溫溼度感測器品牌眾多，不過，目前使用度較廣的，應該是 DHT 這個品牌，這個感測器主要有兩種形式， 包括簡易型的 DHT11 以及比較複雜的 DHT22，詳細的圖示請參考文末的參考資料。為了簡化數據資料的處理， DHT11 通常會加上背板，設計成為只有 3 隻腳的形式，分別是 5V 電力、接地與資料輸出 3 個腳位～不過， 每種背板的配置不太一樣，相對的針腳請自行參考你手邊的 DHT 產品喔！在我們提供的小元件，中間腳位是資料輸出， 兩邊則是 5V(+) 供電及接地(-) 喔！

• 開始連接到感測器

由於 DHT11 使用 5V 電力，透過樹莓派的 pinout 指令，我們找到樹莓派 J8:4, J8:6, J8:8 這三個腳位來連接！ 連接方式很簡單，請先將 DHT11 感測器三隻腳安插到不同群組的麵包板上面，然後將上述的三個樹莓派的針腳與 DHT11 對應， 連接之後就等待後續程式的處理了。

• 取得 python 支援模組

DHT11 感測器官方有提供支援 python 的讀取模組，只是我們需要手動安裝起來才行！在樹莓派底下，安裝方式很簡單：

$ sudo pip install Adafruit-DHT

這樣就直接安裝到 python 模組中了！接下來，請參考文末的 Adafruit Github 說明文件，將程式碼轉化一下，簡化一下， 做出如下的程式資料來即可：

$ mkdir ~/dht_plot
$ cd ~/dht_plot
$ vim dht-1.py
import Adafruit_DHT as DHT
import datetime
from time import sleep

DHT_sensor = DHT.DHT11
DHT_pin = 14

while True:
   today = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %X")
   rh, tmp = DHT.read_retry( DHT_sensor, DHT_pin )
   if rh is not None and tmp is not None:
     print('日期={2} 溫度={0:0.1f}度C 濕度={1:0.1f}%'.format(tmp, rh, today))
   else:
     print('讀取失敗，重新讀取。')
   sleep(1)

$ python dht-1.py

網路上有相當多的文件可以參考，上面只是其中一種範例，你可以參考文末的原始函式庫提供的範例程式來進行修改即可。

python 可以透過 Matploblib 這個模組進行繪圖功能！繪製的圖示相當多！可以是 XY 散佈圖、 折線圖、柱狀圖與圓形圖等等，功能相當龐大！只是，預設的功能只能將圖示繪出到圖形界面而已， 對於我們的終端機應用來說，恐怕有點不是很方便。因此，底下我們會將圖示繪出到網頁上， 我們可以透過網頁來查詢剛剛繪製的圖示喔！這樣比較方便！

• 確認網頁入口與圖示連結

我們預計要讓圖示使用網頁的模式輸出，因此需要確定網頁伺服器是有啟動的，可以簡單這樣查閱：

$ sudo systemctl status apache2
● apache2.service - The Apache HTTP Server
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/apache2.service; enabled; vendor preset: enabled)
     Active: active (running) since Thu 2022-11-03 09:16:36 CST; 14h ago
       Docs: https://httpd.apache.org/docs/2.4/
    Process: 588 ExecStart=/usr/sbin/apachectl start (code=exited, status=0/SUCCESS)
   Main PID: 637 (apache2)
      Tasks: 55 (limit: 779)
        CPU: 5.992s
     CGroup: /system.slice/apache2.service
             ├─637 /usr/sbin/apache2 -k start
             ├─638 /usr/sbin/apache2 -k start
             └─639 /usr/sbin/apache2 -k start

$ sudo ufw status
Status: active

To                         Action      From
--                         ------      ----
80/tcp                     ALLOW       Anywhere
Anywhere                   ALLOW       192.168.0.0/16
22/tcp                     ALLOW       172.31.0.0/16
Samba                      ALLOW       10.0.0.0/8
21/tcp                     ALLOW       Anywhere
80/tcp (v6)                ALLOW       Anywhere (v6)
21/tcp (v6)                ALLOW       Anywhere (v6)

看起來網頁伺服器是有啟動的，同時防火牆也有放行 port 80 給用戶瀏覽。如果有任何一個地方出錯，請前往第四章與第三章查閱相關動作。 處理完畢之後，再次確認個人家目錄網頁是成功建立的，假設用戶的帳號名稱是 rasppi 的話，那查詢方法如下：

