Двойной сервер данных температуры IoT: 12 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Это моя первая попытка написать Instructable, поэтому, пожалуйста, не торопитесь! Если вы считаете, что это не так уж и плохо, тогда проголосуйте за меня в Конкурсе впервые написанных авторов.

Это мой проект Lock-Down для удаленного мониторинга двух температур в теплице: одна на уровне пола и одна под крышей. Хотя я и раньше использовал Raspberry Pi (RPi), этот проект включал в себя несколько элементов, которые я не использовал, и по ходу дела я обнаружил несколько устаревших или просто неправильных руководств. Это мой набор знаний для создания работающего двойного удаленного монитора температуры из Pi Zero и 2 DS18B20 + однопроводных цифровых датчиков температуры, которые были приобретены в процессе.

Что я узнал:

• Предоставление доступа к данным с устройства в рамках Интернета вещей (IoT)
• Интерфейс 1-Wire с 2 устройствами
• Данные
• Данные JSON
• Настройка брандмауэра UFW
• Использование Freeboard.io для отображения данных
• Настройка RPi для автозапуска программы

Существует огромное количество данных, которые можно найти с помощью простого поиска по всем этим темам, но не так ясно то, как объединить все эти отдельные элементы.

Запасы

• Вам понадобится Raspberry Pi (с монитором, мышью и клавиатурой для настройки, но не при запуске готового проекта)
• Работающее интернет-соединение.
• Блок питания с разъемом Micro USB
• 2 однопроводных цифровых датчика температуры DS18B20 +. Я обнаружил, что Amazon был самым дешевым
• Резистор 4К7 Ом или я использовал 2 резистора 10КОм.
• Небольшой макет и несколько мужских / женских проводов для тестирования на стенде
• Небольшой кусок картона для окончательной сборки
• Простые инструменты для пайки и снятия изоляции с проводов.
• Небольшой пластиковый ящик для готовой конструкции

Шаг 1. Аппаратное обеспечение

У меня уже был Raspberry Pi Zero W (с беспроводной связью), но я уверен, что этот простой проект будет нормально работать на любом из RPI. В коробке со странными электронными битами в моей мастерской было все остальное (макетная плата, провод, блок питания и т. Д.), Поэтому все, что мне нужно было купить, это два датчика 2 x DS18B20 от Amazon. Это обычные микросхемы DS18B20, просто удобно установленные в водонепроницаемом корпусе с кабелем длиной 3 м. От кабеля идет 3 провода:

• Красный - питание - подключите к выводу 1 3,3 В
• Черный - возврат - подключить к заземлению контакт 6
• Желтый - данные - подключите к выводу 7 GPIO4

Датчики используют интерфейс 1-Wire, их очень легко подключить и получить данные. В Интернете есть несколько страниц с подробной информацией о подключении 1 устройства, но очень мало сведений о подключении 2 (или более).

Для тестирования на стенде схема была собрана на макетной плате. В учебных пособиях, которые я нашел, было указано, что для смещения линии передачи данных используется резистор 4K7, но я не смог найти его, поэтому использовал 2 * 10K параллельно, и он работал нормально. В Интернете есть множество ресурсов по использованию макетов для сборки схем RPi, поэтому я не буду их здесь повторять.

Схема, созданная с помощью Circuit Diagram

Шаг 2: Настройка программного обеспечения ОС Raspberry Pi

Поскольку я использовал этот RPi раньше, я решил начать с чистой установки ОС, переформатировал SD-карту и установил чистую версию NOOBS. Затем я установил полную настольную версию Raspian (верхний вариант), так как при этом также будут установлены PIP и GIT, которых нет в облегченной версии. Несмотря на то, что мне не требовался графический интерфейс пользователя (GUI) для проекта, это простой способ настроить все параметры, а с SD-картой емкостью 16 ГБ недостатка места не было.

Я настроил доступ к WI-FI, затем запустил полную установку, а затем мастер с обновлениями и обновлениями и т. Д. Используя графический интерфейс, я настраиваю RPI по мере необходимости только потому, что использование графического интерфейса проще, чем интерфейс командной строки (CLI). Я перешел в окно конфигурации из меню, а затем:

• На вкладке системы я изменил пароль, установил загрузку в CLI и снял флажок Auto Login
• На вкладке интерфейсов я включил 1-wire
• Нажал ОК и перезагрузился

Если вам нужно вернуться к графическому интерфейсу в любое время, просто введите startx в интерфейсе командной строки.

startx

Шаг 3. Настройте Dataplicity для разрешения удаленного доступа

Я нашел действительно полезную запись в блоге на сайте Dataplicity по адресу https://blog.dataplicity.com/how-to-build-a-raspb… и использовал несколько ее частей. В разделе 3 блога описывается настройка Dataplicity для удаленного доступа к RPi. Я никогда раньше не использовал Dataplicity, но должен сказать, что настоятельно рекомендую его как очень простой инструмент удаленного доступа. Хотя скриншоты (в блоге выше) немного устарели, в принципе все в порядке.

