用 Node.js + Raspberry Pi 打造一个不一样的闹钟

对于习惯性晚睡但想早点睡的人，对于早上不想被手机闹铃在睡梦中突然叫醒的人，DIY 一个闹铃还是有些必要的。闹铃的功能主要是晚上提醒睡觉，早上提醒起床（哈哈哈～～）

功能

早上，会在指定的时间，响起闹铃和点亮小灯。并且每隔一段时间（10min），闹铃还会响起，响的时间越来越长，灯的亮度越来越亮，直到拉开窗帘或打开卧室的灯。
晚上，到指定时间就会响起闹铃，并且每隔一段时间（10min），闹铃还会响起，并且响的时间越来越长，直到关闭卧室的灯。

物料

硬件

树莓派
光敏电阻传感器模块
蜂鸣器
红外接收模块
红外发射模块
红外遥控夜灯

软件

Linux on Raspberry Pi
Nodejs
Lirc

准备

树莓派（Raspbian）上安装 Nodejs

可以先装一个 nvm，使用nvm install 安装；下面介绍一种去官网下载最新版的 nodejs 版本的方法：
因为和一般的 PC（x86 和 x64 架构）不同，树莓派的 CPU 是 ARM 架构，所以，要下载对应的 Nodejs 二进制文件。
下图提供了，不同的树莓派版本对应的不同的下载版本；

树莓派下载Nodejs

找到对应的版本之后，可以直接使用浏览器下载，也可以复制下载链接使用wget 指令下载；然后对下载下来的 node-xx.tar.gz 执行如下命令：

tar -xvf node-xx.tar.gz
cd node-xx
sudo cp -R * /usr/local/

此时 Nodejs 已经可以使用了；

初始化项目

创建 pakage.json

npm init

安装依赖库：
用到了第三方库 onoff，它可以让 Nodejs 在访问树莓派的 GPIO。更多玩法请看这里。

npm install onoff --save

硬件连接和调试

因为在某宝很容易买到树莓派或者 Arduino 的模块，而且也很便宜，推荐直接购买模块。
本次的项目中用到的光敏电阻模块，红外接收模块，红外发射模块和蜂鸣器模块都是比较简单的模块，只有三个引脚，分别对应 VCC，GND 和输入/输出引脚。链接方法不做过多解释。

准备工作做完后，来开始撸代码了。

蜂鸣器

我这里蜂鸣器连接的是 GPIO22，蜂鸣器为高电平触发的有源蜂鸣器，所以给 GPIO22 置高电平就可以，代码如下：

const Gpio = require('onoff').Gpio;
const beep = new Gpio(22, 'out');

const beepOn = () => {
    beep.writeSync(1);
    setTimeout(() => {
        beep.writeSync(0);
    }, 350);
};

beepOn();

保存并运行脚本 node index.js, 听见蜂鸣器“哔~”的一声。
以上便是驱动蜂鸣器的基本代码。

光敏电阻传感器

我采用的是一个开关量输出的树莓派模块，可以通过调节模块上的电位器来设置阈值，当外界光线亮度超过阈值时，模块输出低电平，否则输出高电平。
模块的输出管脚接树莓派的 GPIO27，程序如下：

const lightInput = new Gpio(27, 'in');
console.log(lightInput.readSync());

运行脚本发现光线充足时，打印 1，用手挡住传感器打印 0。
到此，我们完成了判断外界光线强度基本代码。

红外遥控信号的解码与编码

这个问题听起来很高大上，但是如果去百度搜索 树莓派红外遥控相关内容，会发现大量介绍如何使用树莓派进行编解码的文章。其原理是，通过lirc 软件，在 Linux 上实现红外发送与接收。
下面列出我参考的几篇文章：

