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用樹莓派(Raspberry Pi)製作家庭電子月曆/數位看板(完全攻略與教學)

相信大家應該都看過車站或是機場的電子看板。有些看板是用來顯示資訊(像是列車到站和離站時間),有一些是用來顯示廣告。不知道你有沒有想過類似的電子看板也可用在家裡。我們家一直以來都有用月曆的習慣,而年復一年我們用的都是同一本月曆:Mom’s Family Wall Calendar by Sandra Boynton。為什麼一直用這本月曆呢?因為它可以把家裡每一個人的行程寫在同一張月曆上。這樣一眼望過去就知道哪一天是家裡最忙碌的日子。Mom’s Family Wall Calendar by Sandra Boynton真的很實用,我強力推薦給家裡有小小孩的家庭使用。雖然我們家很喜歡這個月曆,但是當孩子越來越大,家人每天的行程越來越複雜的時候,這個月曆就寫不下了。於是我開始尋找替代方案。

鑑於大家的行事曆都已經電子化(我用的是學校的Microsoft Outlook Calendar,我們家其他人則是用Google Calendar),我想有沒有什麼方法可以把全家的行事曆自動從網路上抓下來然後集中顯示在一個電子看板上呢?答案是有的。網路上已經有不少用樹莓派製作家庭電子月曆或是電子相框的教學,但是大部分的教學都是英文的。為了造福大眾,我把我的經驗寫成中文的攻略跟大家分享。以下是我們家電子月曆的功能:

  • 自動從Google Calendar下載全家每個人的行事曆並且自動更新(你也可以連結到Outlook Calendar或是任何可以輸出iCal或是ICS格式的電子月曆)
  • 顯示現在時間以及天氣
  • 如果超過十分鐘沒有人在電子月曆前面就自動關閉螢幕,當偵測到人的時候自動打開螢幕

電子月曆上還可以放很多其他的東西,像是頭條新聞或是股市動態。你也可以把電子月曆轉換成電子相框或是電子佈告欄。總之,有很多的應用等著你去嘗試。

看到這裡心動了嗎?如果心動的就開始動手吧!首先,你需要準備下面這些必備材料:(註:如果你透過本文的連結在Amazon買東西,我會得到小部分的回扣。)

Raspberry Pi Zero W
  • 電腦螢幕:基本上任何的電腦螢幕都可以,大小隨便你,如果你要做一個70吋的數位看板也是可以。我建議用24到27吋左右的液晶顯示器。如果你家裡有現成的,就用現成的。如果你要買新的,儘量買薄一點的。還有,如果你打算把螢幕裝在牆壁上,要記得要買有VESA快速拆裝設計的螢幕(通常螢幕的規格裡都會有寫是否有VESA快速拆裝設計,如果沒有寫通常就是沒有)。我用的螢幕是HP VH240a,很輕薄,適合裝在牆壁上。
  • 樹莓派(Raspberry Pi):電子行事曆並不需要速度很快的電腦,因此隨便哪一代的Raspberry Pi都可以。我以下的教學使用的是Raspberry Pi Zero W(規格很低的一台樹莓派),如果你有更快的樹莓派當然沒問題。還有記得要買樹莓派必須的配件:MicroSD卡(建議使用Samsung Evo Select 32GB或是SanDisk Ultra 32GB)和電源供應器(你可以用Raspberry Pi專用的電源供應器或是品質好一點的USB充電插座)。如果你沒有樹莓派,我建議你買這個Raspberry Pi Zero W套件
  • HDMI訊號線:如果你的電腦螢幕是過去這幾年生產的,那應該會有HDMI接口。這樣你只需要一條一般的HDMI訊號線(如果你用的是Raspberry Pi Zero W,你還需要多一個Mini HDMI的轉接器。如果你買上面連結的套件,它已經有附Mini HDMI轉接器,但是你還是要自備HDMI訊號線)。因為我把Raspberry Pi固定在螢幕後面,所以我用的是一條短一點的HDMI訊號線(AmazonBasics Flexible and Durable Premium HDMI Cable)。如果你的螢幕比較舊,你可能會需要HDMI轉DVI的訊號線或是HDMI轉VGA的訊號線

以下的材料不是必備的,但是看你的情況可能會需要:

