自制树莓派4B自动温控+IP显示系统并配置Siot、jupyter服务

近日入手一块树莓派4B（4G版），打算用来做Siot服务器及jupyter写python程序，感觉如果一直开着风扇的话，会多少有点噪音而且浪费资源。不开风扇又怕太热，毕竟4B比3B+的发热量要大。随手拿来一些电子元件及PCB板，做一个自动温控系统给4B散热，用４Ｂ作为服务器，并增加开关机按键。（成品如图）
功能：
1.开机显示树莓派的IP地址，使得无显示器也可以轻松实现远程连接、使用SIOT、JUPYTER服务。
2.可以实时显示系统运行情况，显示时间、CPU使用率、CPU温度、风扇运行情况、内存使用情况、硬盘使用情况等。
3.还可以使用一个按钮实现重启、关机、取消操作功能，使得关闭树莓派不用直接断电，保护系统安全。
4.OLED屏幕具有无操作一定时间后自动熄屏，并可使用按钮唤醒，省电，还可以避免光污染，非常实用。

一、材料
    1. 128*64 IIC接口OLED显示屏*1
    2. 7*5cm双面喷锡洞洞板*1
    3. 红色LED灯*1
    4. S8050三极管*2
    5. 微动开关*2
    6. 排针（2.54mm）红、绿、黑各一排
    7. 弯排针一排
    8. 加长2*20P直插排针母座*1（这里我用了4 个1*10的代替）
    9. 2*20P直插排针母座*1
    10. 5*6六角塑料柱*2
    11. 0.5mm、0.3mm漆包线若干
    12. 电烙铁等焊接工具

二、电路图
[size=10.5000pt]
[size=10.5000pt]
三、按电路图焊接到双面PBC板上
[size=10.5000pt]

[size=10.5000pt]
四、python编写自动温控系统程序（自制扩展板）
用python3输入以下内容并命名为Oled12864.py

#!/usr/bin/env python3
#OLED12864IP.py showTheTime.py
# 程序功能：开机显示树莓派的IP地址，使得无显示器也可以轻松实现远程连接，
# 同时可以实时显示系统运行情况，显示时间、CPU使用率、CPU温度、风扇运行
# 情况、内存使用情况、硬盘使用情况等，非常实用。

from luma.core.interface.serial import i2c, spi
from luma.oled.device import ssd1306, ssd1325, ssd1331, sh1106
from luma.core.render import canvas
from PIL import ImageDraw, Image,ImageFont

import time
import datetime as datetime
import socket
import fcntl
import struct
import os,sys
import RPi.GPIO as GPIO
import signal

# OLED显示带有树莓派logo的地址
logo = Image.open('/home/pi/images/pi.png')
GPIO.setmode(GPIO.BCM)# 使用BCM引脚编码

#定义 GPIO pin
pin_power_btn = 27# 开关按钮接BCM（下同）27引脚
pin_led = 25# LED接25引脚
pin_oled_btn = 26# 唤醒OLED屏按钮接26引脚
pin_fan_1 = 24# 风扇1接24引脚
pin_fan_2 = 23# 风扇2接23引脚

my_oled_show=1# OLED状态
my_oled_show_count=0
fan_1_run = "0"# 风扇1状态
fan_2_run = "0"# 风扇1状态

GPIO.setup(pin_power_btn,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(pin_led,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(pin_oled_btn,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(pin_fan_1,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)
GPIO.setup(pin_fan_2,GPIO.OUT,initial=GPIO.LOW)

press_time = 0#按钮计数
count_down = 10# 倒计时10秒
led_on = 1

#clean the GPIO sources
def cleanup():
    GPIO.cleanup()

def handleSIGTERM(signum,frame):
    sys.exit()#raise an exception of type SystemExit
#定义按钮功能
def onPress(channel):
    global press_time,count_down
    press_time += 1
    if press_time > 3:
        press_time = 1
    if press_time == 2:
        GPIO.output(pin_led,1)
#
    elif press_time == 3:
        GPIO.output(pin_led,0)
        count_down = 10


# 获取CPU温度
def getCPUtemperature():
    res = os.popen('vcgencmd measure_temp').readline()
    return(res.replace("temp=","").replace("'C\n",""))

# 获取内存信息
def getRAMinfo():
    p = os.popen('free')
    i = 0
    while 1:
        i = i + 1
        line = p.readline()
        if i==2:
            return(line.split()[1:4])

# 获取CPU使用率
def getCPUuse():
    return(str(os.popen("sudo top -n1 | grep load | awk '/Cpu\(s\):/ {print $2}'").readline().strip()))