一篇 github 上的文章
一篇关于 NEC 协议的文章
使用树莓派红外控制空调和风扇
树莓派学习手记

硬件连接：
红外接收模块的，I/O 引脚接树莓派 GPIO17, 红外接收模块的信号引脚接树莓派的 GPIO18。

安装：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install lirc

打开 /etc/modules 文件：

sudo leafpad /etc/modules

然后添加如下代码，并保存退出：

lirc_dev
lirc_rpi gpio_in_pin=18 gpio_out_pin=17

打开 /etc/lirc/hardware.conf 文件：

sudo leafpad  /etc/lirc/hardware.conf

添加如下代码，并保存退出：

LIRCD_ARGS="--uinput --listen"
LOAD_MODULES=true
DRIVER="default"
DEVICE="/dev/lirc0"
MODULES="lirc_rpi"

编辑 /etc/lirc/lirc_options.conf 文件：

driver    = default
device    = /dev/lirc0

正常情况现在就可以重启了。

LIRC 软件的常用命令：

# 启动
sudo /etc/init.d/lircd start

# 停止
sudo /etc/init.d/lircd stop

# 重启
sudo /etc/init.d/lircd restart

# 查看状态
sudo /etc/init.d/lircd status

测试红外接收：

sudo /etc/init.d/lircd stop

mode2 -d /dev/lirc0

输出一坨类似下面的东东：

space 16777215
pulse 8999
space 4457
pulse 680
space 1627
......

其实，这就是遥控器发出的信号了，结合这里的 NEC 协议，我们就能猜到，这其实就是红外信号脉冲(pulse)和空白(space)的持续时间。

录入红外信号：

sudo /etc/init.d/lircd stop

sudo irrecord -d /dev/lirc0

一般来讲，按提示一步一步进行就行。不过这里需要注意的是，这种方式，每个按键的名字，必须使用 lirc 的命名空间内规定的名字。

使用下面指令查看命名空间：

irrecord -l --list-namespace

因为我看见遥控器上有【亮度+】和【亮度-】这些按键，从命名空间里找一个合适的名字也很麻烦，所以要使用 --disable-namespace 参数，表示不使用 lirc 的命名空间。

irrecord -d /dev/lirc0 --disable-namespace

如果遥控是有“状态”的，可以使用 row 模式录入信号：

# 参数-f --force 表示 Force raw mode
irrecord -f -d /dev/lirc0 --disable-namespace

我发现，这种模式对于简单的遥控的录入也很友好。
我录入好的文件，在这里

测试一下录入的信号能不能用：

# 复制刚才录入的配置文件到/etc/lirc下
sudo cp ~/light.row.lircd.conf /etc/lirc/lircd.conf

# 启动lirc
sudo /etc/init.d/lircd start

# 发送
# irsend SEND_ONCE  
irsend SEND_ONCE light on

将红外发射管对着要控制的灯的接收器，执行上面 irsend 命令，发现灯会被打开，到此红外遥控信号的录入与发送都已经完成。

写代码

基本原理和硬件连接调试都搞定后，就可以撸代码了。
项目分为三个主要部分：

一部分用来启动一个服务，可以在局域网中被访问。通过一个HTML页面来提交闹铃的时间和开启信息。最后将设置信息存储下来。

另一个模块是硬件驱动模块，每个硬件对应的驱动脚本都会暴露API，以便上层调用。

最后是入口模块，引入上面的两个部分的代码，并通过调用其中相应脚本，完成最后的功能。

项目结构

下面是一张简单的系统结构图示：

简单的系统结构图

主要分为两个大的模块：

server 模块，服务器模块，设置闹钟时间的所需的页面、接口都在这个模块里实现。
alerm 模块，闹钟模块，蜂鸣器、红外遥控、光敏电阻传感器的驱动程序都在这个模块里实现。

这里就不逐一贴代码了，想看源码请去GitHub。

放一张现在的设置页面的截图。可以开心的通过手机给闹铃设置时间啦：

设置页面

接下来

升级闹铃 -- 播报天气预报