# 1. 確認用戶家目錄存在 www 目錄，並建立首頁檔
$ mkdir ~/www
$ vim ~/www/index.html
<ul>
        <li>name: VBird Tsai</li>
        <li>ID: 4090cxxx</li>
        <li><a href="demo.png">demo.png</a></li>
</ul>

# 2. 確認這個用戶在 /var/www/html 裡面有設定連結
$ cd /var/www/html
$ sudo ln -sf /home/rasppi/www rasppi

# 3. 確認首頁檔案存在
$ curl http://localhost/rasppi/

上面最後一個步驟會列出你剛剛在 index.html 裡面所建立的資料。我們預設有個名為 demo.png 的圖形檔， 等等測試的圖檔都會放置到 ~/www/demo.png 這個檔名喔！

• 安裝 Matplotlib 與初次匯入模組

Matplotlib 是個非常有趣的模組，它可以讓我們透過 python 配合數據來簡易的畫出需要的圖示！常見的圖示當然是 X, Y 分佈圖。 現在，先讓我們將模組安裝起來！

$ sudo pip install matplotlib
$ sudo pip install numpy

因為這個模組會用到其他很多額外的模組，所以安裝過程會比較冗長！請稍待一陣子。另外，因為許多圖示都會用到數值陣列， 所以最好確認一下安裝了 numpy 這個模組！安裝完畢之後，我們先來繪製一個簡單的圖示。假設有底下 5 個 (x, y) 數值：

(  5,  6 )
( 10,  9 )
( 15, 17 )
( 20, 21 )
( 25, 25 )

想要繪製出正確的圖示，你應該要這樣處理繪圖腳本：

$ vim plot-1.py
# 匯入 matplotlib 的 pyplot ，並且取名為 plt ，方便應用
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

xps = [ 5, 10, 15, 20, 25 ]
yps = [ 6,  9, 17, 21, 25 ]
xps = np.array(xps)
yps = np.array(yps)

plt.plot(xps, yps)
outfile = '/home/rasppi/www/demo.png'
plt.savefig(outfile, dpi=100, bbox_inches='tight')
plt.close()
# 如果要放大圖示，可以將 dpi 改到 300 左右即可！

$ python plot-1.py
$ ll ~/www
-rw-r--r-- 1 rasppi rasppi 71826 11月  4 22:32 demo.png
-rw-r--r-- 1 rasppi rasppi   103 11月  3 23:27 index.html

請打開瀏覽器，連線到你樹莓派的 IP 上面，點選你的個人首頁，就會看到 demo.png 檔名，點下去之後， 應該會看到有點像底下的圖示才對：

非常簡單快速的就將你的圖檔建置妥當！不過你得要注意的是，上圖的 X 與 Y 都是數值，而且可能需要透過 numpy 轉成陣列， 會比較好繪圖。那如果 X 不是數值呢？舉例來說， X 是時間，Y 才是數值！這時會變什麼呢？

• 繪製簡易時間序列圖示

繪製時間序列圖示其實很簡單，如上一題提到的，只要將 X 軸的資料轉成字串而不是數值，就可以變成時間序列了！ 例如底下的範例：

$ vim plot-2.py
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

mytime = [ '10:10', '10:11', '10:12', '10:13', '10:14' ]
mytemp = [ 27.3, 27.2, 28, 28.5, 30.1 ]

plt.plot(mytime, mytemp)
outfile = '/home/rasppi/www/demo.png'
plt.savefig(outfile, dpi=100, bbox_inches='tight')
plt.close()

$ python plot-2.py

順利運作完成之後，圖示會有點像底下這樣喔：

不過，這個圖示不怎麼好看！原因是數據資料範圍有點怪異～而且，沒有數據點，只有線段而已。如果要加上一些限制的話， 可以這樣嘗試看看：

$ vim plot-3.py
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

mytime = [ '10:10', '10:11', '10:12', '10:13', '10:14' ]
mytemp = [ 27.3, 27.2, 28, 28.5, 30.1 ]

plt.ylim([0, 31])
plt.plot(mytime, mytemp, marker='o', markersize=10, color='b')
outfile = '/home/rasppi/www/demo.png'
plt.savefig(outfile, dpi=100, bbox_inches='tight')
plt.close()

$ python plot-3.py

如上所示，我們可以新增兩個限制，分別是：

• .ylim([最小值, 最大值])：限制 y 的數值
• .xlim([最小值, 最大值])：限制 x 的數值

至於 .plot 內的參數就簡單了！ marker 就是數值點， markersize 就是大小值，color 當然就是顏色了！ 如此一來，看起來樣式就舒服許多。當然啦，你可能要縮小 markersize，不然看起來數值點太大了！

