准备

设计 & 踩过的坑

  • 设计：使用三极管做开关，通过控制GPIO输出高/低电平实现电路的通/断，进而实现自动化控制风扇。（同理可用这种方式控制很多其他的元件）

  • 坑：不要直接使用GPIO控制风扇或继电器的方式实现自动化控制：
    这样的想法很好，然而由于树莓派GPIO引脚电流过小，是不足以使风扇运转或使继电器持久闭合/断开。

需要的材料

  • 树莓派
  • 三极管（型号 S8050 某宝上很容易买到）
  • 杜邦线
  • 风扇

电路设计

使用三极管做开关，电路连接如下图：

程序设计

使用Python导入RPi.GPIO的包，直接调用包的方法控制GPIO引脚输出电平的高低。

在”/home/pi”目录下新建文本 GPIO.py 并写入以下Python程序：

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# -*- coding: utf-8 -*-

# 树莓派 根据温度自动启动或停用风扇
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import logging
 
# 获取logger对象,取名mylog
logger = logging.getLogger("mylog")
# 输出DEBUG及以上级别的信息，针对所有输出的第一层过滤
logger.setLevel(level=logging.DEBUG)
 
# 获取文件日志句柄并设置日志级别，第二层过滤
handler = logging.FileHandler("/home/pi/TempGPIOController.log")
handler.setLevel(logging.INFO)  
 
# 生成并设置文件日志格式，其中name为上面设置的mylog
formatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')
handler.setFormatter(formatter)
 
# 获取流句柄并设置日志级别，第二层过滤
console = logging.StreamHandler()
console.setLevel(logging.WARNING)
 
# 为logger对象添加句柄
logger.addHandler(handler)
logger.addHandler(console)
FAN=23 #BCM引脚编号

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(FAN,GPIO.OUT)

# 设置风扇
def set_fan(value):
    logger.info('设置风扇(BCM23)电平状态：'+str(value))
    GPIO.output(FAN,value)
    pass

while True:
    file = open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp")
    # 读取结果，并转换为浮点数
    temp = float(file.read()) / 1000
    # 关闭文件
    file.close()
    logger.info('温度: '+str(temp))
    if temp>=57: #CPU温度大于57°则开发风扇
        set_fan(1) #高电平，为开启风扇
    elif temp<=41: #CPU温度小于41°则关闭风扇
        set_fan(0) #低电平，为关闭风扇
    time.sleep(60) #每隔一分钟检查一次

设置程序开机自启动：

在”/etc/systemd/system”目录下新建文本 TempGPIOController.service 并写入以下自启动配置内容：
（使用vi命令即可完成编写，如不熟悉vi请查询学习，这里不详细说）

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[Unit]
Description=TempGPIOController
After=multi-user.target

[Service]
TimeoutStartSec=30
Restart=always
RestartSec=30
ExecStart=/usr/bin/python3 /home/pi/GPIO.py
ExecStop=/bin/kill $MAINPID

[Install]
WantedBy=multi-user.target

执行以下命令即可设置该程序自启动：

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sudo systemctl enable TempGPIOController

测试程序是否正常：

执行以下命令即可运行此前写好的Python程序

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sudo systemctl start TempGPIOController

然后查看运行状态：

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sudo systemctl status TempGPIOController

若输出以下内容则运行正常：Active: active (running)

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pi@raspberrypi:/etc/systemd/system $ sudo systemctl status TempGPIOController
● TempGPIOController.service - TempGPIOController
   Loaded: loaded (/etc/systemd/system/TempGPIOController.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since Mon 2021-08-09 09:29:31 CST; 37s ago
 Main PID: 3249 (python3)
    Tasks: 1 (limit: 4915)
   CGroup: /system.slice/TempGPIOController.service
           └─3249 /usr/bin/python3 /home/pi/GPIO.py

8月 09 09:30:41 raspberrypi systemd[1]: Started TempGPIOController.

