軟件工程師樹莓派獲取室內溫溼度的坎坷之旅

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。因爲上司比較忙，無暇去顧及。

當時還沒有開封，我好奇是什麼，因而就急忙忙的拆開，發現是Raspberry Pi 3(樹莓派3)。我以爲挺好玩的，就接過來了，因而上司就興起，就讓我拿這個小玩意去驗證阿里物聯網平臺上的相關組件。因而，就有了這個軟件工程師樹莓派實現室內溫溼度坎坷之旅!

如下是開箱的東西:

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(溫溼度傳感器)
   • 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全部型號的官方操做系統。

下面鏡像有如下2種：

1. NOOBS:適合初學者的簡易操做系統安裝程序
2. RASPBIAN:官方支持Raspberry Pi操做系統---基於Debian

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

• 帶有操做界面，Raspbian預裝了大量用於教育，編程和通常用途的軟件。它有Python，Scratch，Sonic Pi，Java等。
• 不帶有操做界面的LITE版本

對於我這種初次接觸樹莓派的人，我選擇下載帶有操做界面的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卡格式化爲FAT32格式。

:checkered_flag: 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]」，而後選擇在格式化選項中選擇「[快速格式化]」，開點開始，等到完成便可。

:penguin: 安裝GParted,右鍵SD卡的盤符，右鍵格式化，並選擇FAT32，選擇格式化便可。

鏡像的燒寫

:checkered_flag: ​ 你須要下載一個Win32diskimager程序，而後把SD卡插入讀卡器中，將上面下載的鏡像拷入SD卡，完成以後，把SD卡從讀卡器取下來，插入樹莓派。

:penguin:

• 下載好了以後打開zip文件所在文件夾，輸入如下命令，進行解壓。

unzip 2018-10-09-raspbian-stretch.zip
複製代碼

替換上本身下好的zip文件名稱 獲得2018-10-09-raspbian-stretch.img文件，此文件就是咱們要的鏡像。

• 獲得鏡像文件後，咱們要將此鏡像文件寫入事先準備的TF卡內。將TF卡放入讀卡器，而後接入電腦。使用

sudo fdisk -l
複製代碼

命令查看此設備的名稱，在個人電腦上是/dev/sdb。

• 知道讀卡器的設備路徑後，咱們用dd命令來將鏡像文件寫入到TF卡內。命令以下：

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

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

刻錄過程是須要一段時間的，刻錄完成了以後終端是會有顯示的。

鏡像刻錄完成以後把tf卡放入卡槽內，把電源線插入後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。如今能夠接上顯示屏和鍵盤。

以下圖所看到的樣子

樹莓派與溫溼度採集模塊鏈接

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是一款有已校準數字信號輸出的溫溼度傳感器。 其精度溼度+-5%RH， 溫度+-2℃，量程溼度20-90%RH， 溫度0~50℃。分爲3個接口，分別爲：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

引腳連接

我用的是三個頭的dht11傳感器，所以連線方式是：

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，能夠選擇1口或者17口

2.DATA接上GPIO口，我選的是GPIO4，第7口

3.GND接上接地口，我選的是第14口

Python獲取室內溫溼度

安裝Python3

首先測試一下樹莓派3安裝的python版本。

sudo apt-get install python3
複製代碼

由於Ubuntu不少底層採用的是Python2.*，Python3和Python2是互相不兼容的，因此此時不能卸載Python2，須要將默認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
複製代碼

而後打開終端輸入以下命令行，創建新的鏈接關係

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

而後測試一下python版本是否正確，命令行輸入python便可。

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()
複製代碼

展現結果

爲了測試結果是否準確，我把手指放到傳感器上，測試的數據爲：

測試無誤~~~.

MQTT發佈消息到代理服務器

安裝paho-mqtt

使用pip工具安裝paho-mqtt，輸入如下指令便可：

sudo pip install paho-mqtt
複製代碼

Python發佈消息Demo

import paho.mqtt.client as mqtt
import time
import json

#當代理響應鏈接請求時調用。
#rc的值決定了鏈接成功或者不成功
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（）函數將客戶端鏈接到代理。 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()


複製代碼

將上面獲取到的溫溼度數據放在一個函數裏，組裝成json數據，放到負載裏，發佈消息給代理。便可!

訂閱test主題的客戶端數據展現以下:

至於MQTT代理服務器代碼的編寫，能夠參考我以前寫的文章:

• IOT高性能服務器實現之路

• Netty實現高性能IOT服務器(Groza)之手撕MQTT協議篇上

• Netty實現高性能IOT服務器(Groza)之精盡代碼篇中

其餘

關於IOT市場與技術模擬詳解到這裏就結束了。

原創不易，若是感受不錯，但願給個推薦！您的支持是我寫做的最大動力！

下文會你們逐步用Netty實現MQTT協議的IOT服務器。

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做者：穆書偉

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