เซิร์ฟเวอร์ข้อมูลอุณหภูมิคู่ IoT: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

นี่เป็นความพยายามครั้งแรกของฉันในการเขียน Instructable และดังนั้นโปรดทำตามใจฉัน! หากคุณคิดว่ามันไม่แย่เกินไป โปรดลงคะแนนให้ฉันในการประกวด First Time Author Contest

นี่เป็นโครงการ Lock-Down ของฉันเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิ 2 อุณหภูมิในเรือนกระจกจากระยะไกล โดยแห่งหนึ่งอยู่ที่ระดับพื้นและอีกแห่งหนึ่งอยู่ใต้หลังคา แม้ว่าฉันจะเคยใช้ Raspberry Pi (RPi) มาก่อน แต่โปรเจ็กต์นี้มีองค์ประกอบหลายอย่างที่ฉันไม่ได้ใช้ และระหว่างทาง ฉันพบบทช่วยสอนหลายอย่างที่ล้าสมัยหรือผิดพลาด นี่คือการรวบรวมความรู้ของฉันในการสร้างเครื่องวัดอุณหภูมิระยะไกลแบบคู่ที่ใช้งานได้จาก Pi Zero & 2 DS18B20+ One Wire Digital Temperature Sensors ที่ได้มาระหว่างทาง

สิ่งที่ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับ:

• การทำให้ข้อมูลพร้อมใช้งานจากอุปกรณ์เป็นส่วนหนึ่งของ Internet of Things (IoT)
• 1-Wire อินเทอร์เฟซ 2 อุปกรณ์
• Dataplicity
• ข้อมูล JSON
• การตั้งค่าไฟร์วอลล์ UFW
• ใช้ Freeboard.io เพื่อแสดงข้อมูล
• การกำหนดค่า RPi เพื่อให้โปรแกรมทำงานอัตโนมัติ

มีข้อมูลจำนวนมากที่สามารถค้นหาได้ด้วยการค้นหาง่ายๆ ในหัวข้อเหล่านี้ทั้งหมด แต่สิ่งที่ไม่ชัดเจนนักคือวิธีการรวมองค์ประกอบที่แยกจากกันทั้งหมดเหล่านี้เข้าด้วยกัน

เสบียง

• คุณจะต้องมี Raspberry Pi (พร้อมจอภาพ เมาส์ & คีย์บอร์ดสำหรับการตั้งค่า แต่ไม่ใช่เมื่อใช้งานโครงการที่เสร็จสิ้น)
• การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่ใช้งานได้
• PSU พร้อมขั้วต่อ Micro USB
• 2 ของ DS18B20+ One Wire Digital Temperature Sensors ฉันพบว่า Amazon ถูกที่สุด
• ตัวต้านทาน 4K7 โอห์ม หรือฉันใช้ตัวต้านทาน 10K โอห์ม 2 ตัว
• เขียงหั่นขนมขนาดเล็กและสายไฟชาย/หญิงสองสามเส้นสำหรับทดสอบบนม้านั่ง
• แผ่นเล็กสำหรับประกอบขั้นสุดท้าย
• เครื่องมือง่ายๆ สำหรับการบัดกรีและการปอกสายไฟ
• กล่องพลาสติกขนาดเล็กสำหรับใส่ของที่ออกแบบเสร็จแล้ว

ขั้นตอนที่ 1: ฮาร์ดแวร์

ฉันมี Raspberry Pi Zero W อยู่แล้ว (พร้อมระบบไร้สาย) แต่ฉันแน่ใจว่าโครงการง่ายๆ นี้จะทำงานได้ดีบน RPI ใดๆ กล่องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แปลก ๆ ในเวิร์กช็อปของฉันมีทุกอย่างอื่น (เขียงหั่นขนม สายไฟ PSU ฯลฯ) ดังนั้นทั้งหมดที่ฉันต้องซื้อคือเซ็นเซอร์ DS18B20 2 x 2 ตัวจาก Amazon นี่คือชิป DS18B20 ปกติที่ติดตั้งในเคสกันน้ำและสายเคเบิล 3 ม. ได้อย่างสะดวก มีสายไฟ 3 เส้นจากสายเคเบิล:

