提供了离开房产或再次解除系统的机会，系统才开始监控输入。

  • 一旦系统被启用，启用指示灯将亮起，系统将等待查看是否有任何报警区的输入被触发。它还将等待查看是否在您返回房产时解除报警。我们还可以选择在入口区添加一个进入计时器，以延迟触发报警。

  • 如果报警最终被触发，主报警铃声和出口蜂鸣器将被打开。主铃声应仅持续一段时间，具体时间取决于您所在社区的环境限制，因此，它将在预定时间后关闭，但内部蜂鸣器将保持开启。

  • 一旦触发，系统将等待您解除警报，然后再进行重置。https://github/OpenDocCN/freelearn-linux-pt4-zh/raw/master/docs/bd-hm-sec-sys-raspi/img/B04579_09_02.jpg

    控制脚本流程图

构建控制脚本

现在我们已经按照预期设计好了系统，接下来可以开始编写我们的 Bash 控制脚本。和之前一样，我们将把脚本放在/etc/pi-alarm文件夹中，您可能还记得在第七章，构建基于 Web 的控制面板中，也有提到该文件夹是我们的 Web 控制面板写入配置状态文件alarm.cfg的地方。我们在脚本中也将引用该文件。

在这个脚本中，我们将使用bc工具（Bash 命令行计算器）将十六进制值转换为二进制。这个工具默认并未安装，因此您需要安装该软件包：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install bc

提示

我们的脚本文件相当长，所以和之前一样，您可能会想坐在沙发上用笔记本电脑写它，使用类似 Notepad++的工具。不过请记住，如果您使用的是 PC，确保将行尾（EOL）格式转换为 Unix 格式，否则当您将脚本复制到 Pi 时，Bash 脚本将无法运行。Notepad++会为您自动完成这项转换。

探索脚本代码

现在，我将引导您了解我所编写的控制脚本代码的各个部分，它将作为我们系统的框架。我之所以称其为“框架”，是因为尽管它为您提供了一个完全可用的控制脚本，但它仍然可以根据您的特定需求进行修改和扩展。

以下代码清单都属于一个名为alarm-control.sh的单一 bash 脚本，您可以从 Packt Publishing 网站下载完整的带注释的版本。

声明

我们首先设置追踪系统状态所需的各种控制变量：

#!/bin/bash
#/etc/pi-alarm/alarm-control.sh

ALM_BELL_DURATION=600    #duration in seconds the alarm bell should sound for
ALM_EXIT_DELAY=30    #entry/exit zone delay in seconds
ALM_KEY_ARMED=0    #status of the arm/disarm key switch
ALM_SYS_ARMED=0    #armed status of the system

ALM_ZONE_INPUT_READ=""      #this will store the value of the zone inputs read
ALM_ZONE_INPUT_STAT="00000000"    #binary representation of the inputs (b7-b0)
ALM_ZONE_INPUT_PREV=""      #previous zone input status
ALM_ZONE_TRIGGER=0    #this will be set to 1 if one or more zones is triggered
ALM_ZONES_STAT=(0 0 0 0 0 0 0 0)    #dynamic array of normalised zone status (z1 to z8 order) - 1 is triggered

STAT_RET_VAL=""    #return value from functions

因为我们可能会遇到这样一种情况，输入的 HIGH 或 LOW 可能代表一个触发区域，具体取决于其配置和接线方式，所以我在变量ALM_ZONES_STAT中引入了一组标准化的状态标志，这将是脚本所关注的最终状态。我们稍后会查看处理这个的函数。

更新配置设置

在第七章，构建基于 Web 的控制面板中，我们介绍了配置文件alarm.cfg，该文件存储系统状态和配置，以便 Web 控制面板使用。这个文件不仅需要被主控制脚本读取，以便获取通过控制面板进行的设置，还需要通过主控制脚本更新状态值，以便它们可以反馈到控制面板，基本上是在两个子系统之间交换数据。

因此，我们将包含一个帮助函数，该函数包含与网页 PHP 脚本调用相同的代码，用来从控制面板更新此文件：

#This helper function will update the alarm config
#file with the specified value (alarm.cfg) so that
#the Web panel can know the latest status
function almUpdateConfigSetting()
{
  #$1 - Setting Name
  #$2 - Setting Value
  sudo sed -i "s/^\($1\s*= *\).*/\1$2/" /etc/pi-alarm/alarm.cfg
}

