軟件工程師樹莓派獲取室內溫濕度的坎坷之旅


 

背景

前幾天公司接受到了一份來自阿里飛天園區,IOT部門的小禮物。由於上司比較忙,無暇去顧及。

當時尚未開封,我好奇是什么,於是就急忙忙的拆開,發現是Raspberry Pi 3(樹莓派3)。我覺得挺好玩的,就接過來了,於是上司就興起,就讓我拿這個小玩意去驗證阿里物聯網平台上的相關組件。於是,就有了這個軟件工程師樹莓派實現室內溫濕度坎坷之旅!

以下是開箱的東西:

  1. 樹莓派3(Raspberry Pi 3 Model B+)

    • 樹莓派3代B+板

    • 樹莓派USB電源適配器5V@2.5A

  2. 創客社區控制器(DFROBOT)

    • 數根樹莓派排線

    • DHT11模塊(溫濕度傳感器)

    • LED模塊

 

 

裝機

下載官網鏡像

樹莓派官網,點擊Downloads,在所列鏡像的最上面,

其中Raspbian是Raspberry Pi所有型號的官方操作系統。

下面鏡像有以下2種:

  1. NOOBS:適合初學者的簡易操作系統安裝程序

  2. RASPBIAN:官方支持Raspberry Pi操作系統---基於Debian

 

我選擇點擊下載第二種的系統。點擊完之后,你會發現,RASPBIAN有2種類型讓你選擇

  • 帶有操作界面,Raspbian預裝了大量用於教育,編程和一般用途的軟件。它有Python,Scratch,Sonic Pi,Java等。

  • 不帶有操作界面的LITE版本

對於我這種初次接觸樹莓派的人,我選擇下載帶有操作界面的RASPBIAN系統。

SD卡格式化

目的: 把SD卡放到TF讀卡器中,插入你的電腦中,把SD卡格式化為FAT32格式。

🏁 鼠標右鍵SD卡的盤符,點擊格式化。在格式化窗口文件系統中選擇“[FAT32]”,然后選擇在格式化選項中選擇“[快速格式化]”,開點開始,等到完成即可。

🐧 安裝GParted,右鍵SD卡的盤符,右鍵格式化,並選擇FAT32,選擇格式化即可。

 

鏡像的燒寫

🏁 ​ 你需要下載一個Win32diskimager程序,然后把SD卡插入讀卡器中,將上面下載的鏡像拷入SD卡,完成之后,把SD卡從讀卡器取下來,插入樹莓派。

🐧

  • 下載好了之后打開zip文件所在文件夾,輸入以下命令,進行解壓。

 unzip 2018-10-09-raspbian-stretch.zip

替換上自己下好的zip文件名稱 得到2018-10-09-raspbian-stretch.img文件,此文件就是我們要的鏡像。

 

  • 得到鏡像文件后,我們要將此鏡像文件寫入事先准備的TF卡內。將TF卡放入讀卡器,然后接入電腦。使用

sudo fdisk -l

命令查看此設備的名稱,在我的電腦上是/dev/sdb。

 

  • 知道讀卡器的設備路徑后,我們用dd命令來將鏡像文件寫入到TF卡內。命令如下:

sudo dd if=2018-10-09-raspbian-stretch.img of=/dev/sdc bs=2M

其中if=后面的是鏡像文件名;of=后面是讀卡器的設備路徑。回車,執行命令等它執行完畢。

刻錄過程是需要一段時間的,刻錄完成了之后終端是會有顯示的。

 

 

鏡像刻錄完成之后把tf卡放入卡槽內,把電源線插入后會看到小紅燈旁邊的小綠燈會閃爍,沒有插卡的時候只會亮紅燈,表示電源接通。綠燈閃爍表示鏡像燒寫是正確的,樹莓派已經成功的打開。現在可以接上顯示屏和鍵盤。

如下圖所看到的樣子

 

 

樹莓派與溫濕度采集模塊連接

樹莓派3b引腳圖

先貼一張樹莓派3b的引腳圖:

 

在連線的時候注意編碼方式,注意樹莓派引腳圖的方向,如上圖所示。

DHT11

DHT11是一款有已校准數字信號輸出的溫濕度傳感器。 其精度濕度+-5%RH, 溫度+-2℃,量程濕度20-90%RH, 溫度0~50℃。分為3個接口,分別為:VCC, DATA, GND

引腳號 名稱 類型 說明
1 VCC 電源 +級,輸入3V-5.5V
2 DATA 數據輸出 輸出引腳
3 GND 接地 接地引腳

 

引腳鏈接

我用的是三個頭的dht11傳感器,因此連線方式是:

VCC(或正極) --- 樹莓派的3v電源

GND (地線或者負極)--- 樹莓派的gnd接口

DATA (D或者out) ---樹莓派的GPIO引腳

 