• 中文顯示問題

看起來圖示還好，但是我們可能還需要一些展示用途的說明，包括圖表的標題，X, Y 座標軸的意義等。 但是，預設的 python 在 matploblib 裡面，對於中文字型的支援度實在相當有限！一般來說，你可能無法順利的顯示出正常中文的！ 你的系統裡面 python 有哪些字型呢？我們可以這樣先找一下：

$ python
Python 3.9.2 (default, Feb 28 2021, 17:03:44)

>>> import matplotlib.font_manager
>>> a = sorted ([f.name for f in matplotlib.font_manager.fontManager.ttflist])
>>> for i in a:
...   print(i)
...       <==這裡按下[enter]
C059
C059
....
cmsy10
cmtt10
>>> exit()

在這一大串資料中，其實你找不到中文字型！你也可以將上面的特殊字體複製成為 myfont.py 腳本， 執行之後去擷取資料，也能夠找到你想要找的字型！例如這樣處理：

$ vim myfont.py
import matplotlib.font_manager
a = sorted ([f.name for f in matplotlib.font_manager.fontManager.ttflist])
for i in a:
    print(i)

$ python myfont.py | grep -i Noto
Noto Mono
Noto Sans Mono
Noto Sans Mono

這樣就能找到你想要找的關鍵字字型。其實，這些字型是放置到某個 python 目錄的，你可以查詢一下底下的目錄：

$ ll /usr/local/lib/python3.9/dist-packages/matplotlib/mpl-data/fonts/ttf/

那能不能下載中文字型以資利用？是可以的！你可以先前往台北黑體的官網下載 TTF 的字型檔，可以參考如下網頁來下載：

• https://sites.google.com/view/jtfoundry/zh-tw/downloads?authuser=0

下載之後的檔案請放置到上述的 python 字型目錄中，並且更新你個人的 matplotlib 的字型快取！ 這樣才能夠持續使用新的字型！

$ sudo cp /home/rasppi/TaipeiSansTCBeta-Regular.ttf  \
> /usr/local/lib/python3.9/dist-packages/matplotlib/mpl-data/fonts/ttf/

$ rm  ~/.cache/matplotlib/fontlist-v330.json
$ python myfont.py | grep -i taipei
Matplotlib is building the font cache; this may take a moment.
Taipei Sans TC Beta

終於！字型檔可以被使用了！

• 加上圖示、座標等資料

接下來當然就是開始使用中文啦！使用的方式也很簡單！如下所示，需要加上一些特別的參數才行：

$ vim plot-4.py
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.font_manager import FontProperties
import numpy as np

mytime = [ '10:10', '10:11', '10:12', '10:13', '10:14' ]
mytemp = [ 27.3, 27.2, 28, 28.5, 30.1 ]

plt.ylim([0, 31])
plt.plot(mytime, mytemp, marker='o', markersize=10, color='b')
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Taipei Sans TC Beta']
plt.title("溫度時間序列")
plt.xlabel("小時:分鐘")
plt.ylabel("溫度 C")

outfile = '/home/rasppi/www/demo.png'
plt.savefig(outfile, dpi=100, bbox_inches='tight')
plt.close()

$ python plot-4.py

圖示會有點像底下這樣，可以順利顯示出中英文，顯示效果當然比起全英文要好很多！

另外，如上圖所示，如果你的 X 說明資料太長，例如我們使用 DHT11 顯示的時間效果，那可能需要旋轉個角度才行！ 如何進行刻度的旋轉呢？可以透過類似底下的作法：

plt.xticks(rotation=90, ha='right')

進行一個角度的旋轉，同時給予對齊，這樣就可以產生不同刻度的展示效果了！如下圖所示：

• 兩個 Y 軸刻度

但是有時候我們可能會有需要兩個刻度，例如溫度與濕度！繪製兩張圖又感覺搭配不起來！想要繪製在一起。 這時，就有需要用到子圖示 (subplots()) 的功能！簡單的說，我們可以這樣處理一下：

$ vim plot-5.py
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.font_manager import FontProperties
import numpy as np

mytime = [ '10:10', '10:11', '10:12', '10:13', '10:14' ]
mytemp = [ 27.3, 27.2, 28, 28.5, 30.1 ]
myrh   = [ 68.9, 70.2, 73, 75.5, 80.1 ]