• สีแดง – ไฟ – เชื่อมต่อกับพิน 3.3v 1
• สีดำ – กลับ – เชื่อมต่อกับหมุดกราวด์ 6
• สีเหลือง – ข้อมูล – เชื่อมต่อกับพิน GPIO4 7

เซ็นเซอร์ใช้อินเทอร์เฟซ 1-Wire และเชื่อมต่อและรับข้อมูลได้ง่ายมาก มีหลายหน้าบนเว็บที่มีรายละเอียดการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ 1 เครื่อง แต่มีน้อยมากในการเชื่อมต่อ 2 เครื่อง (หรือมากกว่า)

สำหรับการทดสอบบนม้านั่ง วงจรถูกประกอบขึ้นโดยใช้เขียงหั่นขนม บทช่วยสอนที่ฉันพบว่าใช้ตัวต้านทาน 4K7 เพื่อไบอัสสายข้อมูล แต่ฉันไม่พบหนึ่ง & เลยใช้ 2 * 10K ในแบบคู่ขนาน & มันใช้งานได้ดี มีแหล่งข้อมูลมากมายบนเว็บสำหรับการใช้เขียงหั่นขนมเพื่อประกอบวงจร RPi ดังนั้นฉันจะไม่ทำซ้ำที่นี่

สร้างไดอะแกรมโดยใช้ Circuit Diagram

ขั้นตอนที่ 2: การติดตั้งซอฟต์แวร์ Raspberry Pi OS

เนื่องจากฉันเคยใช้ RPi นี้มาก่อน ฉันจึงตัดสินใจเริ่มต้นด้วยการติดตั้งระบบปฏิบัติการใหม่ทั้งหมด ฉันฟอร์แมตการ์ด SD ใหม่และติดตั้ง NOOBS เวอร์ชันใหม่ทั้งหมด จากนั้นฉันก็ติดตั้ง Raspian เวอร์ชันเดสก์ท็อปเต็มรูปแบบ (ตัวเลือกด้านบน) เนื่องจากจะเป็นการติดตั้ง PIP & GIT ที่เวอร์ชัน lite ไม่ได้ติดตั้งด้วย แม้ว่าฉันจะไม่จำเป็นต้องมี Graphical User Interface (GUI) สำหรับโปรเจ็กต์ แต่ก็เป็นวิธีที่ง่ายในการตั้งค่าตัวเลือกทั้งหมด และด้วยการ์ด SD ขนาด 16GB จึงมีพื้นที่เพียงพอ

ฉันตั้งค่าการเข้าถึง WI-FI จากนั้นรันการติดตั้งแบบเต็ม & จากนั้นตัวช่วยสร้างด้วยการอัปเดต & อัปเกรด ฯลฯ โดยใช้ GUI ฉันตั้งค่า RPI ตามต้องการเพียงเพราะการใช้ GUI นั้นง่ายกว่า Command Line Interface (CLI) ฉันไปที่หน้าต่างการกำหนดค่าจากเมนูแล้ว:

• บนแท็บระบบ ฉันเปลี่ยนรหัสผ่าน ตั้งค่าให้บูตเป็น CLI และยกเลิกการเลือกเข้าสู่ระบบอัตโนมัติ
• บนแท็บอินเทอร์เฟซ ฉันเปิดใช้งาน 1-wire
• คลิกตกลงและบูตใหม่