1.VCC接上3V,可以選擇1口或者17

2.DATA接上GPIO口,我選的是GPIO4,第7

3.GND接上接地口,我選的是第14

 

Python獲取室內溫濕度

安裝Python3

首先測試一下樹莓派3安裝的python版本。

 

sudo apt-get install python3
 

因為Ubuntu很多底層采用的是Python2.*,Python3和Python2是互相不兼容的,所以此時不能卸載Python2,需要將默認Python的指向Python3。

首先,刪除usr/bin/目錄下的默認python link文件。

sudo rm -rf /usr/bin/python

 

然后打開終端輸入如下命令行,建立新的連接關系

sudo ln -s /usr/bin/python3.5 /usr/bim/python

 

然后測試一下python版本是否正確,命令行輸入python即可。

 

編寫Python代碼

#!/usr/bin/python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
 
channel =4
data = []
j = 0
 
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 
time.sleep(1)
 
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)
GPIO.output(channel, GPIO.LOW)
time.sleep(0.02)
GPIO.output(channel, GPIO.HIGH)
GPIO.setup(channel, GPIO.IN)
 
while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
  continue
while GPIO.input(channel) == GPIO.HIGH:
  continue
 
while j < 40:
  k = 0
  while GPIO.input(channel) == GPIO.LOW:
    continue
  while GPIO.input(channel) == GPIO.HIGH:
    k += 1
    if k > 100:
      break
  if k < 8:
    data.append(0)
  else:
    data.append(1)
 
  j += 1
 
print("sensor is working.")
print(data)
 
humidity_bit = data[0:8]
humidity_point_bit = data[8:16]
temperature_bit = data[16:24]
temperature_point_bit = data[24:32]
check_bit = data[32:40]
 
humidity = 0
humidity_point = 0
temperature = 0
temperature_point = 0
check = 0
 
for i in range(8):
  humidity += humidity_bit[i] * 2 ** (7-i)
  humidity_point += humidity_point_bit[i] * 2 ** (7-i)
  temperature += temperature_bit[i] * 2 ** (7-i)
  temperature_point += temperature_point_bit[i] * 2 ** (7-i)
  check += check_bit[i] * 2 ** (7-i)
 
tmp = humidity + humidity_point + temperature + temperature_point
 
if check == tmp:
  print("temperature :", temperature, "*C, humidity :", humidity, "%")
else:
  print("wrong")
  print("temperature :", temperature, "*C, humidity :", humidity, "% check :", check, ", tmp :", tmp)
 
GPIO.cleanup()

 

展示結果

 

為了測試結果是否准確,我把手指放到傳感器上,測試的數據為:

測試無誤~~~.

 

MQTT發布消息到代理服務器

安裝paho-mqtt

使用pip工具安裝paho-mqtt,輸入以下指令即可:

sudo pip install paho-mqtt

Python發布消息Demo

import paho.mqtt.client as mqtt
import time
import json
​
#當代理響應連接請求時調用。
#rc的值決定了連接成功或者不成功
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code " + str(rc))
​
#當收到關於客戶訂閱的主題的消息時調用
def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic + " " + str(msg.payload))
​
​
client = mqtt.Client()
#客戶端初始化,設置客戶端id等信息
client.reinitialise(client_id="test01",clean_session=True,userdata=None)
#客戶端設置用戶名,密碼信息
client.username_pw_set(username="123456",password="2236FDE7A9744017E25C95B333E5D546AF354F74463EF6FDABA09AC20C19306979DA982C9659877D4896336A7E3484F12B1BAFF773B8343A2AA75CC9EC8B51B2")
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
​
#組裝json數據
s = {'name':'mushuwei','age':24}
jo = json.dumps(s)
​
try:
    #connect()函數將客戶端連接到代理。 這是一個阻塞函數。
    client.connect("127.0.0.1", 1883, 600)
    while True:
        #從客戶端發送消息給代理。 publish(topic, payload=None, qos=0, retain=False)
        client.publish('test', payload=jo, qos=0)
        time.sleep(1)
    client.loop_forever(timeout=1.0,max_packets=1,retry_first_connection=False)
except KeyboardInterrupt:
    client.disconnect()
​

 


將上面獲取到的溫濕度數據放在一個函數里,組裝成json數據,放到負載里,發布消息給代理。即可!

訂閱test主題的客戶端數據展示如下:

 

 

 

至於MQTT代理服務器代碼的編寫,可以參考我之前寫的文章:

其他

關於IOT市場與技術模擬詳解到這里就結束了。

原創不易,如果感覺不錯,希望給個推薦!您的支持是我寫作的最大動力!

下文會大家逐步用Netty實現MQTT協議的IOT服務器。

版權聲明:

作者:穆書偉

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github出處:https://github.com/sanshengshui    

個人博客出處:https://sanshengshui.github.io/


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