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Taipei Sans TC Beta']

fig, ax1 = plt.subplots()

ax1.plot(mytime, mytemp, marker='o', markersize=5, color='b')
ax1.set_ylim([0,31])
ax1.set_xlabel("小時:分鐘")
ax1.set_ylabel("溫度 C", color='b')
plt.xticks(rotation=90, ha='right')
plt.title("溫度時間序列")

ax2 = ax1.twinx()
ax2.plot(mytime, myrh, marker='^', markersize=5, color='r')
ax2.set_ylim([0,100])
ax2.set_ylabel("相對濕度 %", color='r')

outfile = '/home/rasppi/www/demo.png'
plt.savefig(outfile, dpi=100, bbox_inches='tight')
plt.close()

$ python plot-5.py

簡單的說，你得要先製作出 fig 與 ax1 這個第一個 Y 軸的數值，然後將全部的圖示資料通通繪製妥當。 之後再繪製第二個 Y 軸的 ax2！只是，要告知 ax2 使用的是另一個刻度表！最終就可以產生類似底下的圖示了：

從前面一個小節，我們知道繪製圖示的基本條件，大概就是需要陣列！將數據丟到陣列去。 但是，如果要繪製溫溼度圖示，我們使用 DHT11 來取得數據時，這些數據得要一段時間去收集， 所以，在不使用資料庫的情況下，我們就得要將數據慢慢的『新增到陣列』中！這就需要一點小技巧。

• 設計陣列取得時間、溫度、濕度陣列值

將資料『新增』到陣列裡面，那麼就得要先設定一個陣列變數才行！我們將 dht-1.py 複製成為 dht-2.py， 然後增加一些設定如下：

$ vim dht-2.py
import Adafruit_DHT as DHT
import datetime
from time import sleep

DHT_sensor = DHT.DHT11
DHT_pin = 14

# 新增三個陣列變數＠
mytime = []
mytemp = []
myrh   = []

# 暫時只取 10 個值就好
for i in range(10):
   today = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %X")
   rh, tmp = DHT.read_retry( DHT_sensor, DHT_pin )
   if rh is not None and tmp is not None:
     print('日期={2} 溫度={0:0.1f}度C 濕度={1:0.1f}%'.format(tmp, rh, today))
   else:
     print('讀取失敗，重新讀取。')
   # 將上面抓到的三個值累加入陣列當中！
   mytime.append(today)
   mytemp.append(tmp)
   myrh.append(rh)
   sleep(1)

# 單純的印出陣列值！
print(mytime)
print(mytemp)
print(myrh)

$ python dht-2.py

上面這個腳本會產生 10 筆紀錄，同時將這 10 筆紀錄加入三個陣列中！這三個陣列就是我們要應用的數據啦！

• 繪製圖示

我們現在有時間參數 (X 軸)，也有溫度 (第一個 Y 刻度) 與濕度 (第二個 Y 刻度)，所以，請結合 dht-2.py 與 plot-5.py 這兩個腳本內容，產生有點像底下圖示的資料：

• 定期繪製圖示

在不考慮時間長短的情境下，我們可以讓這張圖示每 1 分鐘進行一次自動圖示的處理！當然，你要 5 分鐘一次也可以！ 處理方式很簡單，透過一個名為 crontab 的指令來處理即可，另外，不需要使用 root 權限，使用你自己的帳號權限即可。 只是，可能需要使用所謂的『絕對路徑』來執行才行。首先，先來背一背 crontab 的時間參數口訣：

代表意義	分鐘	小時	日期	月份	週	指令
數字範圍	0-59	0-23	1-31	1-12	0-7	指令最好使用絕對路徑

執行方法為使用『 crontab -e 』進入 vim 編輯模式後，將上述的口訣帶入即可！指令最好也能加上資料流重導向， 讓你的執行過程不會有太多垃圾產生！ ( 指令 &> /dev/null )

告知老師您的網頁網址，讓老師可以取得你今日實際溫溼度圖形資料，即可確定你的執行成果。

• 參考資料

1. DHT 溫溼度計說明： https://learn.adafruit.com/dht
2. DHT 感測器模組使用： https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT/blob/master/examples/AdafruitDHT.py
3. W3C school Matplotlib 繪圖： https://www.w3schools.com/python/matplotlib_intro.asp
4. 中文字型下載：https://sites.google.com/view/jtfoundry/zh-tw/downloads?authuser=0
5. matplotlib 中文字型解決：https://pyecontech.com/2020/03/27/python_matplotlib_chinese/
6. matploblib 官網：https://matplotlib.org/3.6.2/tutorials/introductory/quick_start.html