设置 GPIO

我们现在需要根据之前的系统图设置树莓派的 GPIO 引脚。以下命令最早在第二章，用 GPIO 连接树莓派中讨论过：

# GPIO SET UP ###################################
#Set up the Raspberry Pi GPIO pins
#Refer to Chapter 2 for info
#D0 (GPIO17) Arm/Disarm Key Input
sudo echo 17 > /sys/class/gpio/export
sudo echo in > /sys/class/gpio/gpio17/direction

#D4 (GPIO23) Armed LED Output
sudo echo 23 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio23/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio23/value

#D5 (GPIO24) Exit Buzzer Output
sudo echo 24 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio24/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio24/value

#D6 (GPIO25) Alarm LED Output
sudo echo 25 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio25/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio25/value

#D7 (GPIO4)  Alarm Bell Output
sudo echo 4 > /sys/class/gpio/export
sudo echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction
sudo echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value

注意

请注意，GPIO 引脚只能导出一次，除非它已被取消导出。因此，如果你重新运行脚本，试图再次导出引脚，你可能会看到错误echo: 写入错误: 设备或资源忙碌。你可以安全地忽略这个错误。

我们还会添加一些帮助函数，这些函数将使我们能够轻松地打开或关闭各种输出，从而简化主代码。我是一个很喜欢实现函数的人，不管它们多么简单，因为它们使代码保持模块化、可重用，并且在大多数情况下更容易阅读：

#This helper function will switch a specified GPIO output on or off
function almSetGPIOValue()
{
  #$1 - GPIO pin number
  #$2 - Value
  sudo echo $2 > /sys/class/gpio/gpio$1/value
}
#Helper functions to switch on and off the outputs
function almSetArmedLED()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 23 $1
  echo "[ALM] Armed LED set to $1"
}
function almSetExitBuzzer()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 24 $1
  echo "[ALM] Exit Buzzer set to $1"
}
function almSetAlarmLED()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 25 $1
  echo "[ALM] Alarm Trigger LED set to $1"
}
function almSetAlarmBell()
{
  #$1 - 0 or 1 (Off or On)
  almSetGPIOValue 4 $1
  echo "[ALM] Alarm Bell set to $1"
}

并且，我们将添加一个帮助函数，它将从树莓派的 D0（GPIO17）和 Web 控制台读取 ARM 开关状态，以查看 ARM 软开关是否已经设置：

#this function returns whether the system is armed via
#either the web console or key switch
function almGetArmedSwitchStatus()
{
  STAT_RET_VAL="0"
  #read arm key switch input from 
  local L_VAL=$(sudo cat /sys/class/gpio/gpio17/value)
  if [ $L_VAL -eq 1 ]; then
    #system has been armed with key switch
    echo "[ALM] System ARMED with key switch"
    ALM_KEY_ARMED=1
    almUpdateConfigSetting "SYSTEM_ARMED" "1" #set system armed console flag
    STAT_RET_VAL="1"
  else
    #read system armed value from web console config file
    if [ $SYSTEM_ARMED == 1 ]; then
      echo "[ALM] System ARMED with web console"
      STAT_RET_VAL="1"
    fi
  fi
}

设置 I2C 端口扩展器

接下来的几行代码设置 I2C 端口扩展器，将端口 A 和端口 B 上的所有引脚设置为输入。在我们的系统中，我们只使用端口 A，但这也允许我们在需要扩展系统时再增加 8 个输入。我们在第四章，添加磁性接触传感器中讨论过这个问题：

# PORT EXPANDER SET UP ##########################
#Refer to Chapter 4 for more information about the I2C bus

#We will set up I/O BUS A as all inputs
sudo i2cset -y 1 0x20 0x00 0xFF

#Whilst we're not using BUS B in our system,
#we can set that up as all inputs too
sudo i2cset -y 1 0x20 0x01 0xFF

注意

如果你没有连接 I2C 端口扩展器，那么在你尝试运行这些命令时，会看到以下错误：错误：写入失败

解码区域输入状态

下一个功能是关键的功能—对我们的系统至关重要。它将从 I2C 端口扩展器读取端口 A 的值。该值将以十六进制返回，因此我们需要将其转换为二进制值，用 0 或 1 标记每个输入位。我们将使用之前安装的bc工具来完成此操作。

