用Raspberry Pi搭建Azure IOT解決方案

Raspberry Pi是一款基於Linux的單板機電腦。它由英國的樹莓派基金會所開發，目的是以低價硬件及自由軟件刺激在學校的基本計算機科學教育。樹莓派配備一枚博通（Broadcom）出產的ARM架構700MHz BCM2835處理器，256MB內存（B型已升級到512MB內存），使用SD卡看成存儲媒體，且擁有一個Ethernet、兩個USB接口、以及HDMI（支持聲音輸出）和RCA端子輸出支持。樹莓派只有一張信用卡大小，體積大概是一個火柴盒大小，能夠運行像《雷神之錘III競技場》的遊戲和進行1080p視頻的播放。操做系統採用開源的Linux系統如Debian、ArchLinux，自帶的Iceweasel、KOffice等軟件，可以知足基本的網絡瀏覽、文字處理以及電腦學習的須要。

固然Raspberry Pi也能夠成爲最佳的IOT的終端設備，經過傳感器收集數據，以供後臺系統進行分析等。

一．Raspberry Pi的數據採集

本文采用Raspberry Pi 2B，有4個USB接口，一個Ethernet接口，一個HDMI接口，一個MicroSD插槽，一個3.5毫米音頻插孔和複合視頻，攝像頭接口（CSI），顯示接口（DSI），另外還有一個40Pin的GPIO接口。

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價格在210元左右。

另外，Raspberry Pi的傳感器有多種多樣。能夠經過GPIO的接口進行鏈接。本文采用的是集成的傳感器: Sense Hat。

Sense Hat保護多種傳感器：陀螺儀、加速度計、磁力儀、溫度、氣壓、溼度。另外還包含一個8×8 RGB LED matrix和一個Joystick的活動手柄。

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價格在240元左右。

將Sense Hat與Pi鏈接，而後系統開機上電。默認的操做系統爲Linux系統Raspbian，是從Debian演進來的。關於其由來能夠參考：

http://arstechnica.com/information-technology/2013/03/how-two-volunteers-built-the-raspberry-pis-operating-system/2/

在Bash Shell中編寫Python2.7的程序，得到溫度傳感器數據：

#!/usr/bin/python

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

sense.clear()

temp = sense.get_temperature()

print(temp)

運行此程序，能夠在屏幕上打印目前的溫度。

一樣，能夠經過get_humidity()和get_pressure()等方法得到其餘傳感器的數值。

具體的Sense-hat的各類python方法，請參考：

https://pythonhosted.org/sense-hat/api/

 

二．在Azure上建立Event Hub、Stream Analytics和SQL Azure DB

1.建立Event hub：

選擇Custom create：

填寫相應的信息後輸入：

這樣就建立了Event Hub的一個PaaS的服務。在配置中，建立一個Shared Access Policies：

Save之後能夠得到其SharedAccessKey：

2.建立SQL Azure Database

在Azure管理界面中選擇SQL DB。在Server中選擇Add:

輸入用戶名和密碼。建立SQL Server。

而後選擇建立SQL Database：

建立好後，把本機的地址加入SQL的白名單：

使用SQL的客戶端鏈接數據庫：

在Options中選擇數據庫：

登錄後建立table：

Create table [dbo].[hwtest1] (

Time Datetime2 (6) Null,

DeviceId Varchar (16) Null,

Temperature Float (53) Null,

Humidity Float (53) Null

);

GO

Create clustered index [hwtest1] on [dbo].[hwtest1] ([DeviceId] ASC);

3.建立Stream Analytics

建立成功後，在Input中添加Input：

選擇Event Hub：

而後添加Event Hub的設置：

在事件格式中選擇JSON和UTF8

建立Output：

選擇SQL Database，添加SQL的配置：

在Query的設置中加入下面的配置：

這裏的DeviceId，Temperature，Humidity等參數必須在Python程序、Stream Analytics和SQL中相同。不然數據將不能取到。

Input、Output和Query設置好後就能夠啓動此Job了。

三．將Raspberry Pi的數據上傳到Azure的Event Hub

在Raspberry Pi上安裝Azure的SDK：

pip install azure

安裝完成後，更改Azure Service Bus的endpoint。請參考：

https://msdn.microsoft.com/en-us/library/azure/dn578439.aspx

對於Python的endpoint更改：

在/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/azure/servicebus/constants.py

修改31行的配置

#SERVICE_BUS_HOST_BASE = '.servicebus.windows.net'

SERVICE_BUS_HOST_BASE = '.servicebus.chinacloudapi.cn'

 

建立Python程序：

#!/usr/bin/python

from azure.servicebus import ServiceBusService

from sense_hat import SenseHat

from time import sleep

import json;

sense = SenseHat()

sbs = ServiceBusService("hwtest", shared_access_key_name="hwtest", shared_access_key_value="xxxxxx=")

while True:

temp1 = sense.get_temperature()

humi = sense.get_humidity()

press = sense.get_pressure()

temp= {'DeviceId': 'dev-01', 'Temperature': temp1, 'Humidity': humi}

sbs.send_event('hwtest', json.dumps(temp))

sleep(60)

調試程序讓其後臺運行。

四．查看數據

Raspberry Pi運行後，數據將發送到Azure的Event Hub。

在Pi上能夠經過tcpdump查看是否有https的包發送：

tcpdump port 443

 

在Stream Analytics上能夠查看事件的狀況：

若是既有input又有output，說明配置正常。

在Sql客戶端上查詢：

Select * from hwtest1;

五．經過Excel和PowerBI對數據進行分析

目前Raspberry Pi的數據已經上傳到了Event Hub，通過Stream Analytics發送到了SQL Server的表中。用戶的展示能夠經過Exel，PowerBI實現。

1.Exel的展示：

在Excel中選擇數據，選擇"自其餘來源"，選擇"來自SQL Server"。

設置SQL Server:

選擇相應的數據庫和相應的表：

導入數據後，能夠選擇"插入"，選擇"數據透視圖"：

在進行相應的選擇後，將顯示數據透視圖：

2.經過PowerBI實現展示

打開網站: http://powerbi.microsoft.com

下載Desktop的軟件，進行安裝。

在客戶端軟件上進行SQL的鏈接配置:

此時能夠看到SQL中的表：

選擇import：

選擇相應的配置，就能夠把數據以折線的形式展示出來：

至此，全部的工做結束。