09/08/201804/03/2020

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

ÍNDICE DE CONTEÚDO

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

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

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)