一旦我们获得了每个输入位的状态，我们就通过确定 0 或 1 表示正触发来规范化状态。结果输出是数组ALM_ZONES_STAT，它包含每个区域的状态——其中 1 表示正被触发的区域。

#This function will read the port inputs and set the
#status of each zone
function almReadZoneInputs()
{
  #preserve previous zone status
  ALM_ZONE_INPUT_PREV=$ALM_ZONE_INPUT_STAT
  #read the 8-bit hex value of port a
  ALM_ZONE_INPUT_READ=$(sudo i2cget -y 1 0x20 0x12)

  if [[ $ALM_ZONE_INPUT_READ = *"Error"* ]]; then
    #An error occurred reading the I2C bus - set default value
    ALM_ZONE_INPUT_READ="0x00"
  fi

  #remove the 0x at the start of the value to get the hex value
  local L_HEX=${ALM_ZONE_INPUT_READ:2}
  #convert the hex value to binary
  local L_BIN=$(echo "obase=2; ibase=16; $L_HEX" | bc )
  #zero pad the binary to represent all 8 bits (b7-b0)
  ALM_ZONE_INPUT_STAT=$(printf "%08d" $L_BIN)

  echo "[ALM] Zone I/O Status: $ALM_ZONE_INPUT_STAT ($ALM_ZONE_INPUT_READ)"

  #check each zone input to see if it's in a triggered state
  #a triggered state may be either 1 or 0 depending on the input's configuration
  #you'll need to set the logic here accordingly for each input
  #the ALM_ZONES_STAT array contains the definitive trigger value for each input

  #zone 1 test (bit 0)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:7:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[0]=0; else ALM_ZONES_STAT[0]=1; fi

  #zone 2 test (bit 1)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:6:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[1]=0; else ALM_ZONES_STAT[1]=1; fi
  #zone 3 test (bit 2)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:5:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[2]=0; else ALM_ZONES_STAT[2]=1; fi

  #zone 4 test (bit 3)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:4:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[3]=0; else ALM_ZONES_STAT[3]=1; fi

  #zone 5 test (bit 4)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:3:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[4]=0; else ALM_ZONES_STAT[4]=1; fi

  #zone 6 test (bit 5)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:2:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[5]=0; else ALM_ZONES_STAT[5]=1; fi

  #zone 7 test (bit 6)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:1:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[6]=0; else ALM_ZONES_STAT[6]=1; fi

  #zone 8 test (bit 7)
  local L_FLG=${ALM_ZONE_INPUT_STAT:0:1}
  if [ $L_FLG -eq 0 ]; then ALM_ZONES_STAT[7]=0; else ALM_ZONES_STAT[7]=1; fi

  echo "[ALM] Zone Trigger Status: $ALM_ZONES_STAT[*]"
}

初始化

现在我们已经声明了模块级变量和辅助函数，我们将开始我们的主程序。首先，我们将初始化系统，清除SYSTEM_ARMED状态，并从配置文件中读取初始设置：

# initialise system #########
echo "[ALM] Initialising system..."
almUpdateConfigSetting "SYSTEM_ARMED" "0" #clear system armed console flag
sleep 1
sudo cat /etc/pi-alarm/alarm.cfg
sleep 1
echo "[ALM] Initialising done"
#############################

系统监控循环

脚本随后进入一个永无止境的循环，这将成为主要控制系统，监控武装/解除武装状态，并在武装时，监控区域输入状态并做出相应反应：

# loop continuously###########
while true
do

  # wait for system to be armed ###############
  echo "[ALM] Alarm now in STAND-BY state - waiting to be armed"
  almSetArmedLED 0 #switch off armed LED
  STAT_RET_VAL="0"
  while [[ $STAT_RET_VAL = "0" ]]; do  
    sleep 1
    #read the control panel status file
    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL
    echo -n "*" # indicate standby mode
  done
  #############################################