  • 移動感測器:如果你想要讓你的螢幕在沒有人的時候自動關閉,然後有人的時候再打開,那你就需要一個紅外線移動感測器(PIR)。這個小零件的價錢不高,但是要注意的是它有類比式和數位式兩種。類比式大家最常用的是HC-SR501,但是我發現它的誤判率很高。所以最後我用的是數位式的AM312,我也推薦你們用AM312。除了感測器,你也需要電線連接感測器到樹莓派的GPIO介面。不同長度的電線在Amazon上有很多選擇,我用的是EDGELEC 120pcs Breadboard Jumper Wires
  • VESA壁掛套件:市面上的螢幕壁掛架種類繁多,我用的是最簡單的VideoSecu LCD LED Monitor TV Wall Mount,它可以讓你的螢幕整個貼在牆壁上。
  • 工具:安裝樹莓派的作業系統需要MicroSD卡的讀卡機,這個我假設大部分人都應該有或是你的電腦已經有內建。如果你要安裝移動感測器,你還需要烙鐵和焊錫。我還用了熱熔槍和熱熔膠把移動感測器固定在螢幕的邊框上。安裝VESA壁掛套件有可能需要電鑽和螺絲起子。

以下是安裝步驟:

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選擇家用監視器的第一步

不管是在美國或是在台灣,決定安裝家用監視器的人越來越多。我想這主要的原因除了是安全上的考量,還有就是近幾年來家用監視器的價格大幅的下降。其次是Wifi以及無線攝影機的普及讓一般民眾覺得安裝監視器不再是一件不可能的任務。雖然家用監視器的安裝越來越簡便,但是還是有很多因素在安裝之前需要考量的。我想就我自己上網研究和安裝的經驗跟大家分享我學到的功課。

裝監視器的目的是什麼?

選擇家用監視器的第一步是要知道你裝監視器的目的是什麼。市面上的監視器種類千百種,每一種的規格上都有一些差異。這些差異也許在紙上看起來沒有差很多,但是如果你不特別注意就會裝了之後才發現不符合你的需求。舉例來說,一般的專業攝影機是沒有對話功能的。雖然有一些專業攝影機有內建麥克風,但是專業攝影機都是用來監視而不是用來對話的。如果你買家用監視器的目的是希望監控家裡小孩或是老人的動態而且要能夠跟他們互動,那你就要買有互動功能的家用監視器。

以下是一些我覺得在採購家用監視器之前需要先想清楚的問題:

