Pocketbeagle board - Como fazê-la falar as informações do clima

Por

09/08/2018

ÍNDICE DE CONTEÚDO

Material necessário
Circuito esquemático
Pocketbeagle board - Preparação
Código-fonte do projeto
Projeto em ação!
Saiba mais

A Pocketbeagle Board é, no momento da escrita deste artigo, a placa mais nova da linha das placas Beaglebone. Dentre seus atrativos, destacam-se o diminuto tamanho físico e o uso de um SiP da Octavo muito similar ao das famosas BeagleBone Black. Partindo do princípio que esta é uma placa compacta e com considerável poder computacional, este artigo mostrará um projeto muito interessante com ela: uma central de informações de clima, que não somente exibe as informações, mas sim as fala!

Material necessário

Para reproduzir este projeto, será necessário:

Uma placa Pocketbeagle Board operacional (com sistema operacional instalado no cartão SD), com barras de pinos soldadas;
Um display OLED 0.96" I²C (da cor que desejar);
Uma placa de som USB;
Um cabo adaptador micro-USB;
Uma placa breakout USB;
Jumpers macho-fêmea.

Circuito esquemático

O circuito esquemático do projeto pode ser visto na figura 1.

Observações:

A placa de som USB deve ser ligada no cabo adaptador micro-USB e este, por sua vez, ligado à placa breakout USB;
Pode-se ligar ou caixas de som de computadores convencionais ou fones de ouvido à saída de som da placa de som USB. Fica à sua escolha.

Pocketbeagle board - Preparação

Antes de prosseguir com o projeto em si, deve-se realizar uma preparação na Pocketbeagle board (ou seja, bibliotecas devem ser instalas e configurações devem ser feitas).

Conectividade à Internet

Para garantir conectividade à Internet com a Pocketbeagle board, siga as instruções deste artigo.

Seleção da placa de som USB

Na distribuição Debian da Pocketbeagle board, por default, a placa de som USB não é automaticamente selecionada como placa de som principal. Desta forma, é necessário que a configuração para que esta seja a placa principal de som seja feita. Para isso, o primeiro passo é verificar se a placa de som foi ao menos reconhecida como dispositivo USB. Para isso, utilize o comando abaixo:

lsusb

lsusb

Ele irá produzir uma saída conforme mostrado na figura 2. Nesta figura, nota-se que a placa de som foi reconhecida (C-Media Electronics, Inc. CM108 Audio Controller), logo ela pode ser utilizada pelo sistema operacional.

Figura 2 - Detecção da placa de som USB como dispositivo USB válido.

Uma vez com a certeza de que a placa de som foi reconhecida, pode-se avançar para a configuração desta como placa principal. Para isso, deve-se criar o arquivo .asoundrc no diretório /home/debian. Trata-se do arquivo de configuração a ser lido pelo ALSA. Para fazer isso, execute os comandos abaixo:

cd /home/debian
nano .asoundrc

1 2	cd /home/debian nano .asoundrc

No editor de texto nano, cole o código abaixo (verifique o id de sua placa de som com o comando aplay -l):

pcm.!default
{
  type plug
  slave
  {
    pcm "hw:1,0" # hw:1:0 
  }
}
ctl.!default
{
  type hw
  card 1 # change card number if necessary
}

pcm.!default

{

type plug

slave

{

pcm "hw:1,0" # hw:1:0

}

ctl.!default

{

type hw

card 1 # change card number if necessary

}

Salve e saia do editor nano (aperte Ctrl+X e depois Ctrl+Y). Pronto, agora sua placa de som USB está configurada como placa de som principal do sistema.

Instalação de bibliotecas

Para o projeto, serão necessárias as bibliotecas para utilizar o display OLED, text-to-speech (gTTS), player de áudio mpg123 e a biblioteca para fazer requisições HTTP. Todas estas são bibliotecas Python. Execute os comandos abaixo para realizar as instalações:

Biblioteca para display OLED:

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential python-dev python-pip
sudo pip install Adafruit_BBIO
sudo apt-get install python-imaging python-smbus
sudo apt-get install git
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git
cd Adafruit_Python_SSD1306
sudo python setup.py install

sudo apt-get update

sudo apt-get install build-essential python-dev python-pip

sudo pip install Adafruit_BBIO

sudo apt-get install python-imaging python-smbus

sudo apt-get install git

git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_SSD1306.git

cd Adafruit_Python_SSD1306

sudo python setup.py install

Biblioteca text-to-speech e player de áudio mpg123:
Shell
sudo pip install gTTS sudo apt-get install mpg321
1
2
sudo pip install gTTS
sudo apt-get install mpg321
Biblioteca para requisições HTTP:

sudo pip install requests

1	sudo pip install requests

Obtenção de acesso à API OpenWeather e download de fontes TTF para o Display

Para obter acesso à API OpenWeather e ter orientações do download de fontes TTF para o display, faça a leitura deste artigo.