武装系统

当系统进入 ARMED 状态时，它将首先启动退出蜂鸣器，然后等待预定的时间。这将给你时间离开房产或解除系统武装：

  # perform exit delay ########################
  echo "[ALM] Alarm now in EXIT DELAY state"
  almSetExitBuzzer 1 #switch on exit buzzer
  COUNTER=$ALM_EXIT_DELAY
  while [[ $STAT_RET_VAL = "1" && $COUNTER -gt 0 ]]; do
    sleep 1
    #read the control panel status file
    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL
    COUNTER-=1
    echo -n "X$COUNTER " # indicate exit mode
  done
  almSetExitBuzzer 0 #switch off exit buzzer
  #############################################

  # system now armed - monitor inputs #########
  ALM_SYS_ARMED=1
  echo "[ALM] Alarm now in ARMED state"  
  almSetArmedLED 1 #switch on armed LED

  #read the control panel status file
  . /etc/pi-alarm/alarm.cfg  
  almReadZoneInputs  # > ALM_ZONES_STAT[x]

监控区域

一旦武装，系统将持续监控区域输入，直到系统被解除武装或某个区域输入被触发。当区域被触发时，系统将检查ZONE_ENABLE_n配置，看看该区域是否被禁用（此操作在基于网页的控制面板中完成）。如果区域未被禁用，则视为报警系统被触发。

ZONE_STATUS_n设置也在此更新，以便基于网页的控制面板显示出哪些区域已被触发：

  #check each zone input to set if it's enable
  #and has been triggered  
  #NUM_ZONES setting is stored in alarm.cfg

  while [[ $ALM_SYS_ARMED -eq 1 ]]; do
    echo -n "A" #indicate armed mode

    ALM_ZONE_TRIGGER=0  
    for (( i=$NUM_ZONES; i>0; i-- )); do  
      if [[ $ALM_ZONES_STAT[$i-1] -eq 1 ]]; then
        #zone has been triggered
        echo "[ALM] Zone $i TRIGGERED"
        E_VAR="ZONE_ENABLE_$i"
        E_VAL=`echo "$E_VAR"` #get zone enabled status loaded from alarm.cfg

        if [[ $E_VAL -eq 1 ]]; then
          #zone is enabled
          ALM_ZONE_TRIGGER=1 #set alarm triggered flag
          echo "[ALM] Zone $i ENABLED - alarm will be triggered"
          almUpdateConfigSetting "ZONE_STATUS_$i" "1" 

          ## YOU CAN INSERT CODE HERE TO TAKE CAMERA IMAGE IF YOU WANT##
          ## REFER BACK TO CHAPTER 6 ##

        fi
      fi
    done

    . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
    almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL

入口延迟

当报警区域被触发时，系统将首先检查是否触发的是进出口区。如果是，系统将在发出主报警声之前延迟，给你机会解除系统武装。此时只会响起入口蜂鸣器：

    if [[ $ALM_ZONE_TRIGGER -eq 1 ]]; then
      # alarm has been triggered    
      almSetAlarmLED 1
      echo "[ALM] A zone has been triggered"

      #####################################
      # ZONE 1 is the ENTRY zone - if that's triggered then delay
      if [[ $ALM_ZONES_STAT[0] -eq 1 ]]; then
        # perform entry delay ###########
        echo "[ALM] Alarm now in ENTRY state"
        setExitBuzzer 1 #switch on entry/exit buzzer

        COUNTER=$ALM_EXIT_DELAY  
        STAT_RET_VAL="0"
        while [[ $STAT_RET_VAL = "1" && $COUNTER -gt 0 ]]; do
          echo -n "E$COUNTER " #indicate entry mode
          sleep 1
          #read the control panel status file
          . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
          almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL    
          COUNTER-=1
        done
      fi
      #####################################

响起主报警

如果此时系统还没有解除武装，我们需要响起主铃。由于环境噪声限制，我们对铃声的持续时间有所限制；我们不希望报警响上几个小时，直到我们回家才停止，这样会烦扰邻居。此时，如果你希望收到发送到手机的警报邮件，可以参考第六章，向我们的安全系统添加摄像头，添加代码：

      #####################################
      # STAY in TRIGGERED mode until system has been disarmed
      if [[ $STAT_RET_VAL = "1" ]]; then
        #alarm has not been disabled
        almSetAlarmBell 1 #switch on alarm bell
        echo "[ALM] Alarm now in TRIGGERED state"