На своем ПК перейдите на Dataplicity.com и создайте учетную запись (вы можете использовать браузер в графическом интерфейсе пользователя, но это будет довольно медленно на RPi Zero). Затем нажмите кнопку «Добавить новое устройство», и во всплывающем окне отобразится строка кода. Затем перейдите в интерфейс командной строки RPi и введите строку текста. Если все в порядке, отобразится логотип Dataplicity и запустится программа установки.

Вернувшись на ваш компьютер, новое устройство должно появиться на веб-сайте Dataplicity. Щелкните устройство, и вы должны увидеть экран терминала для вашего RPi.

Здесь следует отметить несколько моментов:

• Чтобы войти в систему, введите «su pi» (для доступа суперпользователя), и вам будет предложено ввести пароль (установленный ранее).
• Вам необходимо включить Wormhole (чтобы использовать позже)
• Вам понадобится адрес червоточины для отображения данных позже (щелкните правой кнопкой мыши, чтобы скопировать, когда это необходимо)

Вы можете использовать этот удаленный доступ для всех следующих шагов, и он намного проще для копирования данных, программ и т. Д., Чем непосредственно на RPi.

Шаг 4: проверьте датчики

Теперь вы можете использовать Dataplicity для удаленного доступа к RPI для всех следующих разделов.

Если теперь все подключено нормально, вы должны увидеть, что температура возвращается с DS18B20. Я проработал руководство Pi Hut, но большей части этого не требовалось. Если вам нужна полная информация, их можно найти здесь:

Важные биты - перейти в каталог устройств и убедиться, что показаны 2 разных датчика.

cd / sys / bus / w1 / устройства /

Это должно показать 2 устройства, начиная с 28- и мастер шины. Мои показывает:

28-011453ebfdaa 28-0114543d5daa w1_bus_master1

Эти 2 идентификационных номера важны и понадобятся позже! Затем перейдите в один из каталогов датчиков:

cd 28-011453ebfdaa

(например), а затем для считывания значения с датчика

кошка w1_slave

Должны быть показаны 2 строки текста:

53 01 4b 46 7f ff 0c 10 2d: crc = 2d ДА

53 01 4b 46 7f ff 0c 10 2d t = 21187

ДА показывает, что датчик считывает правильно, а 21187 показывает температуру в градусах Цельсия, равную 21,187 (разделить на 1000). Повторите это, чтобы проверить второй датчик. Если оба прочитаны нормально, мы можем перейти к чтению данных с помощью Python3.

Я скопировал и адаптировал следующий код, который нашел в Интернете, но не могу вспомнить, откуда. Если это похоже на ваш код, я прошу прощения, так как плагиат не был предназначен; пожалуйста, дайте мне знать, и я буду признателен за вашу работу.

Создайте каталог с именем projects и перейдите в этот каталог.

mkdir ~ / проекты

cd ~ / проекты

В этом каталоге с помощью текстового редактора (nano) создайте и отредактируйте файл с именем thermo-test.py.

sudo nano thermo-test.py

Это должно было открыть редактор, и, поскольку вы используете Dataplicity, вы можете просто скопировать следующий код ниже (thermo-test.py) и вставить в редактор. Вам нужно будет изменить 2 имени устройства (начиная с 28-…) на указанные выше. Когда все будет выглядеть правильно, нажмите ctrl + X, чтобы закончить, Y, чтобы сохранить, и вернитесь, чтобы использовать существующее имя. Если вы предпочитаете использовать графический интерфейс, Тонни сделает то же самое.

Чтобы запустить тестовую программу:

sudo python3 thermo-test.py

Если все в порядке, это должно запустить файл с использованием python 3 и распечатать на экране 2 температуры каждые 10 секунд. Вы можете проверить, все ли в порядке, поместив 1 датчик в ледяную воду или осторожно нагревая феном. Если все в порядке, то можно двигаться дальше!

Шаг 5: межсетевой экран UFW

Поскольку этот RPi должен был быть постоянно подключен к Интернету, я решил, что брандмауэр будет хорошей идеей, а простой в использовании - несложный брандмауэр (ufw). Здесь есть очень простой учебник

Я не буду вдаваться в подробности, так как это не является целью данного руководства, но вкратце:

Установите брандмауэр с помощью:

sudo apt-get install ufw

Установите правила по умолчанию:

sudo ufw по умолчанию разрешить исходящие

sudo ufw default deny incoming

Откройте порт 80 для Dataplicity

sudo ufw разрешить 80

Включите брандмауэр

sudo ufw enable

Проверьте статус и убедитесь, что все работает

sudo ufw статус

Шаг 6: S завершение данных температуры как JSON

Вернемся к блогу Тима Фернандо и разделу 5.

Следуйте инструкциям, как указано (за исключением того, что мы уже создали каталог проектов), и все должно работать нормально. Используя GIT, вы загрузите файлы приложения Тима, и PIP обеспечит установку всех необходимых программ на ваш RPi. Затем я обнаружил, что мне нужно перезагрузить компьютер, чтобы убедиться, что все пакеты настроены правильно.