# 获取SD卡使用率
def getDiskSpace():
    p = os.popen("df -h /")
    i = 0
    while 1:
        i = i +1
        line = p.readline()
        if i==2:
            return(line.split()[1:5])
#显示时间
def Show(d,fullDt):

    y =  fullDt.strftime('%Y')
    dt = fullDt.strftime('%m-%d')
    tm = fullDt.strftime('%H:%M:%S')

# 获取系统IP地址
def getIP(ifname):
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    return socket.inet_ntoa(fcntl.ioctl(
        s.fileno(),
        0x8915,  # SIOCGIFADDR
        struct.pack('256s', ifname[:15].encode('utf-8'))
    )[20:24])
# OLED显示函数
def stats(oled,fullDt):
    global my_oled_show,my_oled_show_count,fan_1_run,fan_2_run
    y =  fullDt.strftime('%Y')
    dt = fullDt.strftime('%m-%d')
    tm = fullDt.strftime('%H:%M:%S')

    # CPU 信息
    CPU_temp = getCPUtemperature()
    CPU_usage = getCPUuse()
    #CPU 风扇运行情况
    if float(CPU_temp) >= 49.0:
        GPIO.output(pin_fan_1,1)
        fan_1_run = "1"
    if float(CPU_temp) <=45.0:
        GPIO.output(pin_fan_1,0)
        fan_1_run = "0"
    if float(CPU_temp) >= 52.0:
        GPIO.output(pin_fan_2,1)
        fan_2_run = "1"
    if float(CPU_temp) <=45.0:
        GPIO.output(pin_fan_2,0)
        fan_2_run = "0"
    # 内存使用情况
    RAM_stats = getRAMinfo()
    RAM_total = round(int(RAM_stats[0]) / 1000,1)
    RAM_used = round(int(RAM_stats[1]) / 1000,1)
    RAM_free = round(int(RAM_stats[2]) / 1000,1)

    # SD卡使用情况
    DISK_stats = getDiskSpace()
    DISK_total = DISK_stats[0]
    DISK_used = DISK_stats[1]
    DISK_perc = DISK_stats[3]

    font = ImageFont.load_default()
    font2 = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 12)
    with canvas(oled) as draw:
        if my_oled_show == 1:
            #可选择显示有线网络或者无线网络IP
            draw.text((0, 0), "IP: " + getIP("wlan0"), font=font2, fill=255)
            #draw.text((0, 0), "IP: " + getIP("eth0"), font=font2, fill=255)
            draw.text((0, 13), y+"-"+dt+" "+tm, font=font2, fill=255)
            draw.bitmap((98, 28), logo, fill=1)
            
            draw.text((0, 26), "CPU:"+CPU_temp+"`C"+"  "+fan_1_run + fan_2_run, font=font2, fill=255)
            draw.text((0, 39), "R:"+ str(RAM_used) +" / "+str(RAM_total ), font=font2, fill=255)
            draw.text((0, 52), "D:"+ str(DISK_used) +" / "+str(DISK_total), font=font2, fill=255)
        else:
            draw.text((0, 0), "..." , font=font2, fill=255)
# OLED显示唤醒按钮函数
def oled_onPress(channel):
    global my_oled_show,my_oled_show_count
    my_oled_show = 1
    my_oled_show_count = 0
# 主函数
def main():
    my_gettime_count = 0
    global press_time,count_down,led_on
    global my_oled_show,my_oled_show_count
    nowDt = datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(hours=0)

    GPIO.add_event_detect(pin_power_btn, GPIO.FALLING, callback = onPress,bouncetime = 500)
    GPIO.add_event_detect(pin_oled_btn, GPIO.FALLING,callback = oled_onPress,bouncetime=500)

    while True:
        stats(oled,nowDt)
        if my_gettime_count < 3600:
            nowDt = nowDt + datetime.timedelta(seconds=1)
            my_gettime_count += 1
        else:
            nowDt = datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(hours=0)
            my_gettime_count = 0
        if my_oled_show == 1:
            if my_oled_show_count <100:
                my_oled_show_count += 1
            else:
                my_oled_show = 0
                my_oled_show_count = 0
        else:
            my_oled_show_count = 0

        if press_time == 1:
            if count_down == 0:
                os.system("sudo reboot")
                sys.exit()
            led_on = not led_on
            GPIO.output(pin_led,led_on)
        if press_time == 2 and count_down == 0:
            os.system("sudo halt")
            sys.exit()
        if press_time == 1 or press_time == 2:
            count_down -= 1
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    try:
        serial = i2c(port=1,address=0x3C)
        oled = ssd1306(serial)
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        cleanup()
复制代码

