基於樹莓派的微型氣象站設計與開發（Windows 10 IoT Core）

前言

　　樹莓派（Raspberry Pi，RPi）是專門為學生計算機編程教育而設計，只有信用卡大小的卡片式電腦，可以運行Linux或者Windows 10 IoT Core操作系統。本文將利用樹莓派和UWP（Universal Windows Platform）開發技術搭建一個可以實時監控的氣象站系統。

硬件和涉及技術

　　

硬件部分：

• 樹莓派2或3一塊，8G以上內存卡一張，讀卡器（或帶sd卡接口的電腦）一個；
• Dht11溫濕度傳感器一個，GY-68 BMP180氣壓計一個；
• LY-69 土壤濕度計一個，MQ-2 煙霧氣敏傳感器一個，雨滴傳感器一個；
• 公母杜邦線若干，面包板一個，micro USB線一根，電源一個；
• HDMI接口顯示器一台（或HDMI轉其它接口）。

 

 

開發部分：

• 集成開發環境： Visual Studio 2017（建議使用社區版）；
• 開發語言：C#；
• 開發平台：UWP；
• 通信協議：MQTT；
• 樹莓派操作系統：WIndows 10 IoT Core；
• 數據庫：Sqlite

操作系統的下載與安裝：

• 安裝Windows 10 IoT Core Dashboard 應用， 訪問微軟開發者中心https://developer.microsoft.com/en-us/windows/iot/GetStarted. 依次選擇Raspberry Pi 3，Install onto my blank microSD card,Windows10 IoT core，點擊Next按鈕來到新頁面，點擊Download Dashboard按鈕下載，然后安裝。
• 燒錄操作系統到MicroSD卡，安裝完成后選擇設置新設備項進入燒錄頁面。設備類型選擇Raspberry Pi 2&3；OS內部版本選擇Windows 10 IoT Core(15063);驅動器選擇插入的MicroSD卡；輸入設備名稱、密碼、確認密碼；勾選WLAN網絡連接(勾選此項后可以將當前電腦連接的WLAN信息復制給樹莓派開發板的操作系統，省去再次配置的麻煩)；至此，樹莓派安裝Windows 10 IoT操作系統完成。

如下圖：

　　Windows Device Portal：

　　在同一網絡環境下的瀏覽器輸入樹莓派的IP地址,端口為8080,回車后會提示輸入用戶名和密碼。默認用戶名為Administrator,密碼為燒錄操作系統時設置的密碼,如果忘記密碼則只能重新安裝。登陸成功后會看到樹莓派開發板的當前操作系統下的詳細信息,應用程序管理界面,設置默認程序以及開機自啟動等。

 

實現

 

MQTT通信：

 

　　MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸）是IBM開發的一個即時通訊協議。經過多年的發展，MQTT在各個領域的應用均有凸顯，它可以作為手機客戶端的消息推送工具，並且在安卓應用中有比較大的占比。作為一款專為物聯網設計的通信協議，MQTT具有在低帶寬、不穩定的網絡環境下正常工作的特性。它的消息傳遞有三種模式：

 

1. 至多一次，會發生消息丟失或重復，這種模式適合傳感器類的數據傳輸，即使消息丟失，很快會再次發送。
2. 只有一次，確保消息到達且不發生重復數據，適合需要精確數據的系統，例如計費系統。
3. 至少一次，確保消息可以到達，但可能發生重復。

關於MQTT服務器的搭建可以參考：http://blog.csdn.net/yannanxiu/article/details/52703946

MQTT在UWP下的使用可以參考：http://www.cnblogs.com/Yixin-ran/archive/2016/10/21/mqtt.html

要在UWP下使用MQTT需要安裝nuget包m2mqtt

在這里我還是貼一下MQTT的連接代碼：

 

 public class Mqtt : MqttClient
    {

        public Mqtt(string host) : base(host, 61613, false, MqttSslProtocols.None)
        {
            Connect(Guid.NewGuid().ToString(), "admin", "password");
            Subscribe(new string[] { "atmo" }, new byte[] { MqttMsgBase.QOS_LEVEL_EXACTLY_ONCE });
           // PostData("Hello World!");
        } 
        public void RequestData(string msg)
        {
            Publish("atmo", Encoding.UTF8.GetBytes(msg));
        }
        public void PostData(string msg)
        {
            Publish("atmo", Encoding.UTF8.GetBytes(msg));
        }
    }

 

Sqlite實現：

要在UWP下使用Sqlite需要先安裝VS擴展Sqlite for Universal Windows Platform和Nuget包SQLite.Net-PCL。關於sqlite的詳細使用方法參照：http://www.cnblogs.com/yanxiaodi/p/4941312.html

下面是本系統中Database類：

  public class DataBase : SQLiteConnection
    { public static string path = Path.Combine(ApplicationData.Current.LocalFolder.Path, "atmo.db");public DataBase() : base(new SQLitePlatformWinRT(), path)
        {
            CreateTable<DataModel>();
        }
    }

INotifyPropertyChanged接口實現

 public class ViewModelBase : INotifyPropertyChanged
    {
        public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
        protected void OnPropertyChanged([CallerMemberName]string name = "")
        {
            PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(name));
        }
    }

 

樹莓派GPIO圖

 

硬件連接圖：

傳感器引腳圖：

項目地址：https://github.com/yixinin/Yixin.Atom

該項目還不完善，歡迎大家補充和指正！

有任何問題可以聯系我的Email：[e-mail]