Затем запустите программу Тима, и ваш RPi должен предоставить данные JSON для первого датчика.

cd home / pi / projects / temperature-serve-pi

температура sudo gunicorn: app -b 0.0.0.0:80

Вы можете перейти через блог к разделу 6, где вы найдете данные для одного из датчиков.

Вы также можете использовать JSON Viewer для просмотра данных https://codebeautify.org/jsonviewer Нажмите кнопку «загрузить URL» и вставьте адрес червоточины, указанный ранее. На левой панели вы должны увидеть две записи, одну для Цельсия и одну для Фаренгейта.

Шаг 7: отправьте данные с обоих датчиков

На основе кода в файлах temperature.py и thermo-test.py я создал 2temps.py, отредактированный, как и раньше, в каталоге / projects / temperature-serve-pi, вставил в код и сохранил. Я тогда побежал

sudo gunicorn 2temps: приложение -b 0.0.0.0:80

Теперь, когда я повторно запустил JSON Viewer, я получил значения для temp1 и temp2.

Успех:)

Шаг 8: автоматический запуск

Поскольку питание теплицы иногда отключается, я хотел, чтобы RPi автоматически загружал программу и начинал проверку данных. Самый простой способ - отредактировать файл rc.local и добавить требуемый код внизу чуть выше строки exit 0.

компакт-диск и т. д.

sudo nan rc.local

затем надстройка

спать 10

cd home / pi / projects / temperature-serve-pi sudo gunicorn temp04: app -b 0.0.0.0:80 &

• Знак & в конце указывает компьютеру запустить сценарий во вспомогательной оболочке, чтобы компьютер не ждал завершения функции и продолжил загрузку.
• Сон 10 [секунды] гарантирует, что все предыдущие операции выполнены перед запуском службы.

Выйдите и сохраните как раньше. Затем перезагрузитесь и повторно запустите JSON Viewer, чтобы убедиться, что все в порядке.

Если вам нужна дополнительная информация об автозапускаемых программах, здесь есть отличный учебник

Шаг 9: Отобразите данные на Freeboard.io (1)

В общем, шаги в блоге Тима работают нормально; создайте учетную запись на www.freeboard.io, а затем создайте новый Freeboard, я назвал свой SHEDTEMPERATURES.

Сначала добавьте источник данных, нажмите ДОБАВИТЬ в правом верхнем углу и во всплывающем окне выберите JSON в качестве типа, дайте источнику данных ИМЯ, добавьте адрес червоточины, полученный ранее в качестве URL-адреса, и нажмите НЕТ, чтобы ПОПРОБОВАТЬ THINGPROXY. Температура меняется очень медленно, поэтому ОБНОВЛЯЙТЕ каждые 15 секунд. Щелкните СОХРАНИТЬ.

Шаг 10: отобразите данные на Freeboard.io (2)

Щелкните ДОБАВИТЬ ПАНЕЛЬ, а затем +, чтобы добавить первый виджет. Вы можете выбирать и играть с различными ТИПАМИ, но я обнаружил, что Gauge вполне подходит. Дайте подходящее НАЗВАНИЕ, ЕДИНИЦЫ (C), МИНИМУМ и МАКСИМУМ в соответствии с вашим приложением. Для DATASOURCE нажмите +, и появится созданный выше источник.

В раскрывающемся списке теперь должны отображаться 2 источника данных JSON (temp2 и temp2), созданные ранее. Выберите соответствующий источник и нажмите «Сохранить».

Повторите это для второго датчика, и все готово.

Теперь данные должны отображаться на 2 датчиках, и если у вас все еще есть PRi, подключенный к монитору, вы должны видеть запросы от Freeboard.io по мере их поступления.

Шаг 11: Соберите проект в коробку

До этого момента RPi и другие компоненты собирались на стенде с использованием макета. Затем был использован небольшой кусок картона, чтобы заменить макетную плату, и все выводы были припаяны на место.

Была обнаружена ярко-розовая маленькая коробка для хранения Lego, в которой было много места и где RPI не становился слишком горячим. По бокам коробки были просверлены отверстия, и 3-миллиметровые нейлоновые монтажные стойки использовались для фиксации RPi и картона на месте.

Требуется только 3 подключения от GPIO, 3,3 В, GND и данных.

• 3.3vdc контакт 1
• GND контакт 6
• Данные (GPIO4) контакт 7

Также в коробке были добавлены отверстия для USB-питания и кабелей к датчикам температуры. После того, как все было установлено на место, было добавлено небольшое количество силиконового герметика, чтобы пауки не сочли это теплым местом для зимовки!

Шаг 12: Готово

Коробку поместили в теплицу и запитали от зарядного устройства USB. Два датчика были помещены один в верхней части теплицы, а другой - на горшок с растением, чтобы проверить, насколько холодно саженцы становятся ночью.

Это моя первая инструкция, и я надеюсь, вы думаете, что это нормально. Если вы обнаружите какие-либо ошибки, пожалуйста, дайте мне знать, и я исправлю, где это необходимо. Следующим шагом может быть запись данных каждые (скажем) 60 секунд, но это будет позже.