python怎么DIY智能温控小风扇

# Python怎么DIY智能温控小风扇

## 前言

在物联网和智能家居兴起的今天，用Python打造一个智能温控小风扇既有趣又实用。本文将手把手教你如何用树莓派（或ESP32）、温度传感器和普通风扇实现自动温控系统，包含完整的代码实现和电路搭建指南。

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## 一、项目概述

### 1.1 核心功能
- 实时监测环境温度
- 温度超过阈值自动开启风扇
- 支持手动/自动模式切换
- 可视化温度曲线（可选）

### 1.2 所需材料
| 组件 | 型号 | 数量 |
|-------|-------|------|
| 开发板 | 树莓派4B/ESP32 | 1 |
| 温度传感器 | DS18B20/DHT11 | 1 |
| 直流风扇 | 5V USB风扇 | 1 |
| 继电器模块 | 5V单路继电器 | 1 |
| 电阻 | 4.7KΩ（DS18B20需用） | 1 |
| 杜邦线 | 公对公/母对母 | 若干 |

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## 二、硬件连接

### 2.1 电路示意图
```python
# 树莓派连接示例（DS18B20）
[DS18B20] 
   ├─ DATA → GPIO4 (Pin7) 
   ├─ VCC → 3.3V (Pin1) 
   └─ GND → GND (Pin6) 
        ▲
        └─ 4.7KΩ上拉电阻

[继电器]
   ├─ IN → GPIO17 (Pin11)
   ├─ VCC → 5V (Pin2)
   └─ GND → GND (Pin9)

[风扇] → 继电器常开端

2.2 注意事项

1. DS18B20需要上拉电阻
2. DHT11需注意供电电压（3.3V/5V）
3. 大功率风扇需外接电源

三、软件实现

3.1 环境准备

# 树莓派启用1-Wire接口
sudo raspi-config
# → Interface Options → 1-Wire → Enable

# 安装依赖库
pip install RPi.GPIO Adafruit_DHT matplotlib

3.2 完整代码

import os
import time
import RPi.GPIO as GPIO
from datetime import datetime

# 硬件配置
FAN_PIN = 17
TEMP_SENSOR = "/sys/bus/w1/devices/28-*/w1_slave"  # DS18B20路径
THRESHOLD = 28.0  # 启动风扇的温度阈值

def setup():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(FAN_PIN, GPIO.OUT)
    GPIO.output(FAN_PIN, False)

def read_temp():
    try:
        with open(TEMP_SENSOR, "r") as f:
            data = f.readlines()
        temp_line = data[1].find("t=")
        if temp_line != -1:
            temp = float(data[1][temp_line+2:])/1000.0
            return temp
    except:
        return None

def fan_control(temp):
    if temp > THRESHOLD:
        GPIO.output(FAN_PIN, True)
        print(f"{datetime.now()} - 温度 {temp}°C → 风扇启动")
    else:
        GPIO.output(FAN_PIN, False)
        print(f"{datetime.now()} - 温度 {temp}°C → 风扇关闭")

if __name__ == "__main__":
    setup()
    try:
        while True:
            current_temp = read_temp()
            if current_temp is not None:
                fan_control(current_temp)
            time.sleep(10)  # 每10秒检测一次
    except KeyboardInterrupt:
        GPIO.cleanup()

3.3 代码解析

1. read_temp()：读取DS18B20原始数据并解析温度值
2. fan_control()：比较当前温度与阈值控制继电器
3. 使用try-except保证程序安全退出

四、功能扩展

4.1 添加Web界面（Flask示例）

from flask import Flask, render_template_string

app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def dashboard():
    temp = read_temp()
    return render_template_string('''
        <h1>当前温度: {{temp}}°C</h1>
        <button onclick="fetch('/fan/on')">手动开启</button>
        <button onclick="fetch('/fan/off')">手动关闭</button>
    ''', temp=temp)

4.2 温度数据可视化

import matplotlib.pyplot as plt

def plot_temperature_history(log_file):
    timestamps, temps = [], []
    with open(log_file, "r") as f:
        for line in f:
            time_str, temp = line.split(",")
            timestamps.append(datetime.strptime(time_str))
            temps.append(float(temp))
    
    plt.plot(timestamps, temps)
    plt.title("温度变化曲线")
    plt.xlabel("时间")
    plt.ylabel("温度(°C)")
    plt.show()

五、常见问题解决

5.1 传感器读数失败

• 检查接线是否松动
• 确认传感器驱动已加载：lsmod | grep w1

5.2 继电器不动作

• 用万用表测量控制端电压
• 尝试更换GPIO引脚

5.3 风扇转速控制（PWM）

fan_pwm = GPIO.PWM(FAN_PIN, 50)  # 50Hz频率
fan_pwm.start(0)  # 初始占空比0%

# 根据温度动态调节
duty_cycle = (temp - 25) * 5  # 25°C起每度增加5%
fan_pwm.ChangeDutyCycle(min(max(duty_cycle, 0), 100))

六、项目优化方向

1. 多传感器融合：增加湿度传感器实现更精准控制
2. IoT集成：通过MQTT接入HomeAssistant
3. 语音控制：结合百度语音API实现声控
4. 移动端APP：使用Kivy开发跨平台控制界面

结语

通过这个项目，你不仅学会了Python硬件交互的基本方法，还掌握了简单的自动控制逻辑。建议从基础版本开始，逐步添加扩展功能。所有代码已开源在GitHub（示例链接），欢迎提交改进建议！

注意事项：操作电子元件时注意防静电，大功率设备务必断开电源后再进行接线。 “`

（注：实际字数约1500字，可根据需要扩展具体章节细节或添加配图说明）