Código-fonte do projeto

Finalmente, é chegada a hora do código-fonte do projeto. Primeiramente, é preciso criar um script para fazer o text-to-speech somente (servirá como um "módulo" do projeto). Para isso, crie um script Python com o nome text_to_speech.py (com o comando nano text_to_speech.py) e cole o código abaixo.

from gtts import gTTS
import os

def TextToSpeech_ptbr(texto):
   AudioDoTexto = gTTS(text=texto, lang='pt')
   AudioDoTexto.save("/tmp/audio.mp3")
   os.system("mpg321 /tmp/audio.mp3")
   return

from gtts import gTTS

import os

def TextToSpeech_ptbr(texto):

AudioDoTexto = gTTS(text=texto, lang='pt')

AudioDoTexto.save("/tmp/audio.mp3")

os.system("mpg321 /tmp/audio.mp3")

return

Feito isso, salva e saia do nano (aperte Ctrl + X e Ctrl + Y).

Agora, crie um script Python com o nome clima_oled_audio.py (com o comando nano clima_oled_audio.py) e cole o código abaixo.

IMPORTANTE: NÂO SE ESQUEÇA de substituir sua API key do OpenWeather API no código! Se isto for esquecido, nada irá funcionar.

import Adafruit_SSD1306
import requests
import json
import time
from text_to_speech import TextToSpeech_ptbr

from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFont

#Configuracao do pino de reset do display (utilizado apenas para comunicacao via SPI, porem de 
#uso obrigatorio nas funcoes da biblioteca
RST = 'P9_12'

#configuracao do pino de leitura do sensor de temperatura
pin = 'P8_11'

#display 128x64 (no barramento 2 da I2C, no endereco 0x3c)
disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, i2c_address=0x3c, i2c_bus=2)

#demais variaveis globais
api_key_openweather = "kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk" #Coloque aqui a sua api key!!
cidade = "Campinas"  #para nomes com espaco, substitua o espaco por %20
pais = "br"

def le_infos_clima():
    global api_key_openweather
    global cidade
    global pais

    url_http_req = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q="+cidade+","+pais+"&appid="+api_key_openweather
    dados_clima = requests.get(url_http_req).json()

    #parser das informacoes desejadas do JSON
    temp_atual_kelvin = dados_clima["main"]["temp"]
    umidade = dados_clima["main"]["humidity"]
    nebulosidade = dados_clima["clouds"]["all"]
    vel_vento = dados_clima["wind"]["speed"]
    angulo_vento = dados_clima["wind"]["deg"]

    temp_atual_celsius = int(float(temp_atual_kelvin) - 273.15)
    umidade_atual = int(umidade)
    nebulosidade = int(nebulosidade)
    vel_vento_atual = float(vel_vento)
    angulo_vento_atual = int(float(angulo_vento))
    return temp_atual_celsius,umidade,nebulosidade,vel_vento_atual,angulo_vento_atual


############################
### PROGRAMA PRINCIPAL  ####
############################

#Inicializacoes de display
disp.begin()
disp.clear()
disp.display()

#Cria area de imagem para escrita / desenho no display
width = disp.width
height = disp.height
image = Image.new('1', (width, height)) #imagem binaria (somente 1's e 0's)

#Determina a area a ser desenhada / escrita
draw = ImageDraw.Draw(image)

#definicoes uteis do display (para localizacao no mesmo)
padding = 2
shape_width = 20
top = padding
bottom = height-padding
x = padding

#Carrega fonte padrao do display
font = ImageFont.load_default()

#variavel de controle de leituras
leitura = 0

#Fonte da temperatura: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 30
font_temp = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 45)

#Fonte da umidade: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16
font_umid = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte da nebulosidade: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16
font_neb = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte da velocidade do vento: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16
font_vel_vento = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte do angulo do vento: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16
font_ang_vento = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte dos titulos das informacoes
font_titulos = ImageFont.truetype('Minecraftia-Regular.ttf', 8)