将以上文件上传到/home/pi目录下，并新建一个image文件夹，放上Python文件中的图片。


开启i2c功能
安装Luma.oled库终端输入下面命令。




[size=10.5000pt]
改变权限

设置自动启动服务

加入以下两行

[size=10.5000pt]
五、安装jupyter

漫长的等待…………

安装成功。
[size=10.5000pt]
输入jupyter --version查看版本信息，显示ipython、jupyter lab、ipywidgets未安装，但是查询IPython版本却说已存在。
输入sudo pip3 install --upgrade IPython升级

输入sudo pip3 install jupyterlab安装jupyterlab

安装完成后，再次检查jupyter的版本，成功！



配置Jupyter

通过Ctrl+w快速定位c.NotebookApp.ip = ‘0.0.0.0’
c.NotebookApp.open_browser = False
c.NotebookApp.port = 8888
c.NotebookApp.notebook_dir = ‘/home/pi’

修改jupyter Notebook 密码

启动jupyter notebook

配置自动服务自动启动。
（1）编辑服务文件
pi@raspberrypi:~ $ sudo nano /etc/init.d/JupyterNB

#!/bin/sh
#/etc/init.d/JyputerNB
### BEGIN INIT INFO
# Provides:JyputerNB
# Required-Start:$remote_fs $syslog
# Required-Stop:$remote_fs $syslog
# Default-Start:2 3 4 5
# Default-Stop:0 1 6
# Short-Description: JyputerNB
# Description: This service is used to start my applaction
### END INIT INFO
case "$1" in
    start)
    echo "start your app here."
    su pi -c "jupyter notebook"
    ;;
    stop)
    echo "stop your app here."
    ;;
    *)
    echo "Usage:service JyputerNotebook start|stop"
    exit 1
    ;;
esac
exit 0
复制代码

（2）修改服务文件的权限
pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod 777 /etc/init.d/JupyterNB
（3）设置服务启动
pi@raspberrypi:~ $ sudo update-rc.d JupyterNB defaults
（4）重启测试
pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot


安装启动成功


六、安装SIoT并配置服务自启
SIoT为一个为教育定制的跨平台的MQTT服务器程序，S指科学（Science）、简单（simple）的意思。SIoT支持Win10、Win7、Mac、Linux等操作系统，一键启动，无需注册即可使用。

SIoT为“虚谷物联”项目的核心软件，是为了帮助中小学生理解物联网原理，并且能够基于物联网技术开发各种创意应用，尤其是用于科学数据采集。

SIoT最新版本为1.2,仅有1.1版本支持在树莓派上使用，其下载地址为：

https://github.com/liliang9693/mindplus-docs/tree/master/SIOT

1.在电脑中下载到1.1版本的SIoT之后，打开发现压缩包中siot文件夹的名字为“SIoT raspberryPi”，中间有空格，为了不必要的麻烦，建议将压缩包里面的文件夹的名字改为SIoT，压缩包也改名为SIoT。

2.然后将SIoT压缩包通过ftp上传到树莓派的/Home/pi/中 ，打开命令窗口，运行以下命令进行安装。

#1.利用unzip解压zip文件，将SIoT.zip直接解压到/home/pi/中，
unzip SIoT.zip

#2.先修改SIoT目录的权限，不然进去之后不能运行。
sudo chmod -R 777 SIoT

#3.转到SIoT1的目录中
cd SIoT

#4.运行siot服务
sudo ./SIoT_Raspbian




到此，siot已完成，访问  树莓派地址:8080 即可登陆siot，帐号：siot 密码：dfrobot

3.最后，配置一下开机启动：
配置自动服务自动启动。

（1）编辑服务文件

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano /etc/init.d/SIoT

#!/bin/sh
#/etc/init.d/SIoT
### BEGIN INIT INFO
# Provides:SIoT
# Required-Start:$remote_fs $syslog
# Required-Stop:$remote_fs $syslog
# Default-Start:2 3 4 5
# Default-Stop:0 1 6
# Short-Description: SIoT
# Description: This service is used to start my applaction
### END INIT INFO
case "$1" in
start)
echo "start your app here."
su pi -c "exec /home/pi/SIoT/SIoT_Raspbian"
;;
stop)
echo "stop your app here."
;;
*)
echo "Usage: service SIoT start|stop"
exit 1
;;
esac 
exit 0
复制代码

（2）修改服务文件的权限

pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod 777 /etc/init.d/SIoT

（3）设置服务启动

pi@raspberrypi:~ $ sudo update-rc.d SIoT defaults

（4）重启测试

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot



至此，树莓派４Ｂ温控+IP显示系统及服务器就制作完毕。