  1. 你的監視器是用來抓壞人還是用來監控家人的活動?這個問題的答案影響到你所需要的攝影機影像品質。如果你裝攝影機的目的是要抓壞人,那你需要不管是白天或是晚上都有很好的影像品質的攝影機,這樣當壞人出現在你的影片裡的時候警方才能透過影片去尋找嫌疑犯。如果你裝監視器的目的是要監控家人的活動,那影像的品質就是次要,反正你家裡的人就算臉看得不是超級清楚你也應該知道是誰。如果你裝監視器的目的是要監控家人,則有其他的功能需要考量,請看下一點。
  2. 延續上面的問題,你需不需要跟被監控的人互動?如果需要互動,你就要買有互動功能的監視器–至少要有麥克風和喇叭,如果可以視訊更好 。如果你裝監視器的目的是要抓壞人,那互動功能則是完全沒有必要,壞人不會跟你透過監視器來個視訊的。
  3. 你需不需要24小時全天候錄影?這個問題牽涉到很多層面。如果你需要24小時全天候錄影監控,那你首先需要穩定的電源、最後是用有線的攝影機,還要有大容量的影像儲存裝置。現在市面上幾乎所有的監視器都有移動偵測的功能,也就是說只有當攝影機偵測到有人、事、物在鏡頭的範圍內移動的時候才會開始錄影。你也可以設定讓攝影機偵測到動靜的時候立刻通知你的手機,或者是用手機來操控攝影機。此外,幾乎市面上所有的攝影機都有內建記憶卡槽,讓你可以把監視器的錄像存在SD卡裡。但是因為SD卡的容量有限,因此如果你要24小時全天候監控,則SD卡頂多就只能存幾天的影片。設想以下的情況:你們全家出國旅遊,回到家的時候發現窗戶被人砸破,但是沒有人入侵。不幸的是窗戶雖然在你的監視器範圍之內,但是卻在移動偵測區以外。當你連接到攝影機的SD卡去把影片調出來看的時候卻發現SD卡只能存三天的錄像,但是這個事件卻是發生在三天以前。結果是你花了很多錢裝的監控攝影機一點作用也沒有達到。另外一方面來說,如果你裝攝影機的目的是要監管小孩或是老人,那24小時全天候監控也許就沒有這麼重要。
  4. 你願不願意把你的監視器影像儲存在第三方廠商所提供的雲端儲存設備裡?更貼切的說,你敢不敢讓陌生人瀏覽你的監視器所錄下來的影像?現在幾乎所有的監視器製造商都有與第三方廠商合作提供雲端儲存的服務,有一些是免費的,大部分則是一開始幾個月免費、之後就要付月費。不管是免費還是付費,你要先問問自己是不是放心把你的監視器的錄像儲存在雲端?不是我要危言聳聽,只是要讓你知道雲端儲存是可以被駭的。更有甚者,不肖的網管也有可能偷偷的觀看你的監視器的錄像。我個人是不敢用監視器製造商或是第三方廠商所提供的雲端儲存,你敢不敢就要看你囉!
  5. 你的監視器要裝在室內還是戶外?這個牽涉到你的攝影機需不需要防水。如果是要裝在室外,最好選擇有通過IP65, IP66,或是IP67認證的防水攝影機(防水性IP67 > IP66 > IP65)。
  6. 你的監視器只用在光線明亮的地方還是有可能要用在光線不足的地方?市面上所有的攝影機都有夜間紅外線的功能,但是不是所以的紅外線都是一樣的。有的攝影機的紅外線強,有的比較弱。如果紅外線太弱,那跟沒有紅外線是一樣的。太強的紅外線則可能造成強烈的反射或是散射而讓影像變得一片白。另外,我在網路攝影機/監視器監視器在紅外線與自然光源下的比較這兩篇文章裡還有討論到感光度高低對夜間影像品質的影響。
  7. 你要用無線還是有線的攝影機?無線攝影機自然是安裝比較方便,但是WiFi信號的強弱和無線信號的干擾都會影像到影像的傳遞。市區裡面的房子周圍的無線信號非常多又雜,因此Wifi信號有可能時強時弱。還有一點就是淘寶上面不用多少錢就可以買到一個Wifi屏蔽器,聽說效果非常的好。如果你真的遇到有備而來的壞人,那無線攝影機恐怕不是很牢靠。

以上是一些我覺得在採購家用監視器之前要先想清楚的問題。針對上面所談到的每一點,我在之後的文章中都會有更詳細的討論。

監視器在紅外線與自然光源下的比較

我在上一篇文章:網路攝影機/監視器裡提到監視器在夜間開紅外線的情況下會讓所有的東西變成黑白的,因此對於辨認人車會有困難。剛好昨天晚上我出去倒垃圾的時候有兩張照片可以讓您們比較一下。

照片中的人是我穿著黑色的t-shirt和灰色的運動短褲。監視器是Dahua IPC-HDW4231EM-ASE。第一張照片是在監視器的紅外線模式下拍的,完全看不出來我穿的衣服是什麼顏色吧!

下面這張則是我開了前院的燈,監視器切換到一般模式下拍的。你們可以自己比較一下。

我之所以要寫這篇文章是因為很多人在選監視器和網路攝影機的規格的時候往往只注意攝影機像素的大小。你隨便到一家有賣監視器的網站上看看就會發現廣告都是號稱像素有多高:4K、8MP都是廣告上常常可以看到的規格。我所使用的這兩台監視器Dahua IPC-HDW4231EM-ASEDahua IPC-HDW5231R-ZE都只有2MP,但是他們的感光度非常的高,因此可以在很暗的情況下也不需要開紅外線。當然,真的很黑的時候還是得開紅外線。如果你的監視器只裝在光線充足的地方,那像素是越高越好。但是如果你的監視器需要在低光源的情況下操作,我大力推薦您考慮Dahua IPC-HDW5231R-ZE(新型號,價格稍高一些。)或是Dahua IPC-HDW4231EM-ASE(舊型號,價格比較親民)。

網路攝影機/監視器

我這幾年花了很多時間研究網路攝影機和監視器的配置。本來我想請人來幫我們家裝室外監視器,但是一詢問之下光是安裝費就要好幾千元美金。這還不包括器材的費用,所以我就決定自己做研究然後自己安裝。研究了整整一年之後我總算在去年暑假花了一整個禮拜的時間牽線、裝攝影機、設定軟硬體,然後讓整個監視系統上線。我打算之後會寫文章跟大家分享我在選購和安裝網路監視器的過程中學到的功課。今天先來跟大家分享一下好的監視器跟普通的監視器差在哪裡。