        ## YOU CAN INSERT CODE HERE TO SEND YOU AN EMAIL IF YOU WANT##
        ## REFER BACK TO CHAPTER 6 ##

        COUNTER=0
        STAT_RET_VAL="0"
        while [[ $STAT_RET_VAL = "1" ]]; do
          echo -n "T$COUNTER " #indicate triggered mode
          sleep 1
          #read the control panel status file
          . /etc/pi-alarm/alarm.cfg
          almGetArmedSwitchStatus #result is returned in STAT_RET_VAL    

          COUNTER+=1
          if [[ $COUNTER -gt $ALM_BELL_DURATION ]]; then
            almSetAlarmBell 0 #switch off alarm bell            
            echo "[ALM] Bell has been switched OFF"
          fi          
        done
      fi
      #####################################

解除武装并重置系统

当我们解除系统武装时，需要重置其状态并完成监控循环，这样我们就可以重新开始并等待重新武装：

      # alarm has been disarmed ##########
      echo "[ALM] Alarm has been DISARMED"
      ALM_SYS_ARMED=0
      almSetAlarmBell 0 #switch off alarm bell
      almSetExitBuzzer 0 #switch off exit buzzer
      almSetAlarmLED 0
      almSetArmedLED 0 #switch off armed LED

      #####################################
    fi

  done
  #############################################

done
#############################################

我们完成了（差不多）…

到这里了：树莓派上整个报警控制脚本的框架。如果你希望在脚本中实现其他功能，可能包括以下内容：

  • 当触发时，从某区域的摄像头发送照片或视频片段

  • 当触发报警时，发送包含状态详情的电子邮件提醒

  • 写入一个定期的日志文件，记录历史状态信息

  • 将额外的环境传感器添加到 B 端口

    提示

    每个脚本块都来自单个脚本文件alarm-control.sh，所以你应该能够将所有描述的部分组合到一个文件中，以便拥有一个完全功能的脚本。

一如既往，在运行脚本之前，我们需要赋予它执行权限：

$ sudo chmod 777 /etc/pi-alarm/alarm-control.sh

将脚本复制到树莓派后，我们应该能在/etc/pi-alarm文件夹中看到以下内容：

pi@raspberrypi ~ $ ls -1 /etc/pi-alarm
alarm.cfg
alarm-control.sh
update-alarm-setting.sh

自动启动系统

现在，显然我们不希望每次树莓派启动时都手动启动报警控制脚本，例如在停电后——首先，我们甚至可能不在现场。因此，我们需要设置操作系统，使其在启动时自动启动alarm-control.sh脚本。

为此，我们需要使用 Nano 编辑rc.local文件：

$ sudo nano /etc/rc.local

在包含exit 0的行之前，插入以下一行：

sudo /etc/pi-alarm/alarm-control.sh &

注意

行末的&符号很重要，因为它会使脚本在一个不同的进程中运行，否则rc.local脚本将永远无法退出。

你的rc.local文件现在应该像这样：

#!/bin/sh -e
#
# rc.local
#
# This script is executed at the end of each multiuser runlevel.
# Make sure that the script will "exit 0" on success or any other
# value on error.
#
# In order to enable or disable this script just change the execution
# bits.
#
# By default this script does nothing.

# Print the IP address
_IP=$(hostname -I) || true
if [ "$_IP" ]; then
  printf "My IP address is %s\n" "$_IP"
fi

sudo /etc/pi-alarm/alarm-control.sh &
exit 0

操作系统在系统启动后运行rc.local脚本，因此你可以将任何想要在此时自动发生的操作放入该脚本。

保持 SD 卡的完整性

我想分享的最后一个话题是如何保护树莓派的 SD 卡。SD 卡有有限的写入周期，持续写入会最终损坏它。如果我们要频繁写入日志文件并拍摄大量图像，我们就需要保护 SD 卡，以保持系统的完整性和可靠性；使用系统 RAM 来代替可以帮助我们实现这一点。

创建一个基于 RAM 的文件系统

树莓派拥有大量的快速系统 RAM（最新型号有 1Gb），它不容易受到写入烧毁问题的影响。因此，我将向你展示如何分配一部分内存，用来创建一个临时磁盘，这样我们可以将不需要保存在 SD 卡上的文件写入其中。此类文件包括那些相当大的摄像头图像文件，它们会被通过电子邮件发送出去——因此不需要永久存储。你还应该考虑那些定期写入的日志文件，这些日志文件会定期从系统中传送出去。