#Fonte do titulo da tela (display)
font_titulo_tela = ImageFont.truetype('Minecraftia-Regular.ttf', 8)

while (True):
      try:
        #requisita informacoes da API e faz parser do json, filtrando as informacoes desejadas (temperatura, umidade e nebulosidade
        (temp,umidade,nebulosidade,vel_vento,ang_vento) = le_infos_clima()
        leitura = leitura + 1

        temperatura_str = str(temp)+"C"
        umidade_str = str(umidade)+"%"
        nebulosidade_str = str(nebulosidade)+"%"
        vel_vento_str = str(vel_vento)
        ang_vento_str = str(ang_vento)
        cidade_str_replace = cidade.replace("%20"," ")

        #escreve as informacoes lidas e a cidade referida
        print ""
        print "Leitura: "+str(leitura)
        print ""
        print "Cidade: "+cidade_str_replace+","+pais
        print "Temperatura atual: "+temperatura_str
        print "Umidade relativa do ar: "+umidade_str
        print "Nebulosidade: "+nebulosidade_str
        print "Velocidade do vento: "+vel_vento_str
        print "Angulo do vento: "+ang_vento_str

        #Escreve informacoes no display OLED
        draw.rectangle((0,0,width-1,height-1), outline=255, fill=0)
        draw.rectangle((0,0,width-1,15), outline=255, fill=0)
        draw.rectangle((0,15,65,height-1), outline=255, fill=0)
        disp.image(image)
        disp.display()

        draw.text((x, top),    "Clima:    "+cidade_str_replace,  font=font_titulo_tela, fill=255)
        draw.text((x, top+15), "Temp.",font=font_titulos,fill=255)
        draw.text((x+5, top+25), temperatura_str, font=font_temp, fill=255)

        draw.text((x+65, top+15), "Umid.",font=font_titulos,fill=255)
        draw.text((x+65, top+25), umidade_str, font=font_umid, fill=255)
        draw.text((x+65, top+40), "Neb.",font=font_titulos,fill=255)
        draw.text((x+65, top+48), nebulosidade_str, font=font_neb, fill=255)

        draw.text((x+95, top+15), "Vento",font=font_titulos,fill=255)
        draw.text((x+95, top+25), vel_vento_str, font=font_vel_vento, fill=255)
        draw.text((x+95, top+40), "Ang",font=font_titulos,fill=255)
        draw.text((x+95, top+48), ang_vento_str, font=font_ang_vento, fill=255)

        disp.image(image)
        disp.display()


        #fala as informacoes climaticas
        string_para_falar = "Agora em "+cidade_str_replace+" a temperatura eh "+str(temp)+" graus Celsius. A umidade relativa do ar eh "+umidade_str+". A nebulosidade eh "+nebulosidade_str+". O vento tem velocidade de "+vel_vento_str+" metros por segundo a "+ang_vento_str+" graus"
        TextToSpeech_ptbr(string_para_falar)

        time.sleep(90)

        #Limpa display: desenha um retangulo preto em todo o display (para apagar "restos" de dados na area de imagem)
        draw.rectangle((0,0,width,height), outline=0, fill=0)
      except KeyboardInterrupt:
        print "Aplicacao encerrada."
        exit(1)

100

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import Adafruit_SSD1306

import requests

import json

import time

from text_to_speech import TextToSpeech_ptbr

from PIL import Image

from PIL import ImageDraw

from PIL import ImageFont

#Configuracao do pino de reset do display (utilizado apenas para comunicacao via SPI, porem de

#uso obrigatorio nas funcoes da biblioteca

RST = 'P9_12'

#configuracao do pino de leitura do sensor de temperatura

pin = 'P8_11'

#display 128x64 (no barramento 2 da I2C, no endereco 0x3c)

disp = Adafruit_SSD1306.SSD1306_128_64(rst=RST, i2c_address=0x3c, i2c_bus=2)

#demais variaveis globais

api_key_openweather = "kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk" #Coloque aqui a sua api key!!

cidade = "Campinas" #para nomes com espaco, substitua o espaco por %20

pais = "br"

def le_infos_clima():

global api_key_openweather

global cidade

global pais

url_http_req = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q="+cidade+","+pais+"&appid="+api_key_openweather

dados_clima = requests.get(url_http_req).json()