过两分钟可以查看程序输出的日志，发现温度状况及风扇运转状况与我们预想想的一致：

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pi@raspberrypi:/etc/systemd/system $ tail -10 /home/pi/TempGPIOController.log 
2021-08-09 09:29:31,610 - mylog - INFO - 温度: 56.965
2021-08-09 09:30:31,655 - mylog - INFO - 温度: 57.939
2021-08-09 09:30:31,655 - mylog - INFO - 设置风扇(BCM23)电平状态：1
2021-08-09 09:31:31,716 - mylog - INFO - 温度: 46.738

重启树莓派测试是否程序正常自启动

重启树莓派后查看运行状态：

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sudo systemctl status TempGPIOController

若输出以下内容则运行正常：Active: active (running)

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pi@raspberrypi:/etc/systemd/system $ sudo systemctl status TempGPIOController
● TempGPIOController.service - TempGPIOController
   Loaded: loaded (/etc/systemd/system/TempGPIOController.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since Mon 2021-08-09 09:38:31 CST; 59s ago
 Main PID: 3211 (python3)
    Tasks: 1 (limit: 4915)
   CGroup: /system.slice/TempGPIOController.service
           3211 /usr/bin/python3 /home/pi/GPIO.py

8月 09 09:40:23 raspberrypi systemd[1]: Started TempGPIOController.

查看日志，确认已输出在最近几分钟的日志：

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pi@raspberrypi:/etc/systemd/system $ tail -2 /home/pi/TempGPIOController.log 
2021-08-09 09:38:32,101 - mylog - INFO - 温度: 44.79
2021-08-09 09:39:32,162 - mylog - INFO - 温度: 43.329

查看风扇运行状态，发现与日志所记载的一致。

成品图

树莓派（请忽略图上的红外灯管和摄像头，它们是模拟遥控器自动化控制空调用的，与本章的温控风扇无关）

程序日志：

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2021-08-09 09:28:31,602 - mylog - INFO - 温度: 56.478
2021-08-09 09:29:31,610 - mylog - INFO - 温度: 56.965
2021-08-09 09:30:31,655 - mylog - INFO - 温度: 57.939
2021-08-09 09:30:31,655 - mylog - INFO - 设置风扇(BCM23)电平状态：1
2021-08-09 09:31:31,716 - mylog - INFO - 温度: 46.738
2021-08-09 09:32:31,778 - mylog - INFO - 温度: 42.842
2021-08-09 09:33:31,839 - mylog - INFO - 温度: 41.381
2021-08-09 09:34:31,900 - mylog - INFO - 温度: 40.407
2021-08-09 09:34:31,901 - mylog - INFO - 设置风扇(BCM23)电平状态：0
2021-08-09 09:35:31,958 - mylog - INFO - 温度: 45.764
2021-08-09 09:36:32,019 - mylog - INFO - 温度: 47.712
2021-08-09 09:37:32,081 - mylog - INFO - 温度: 49.66
2021-08-09 09:38:32,142 - mylog - INFO - 温度: 52.582
2021-08-09 09:39:32,203 - mylog - INFO - 温度: 52.095
2021-08-09 09:40:32,264 - mylog - INFO - 温度: 53.069
2021-08-09 09:41:32,326 - mylog - INFO - 温度: 54.043
2021-08-09 09:42:32,387 - mylog - INFO - 温度: 55.017
2021-08-09 09:43:32,448 - mylog - INFO - 温度: 54.043
2021-08-09 09:44:32,509 - mylog - INFO - 温度: 55.017
2021-08-09 09:45:32,571 - mylog - INFO - 温度: 55.504
2021-08-09 09:46:32,610 - mylog - INFO - 温度: 54.53
2021-08-09 09:47:32,672 - mylog - INFO - 温度: 55.504
2021-08-09 09:48:32,733 - mylog - INFO - 温度: 55.991
2021-08-09 09:49:32,794 - mylog - INFO - 温度: 55.991
2021-08-09 09:50:32,855 - mylog - INFO - 温度: 56.478
2021-08-09 09:51:32,917 - mylog - INFO - 温度: 56.965
2021-08-09 09:52:32,978 - mylog - INFO - 温度: 57.452
2021-08-09 09:52:32,978 - mylog - INFO - 设置风扇(BCM23)电平状态：1
2021-08-09 09:53:33,039 - mylog - INFO - 温度: 48.686
2021-08-09 09:54:33,101 - mylog - INFO - 温度: 44.79
2021-08-09 09:55:33,162 - mylog - INFO - 温度: 43.329

结语

如读者踩到了其他的坑可联系笔者共同探讨：
邮箱：flashvayne@gmail.com
如果读者担心三极管型号对不上而踩坑，笔者目前还剩下几十个三极管，免费送，你付邮费就可。