注意

请记住，这是一个基于 RAM 的文件系统，所以当树莓派关闭或重启时，内容会丢失。因此，不要将任何需要在重启后保留的数据存储在这里。

让我们创建一个名为 setup-ramfs.sh 的 Bash 脚本文件，并将其复制到我们的 /etc/pi-alarm 文件夹中：

#!/bin/bash
#/etc/pi-alarm/setup-ramfs.sh

RAM_DISK="/ramfs"
RAM_DISK_SIZE=64M

# Create RAM Disk ##########################
if [ ! -z "$RAM_DISK" ]; then
  echo "[INIT] Creating RAM Disk... $RAM_DISK"
  mkdir -p $RAM_DISK
  chmod 777 $RAM_DISK
  mount -t tmpfs -o size=$RAM_DISK_SIZE tmpts $RAM_DISK/
  echo "[INIT] RAM Disk created at $RAM_DISK"  
fi
############################################

setup-ramfs.sh RAM 磁盘创建脚本

运行前面的脚本将会在 /ramfs 创建一个 RAM 磁盘文件夹——你可以像对待任何其他文件夹一样对待它；唯一不同的是，它存在于系统内存中，而不是 SD 卡上：

$ cd /ramfs
$ ls

你可以通过在 alarm-control.sh 脚本中包含以下行，在初始化过程中调用此脚本：

. /etc/pi-alarm/setup-ramfs.sh

结论

树莓派是一款强大的小型计算机，是构建低成本但高度可用的嵌入式系统的理想平台。其 GPIO 接口的设计使得通过简单的低成本电子元件和一些配置，就能轻松地将模块与之连接，从而构建出功能强大且灵活的系统。专用的相机接口和网络接口的加入，提供了构建互联网连接家庭安全系统所需的所有功能。

本书中我涉及了很多话题，虽然我本可以继续深入，但我希望我所呈现的内容是有条理且方法论的，并且能为你提供继续这段旅程的工具和技巧，使你能够根据自己的需求打造完美的家庭安全系统。

构建系统的技巧

作为一个需要日常处理多种技术和学科的系统工程师，我只想给你留下以下几点思考，供你在选择基于我们在本书中所构建的系统进行扩展时参考，当然，我希望你会选择这样做：

  • 首先创建你提议系统的高层次图——有点像我在本章早些时候展示的那种图。

  • 以模块化的方式定义所有内容，这样你可以将系统分成小块进行构建和测试，这使得尽早发现问题变得更容易。

  • 使用更小模块来构建系统，使得重新使用和替换电路和代码变得更加容易，而且不要害怕混合和搭配不同的技术，使用最适合单个模块的技术。

  • 不要试图重新发明轮子——使用已有的经过验证的代码和电路资源。这可以让你更快速地让系统工作，并最小化你与难题作斗争的次数。我称之为“借力”。

总结

好的，我们已经走到了使用强大的树莓派迷你计算机构建一个功能完备且可扩展的家庭安全系统的旅程的终点。在本章的最后，我们将前几章的所有元素和概念结合起来，从硬件和软件角度共同构建了一个家庭安全框架。

具体来说，本章指导我们构建了一个模块化的家庭安全系统框架，实施了任何商业化系统中都会有的功能，还有一些市面上看不到的功能。我们详细分析了完整的控制脚本，探索了其各个部分，并理解它们如何融入我们的系统中。

我们还学习了如何在树莓派启动时自动启动我们的家庭安全系统脚本，以及数据是如何通过配置文件在树莓派和基于网页的控制面板之间实时共享的。最后，我们探讨了如何通过创建一个非常实用的基于 RAM 的临时文件系统来防止 SD 卡烧毁。

本文标签： 家庭指南系统树莓派

版权声明：本文标题：树莓派家庭安全系统构建指南（二） 内容由热心网友自发贡献，该文观点仅代表作者本人， 转载请联系作者并注明出处：https://it.en369.cn/jiaocheng/1754092504a2642599.html， 本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容，一经查实，本站将立刻删除。