#parser das informacoes desejadas do JSON

temp_atual_kelvin = dados_clima["main"]["temp"]

umidade = dados_clima["main"]["humidity"]

nebulosidade = dados_clima["clouds"]["all"]

vel_vento = dados_clima["wind"]["speed"]

angulo_vento = dados_clima["wind"]["deg"]

temp_atual_celsius = int(float(temp_atual_kelvin) - 273.15)

umidade_atual = int(umidade)

nebulosidade = int(nebulosidade)

vel_vento_atual = float(vel_vento)

angulo_vento_atual = int(float(angulo_vento))

return temp_atual_celsius,umidade,nebulosidade,vel_vento_atual,angulo_vento_atual

############################

### PROGRAMA PRINCIPAL ####

############################

#Inicializacoes de display

disp.begin()

disp.clear()

disp.display()

#Cria area de imagem para escrita / desenho no display

width = disp.width

height = disp.height

image = Image.new('1', (width, height)) #imagem binaria (somente 1's e 0's)

#Determina a area a ser desenhada / escrita

draw = ImageDraw.Draw(image)

#definicoes uteis do display (para localizacao no mesmo)

padding = 2

shape_width = 20

top = padding

bottom = height-padding

x = padding

#Carrega fonte padrao do display

font = ImageFont.load_default()

#variavel de controle de leituras

leitura = 0

#Fonte da temperatura: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 30

font_temp = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 45)

#Fonte da umidade: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16

font_umid = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte da nebulosidade: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16

font_neb = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte da velocidade do vento: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16

font_vel_vento = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte do angulo do vento: fonte ttf que simula display 7 segmentos, com tamanho 16

font_ang_vento = ImageFont.truetype('ManualDisplay.ttf', 16)

#Fonte dos titulos das informacoes

font_titulos = ImageFont.truetype('Minecraftia-Regular.ttf', 8)

#Fonte do titulo da tela (display)

font_titulo_tela = ImageFont.truetype('Minecraftia-Regular.ttf', 8)

while (True):

try:

#requisita informacoes da API e faz parser do json, filtrando as informacoes desejadas (temperatura, umidade e nebulosidade

(temp,umidade,nebulosidade,vel_vento,ang_vento) = le_infos_clima()

leitura = leitura + 1

temperatura_str = str(temp)+"C"

umidade_str = str(umidade)+"%"

nebulosidade_str = str(nebulosidade)+"%"

vel_vento_str = str(vel_vento)

ang_vento_str = str(ang_vento)

cidade_str_replace = cidade.replace("%20"," ")

#escreve as informacoes lidas e a cidade referida

print ""

print "Leitura: "+str(leitura)

print ""

print "Cidade: "+cidade_str_replace+","+pais

print "Temperatura atual: "+temperatura_str

print "Umidade relativa do ar: "+umidade_str

print "Nebulosidade: "+nebulosidade_str

print "Velocidade do vento: "+vel_vento_str

print "Angulo do vento: "+ang_vento_str

#Escreve informacoes no display OLED

draw.rectangle((0,0,width-1,height-1), outline=255, fill=0)

draw.rectangle((0,0,width-1,15), outline=255, fill=0)

draw.rectangle((0,15,65,height-1), outline=255, fill=0)

disp.image(image)

disp.display()

draw.text((x, top), "Clima: "+cidade_str_replace, font=font_titulo_tela, fill=255)

draw.text((x, top+15), "Temp.",font=font_titulos,fill=255)

draw.text((x+5, top+25), temperatura_str, font=font_temp, fill=255)

draw.text((x+65, top+15), "Umid.",font=font_titulos,fill=255)

draw.text((x+65, top+25), umidade_str, font=font_umid, fill=255)

draw.text((x+65, top+40), "Neb.",font=font_titulos,fill=255)

draw.text((x+65, top+48), nebulosidade_str, font=font_neb, fill=255)

draw.text((x+95, top+15), "Vento",font=font_titulos,fill=255)

draw.text((x+95, top+25), vel_vento_str, font=font_vel_vento, fill=255)

draw.text((x+95, top+40), "Ang",font=font_titulos,fill=255)

draw.text((x+95, top+48), ang_vento_str, font=font_ang_vento, fill=255)

disp.image(image)

disp.display()

#fala as informacoes climaticas

string_para_falar = "Agora em "+cidade_str_replace+" a temperatura eh "+str(temp)+" graus Celsius. A umidade relativa do ar eh "+umidade_str+". A nebulosidade eh "+nebulosidade_str+". O vento tem velocidade de "+vel_vento_str+" metros por segundo a "+ang_vento_str+" graus"

TextToSpeech_ptbr(string_para_falar)

time.sleep(90)

#Limpa display: desenha um retangulo preto em todo o display (para apagar "restos" de dados na area de imagem)