一般來說今天市面上賣的網路監視器在光線充足的白天表現得都算不錯。如果你的監視器只用來監視白天或是光線充足的地方,那其實你不需要買太好的監視器。下面我比較兩台監視器:

  • 第一台是雜牌監視器(有可能是白牌的Hikvision監視器),型號是IPC-2MPEB28W。解析度是[email protected],感光元件是1/2.9″CMOS,最低感光度是0.01Lux/F1.2。這一台是我在eBay上買的,一台的價錢是美金$39.99,Amazon上賣$44.99
  • 第二台是Dahua IPC-HDW5231R-ZE,這一台是以低感光度見稱的網路攝影機。它的影片解析度跟上面那一台一樣是[email protected],感光元件是1/2.8” progressive scan CMOS,最低感光度是0.006Lux/F1.4。這一台我是在AliExpress跟EmpireTech的Andy買的,一台的價錢是美金$176,你也可以在Amazon上買到

首先我們來看看白天的照片:

一眼看上去兩台攝影機的解析度似乎差不多,但是一旦我把影像放大你就會看到他們的差別:

第一台監視器基本上完全無法辨認草地的上的牌子上面寫的是什麼,第二台則是稍微可以辨認出BEAM四個字。雖然說兩台攝影機的解析度是一樣的,但是鏡頭的好壞和韌體的影像壓縮能力對於影像實際的解析度有很大的影響。

再來看看晚上就差更多了:

這兩張照片是在晚上同一個時間和同一個地點拍的。兩張都沒有開紅外線。之所以沒有開紅外線是因為開了紅外線之後所有的東西都會變成黑白的。在紅外線下照出來的影片和照片根本分不出來人的膚色、衣服的顏色、或是車子的顏色。這讓人車的辨認變得非常的困難。因此,我裝的攝影機是自然光和紅外線交互配置。比較這兩張照片之後你可以很容易的看出來這兩台監視器為什麼價錢差這麼多。

最後,來一張紅外線和自然光下面照出來的比較:

看出來差別有多大了吧!今天就分享到這裡,下次再見。

Calluna font

Calluna fontAs a professor and a coordinator for an academic unit in a state university, I often have to produce documents that must exist in different formats. For example, my class syllabus in available online in PDF format but I also need to print it out and pass to students in the first class. Other examples include student handbook, program information sheets, and many other documents. They all need to look good on-screen as PDF files and in print.

As someone who cares a lot about typography, I am in constant search of good text fonts. Because the documents I produced tend to be very text heavy, I want a good-looking text font that can perform well in small font size. For my purpose, I need the font to meet the following criteria:

  1. The font must look formal and authoritative. Because the documents I produce are official university documents, I need them to look official and authoritative. Therefore, anything that looks fun and funny are out.
  2. I want a font that does not look boring. If the first criterion is the only criterion, I can just use pre-installed Windows PC fonts such as Times New Roman, Arial, or Cambria. Many people have done that and I have no objection on their choice. From my point of view, however, all those pre-installed fonts are overused and boring. I want a font that has some flare and more details but not outrageous. For example, even though I like Berkeley Oldstyle a lot, it to me has too much flare and decorations for a text font.
  3. I want a font that is not too expensive. I have a limited budget, so free would be my preference. If I have to buy the font, I want something that is not too expensive.

I have tried many different fonts and eventually I settled with two fonts: Adobe Minion and Calluna.

Minion fontAdobe Minion is a good-looking font and it looks very format and authoritative. The only problem is that it does not look very unique. It is true that in a quick glance most people would probably mistaken Adobe Minion for Times New Roman. However, I find Minion better looking than Times New Roman. The good thing about Minion is that its size is almost identical to Times New Roman, so you can replace Times New Roman with minimum changes to the overall layout.

Calluna is my new favorite text font. Its regular font is free to download. Calluna has a larger x-height thus make it easier to read in small font size compared to other popular text fonts such as Garamond. However, Calluna’s x-height is not too large as fonts aimed for screen reading. Many screen-reading-friendly fonts tend to look awkward in print because the x-height is too large. Calluna hits a very nice balance between screen reading friendly and looking good on paper. Calluna also has more details and flares that makes it look more distinguishable than fonts such as Minion and Times New Roman.

If you are looking for a text font and you have never tried Calluna, you should definitely give it a try.