หากคุณต้องการกลับไปที่ GUI ได้ทุกเมื่อ เพียงแค่พิมพ์ startx ที่ CLI

startx

ขั้นตอนที่ 3: ตั้งค่า Dataplicity เพื่ออนุญาตการเข้าถึงระยะไกล

ฉันพบรายการบล็อกที่เป็นประโยชน์มากในไซต์ Dataplicity ที่ https://blog.dataplicity.com/how-to-build-a-raspb… และใช้บางส่วนของสิ่งนี้ ส่วนที่ 3 ของบล็อกอธิบายการตั้งค่า Dataplicity สำหรับการเข้าถึง RPi จากระยะไกล ฉันไม่เคยใช้ Dataplicity มาก่อน แต่ต้องบอกว่าฉันแนะนำมันให้เป็นเครื่องมือการเข้าถึงระยะไกลที่ง่ายมาก แม้ว่าภาพหน้าจอ (ในบล็อกด้านบน) จะล้าสมัยเล็กน้อย แต่หลักการก็ใช้ได้

บนพีซีของคุณ ไปที่ Dataplicity.com และสร้างบัญชี (คุณสามารถใช้เบราว์เซอร์ใน GUI ได้ แต่จะช้ากว่า RPi Zero) จากนั้นคลิกปุ่ม "เพิ่มอุปกรณ์ใหม่" และบรรทัดโค้ดจะแสดงขึ้นในหน้าต่างป๊อปอัป จากนั้นไปที่ CLI บน RPi แล้วพิมพ์บรรทัดข้อความ หากทุกอย่างเรียบร้อย โลโก้ Dataplicity จะปรากฏขึ้นและโปรแกรมติดตั้งจะทำงาน

กลับไปที่พีซีของคุณ อุปกรณ์ใหม่ควรปรากฏบนเว็บไซต์ Dataplicity คลิกที่อุปกรณ์และคุณจะเห็นหน้าจอเทอร์มินัลสำหรับ RPi ของคุณ

มีบางสิ่งที่ควรทราบที่นี่:

• ในการเข้าสู่ระบบ ให้พิมพ์ "su pi" (สำหรับการเข้าถึง superuser) และคุณจะได้รับแจ้งให้ใส่รหัสผ่าน (ตามที่ตั้งไว้ก่อนหน้านี้)
• คุณต้องเปิดใช้งาน Wormhole (เพื่อใช้ในภายหลัง)
• คุณจะต้องมีที่อยู่ Wormhole เพื่อแสดงข้อมูลในภายหลัง (คลิกขวาเพื่อคัดลอกเมื่อจำเป็น)

คุณสามารถใช้การเข้าถึงระยะไกลนี้สำหรับขั้นตอนต่อไปนี้ทั้งหมด และง่ายกว่ามากสำหรับการคัดลอกข้อมูล โปรแกรม ฯลฯ มากกว่าโดยตรงบน RPi

ขั้นตอนที่ 4: ตรวจสอบเซ็นเซอร์

ตอนนี้คุณสามารถใช้ Dataplicity เข้าถึง RPI จากระยะไกลสำหรับส่วนถัดไปทั้งหมดได้แล้ว

หากทุกอย่างเชื่อมต่อเรียบร้อย คุณควรจะสามารถเห็นอุณหภูมิที่ส่งคืนจาก DS18B20 ฉันทำงานผ่านบทช่วยสอน Pi Hut แต่ส่วนใหญ่ไม่จำเป็น หากต้องการรายละเอียดทั้งหมด สามารถอ่านได้ที่นี่:

บิตที่สำคัญคือไปที่ไดเร็กทอรีอุปกรณ์ & ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการแสดงเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน 2 ตัว

cd /sys/bus/w1/อุปกรณ์/

สิ่งนี้ควรแสดง 2 อุปกรณ์ที่ขึ้นต้นด้วย 28- และบัสมาสเตอร์ ของฉันแสดง:

28-011453ebfdaa 28-0114543d5daa w1_bus_master1

เลขประจำตัว 2 ตัวนี้มีความสำคัญ และจะต้องใช้ในภายหลัง! จากนั้นเปลี่ยนเป็นหนึ่งในไดเร็กทอรีเซ็นเซอร์:

cd 28-011453ebfdaa

(ตัวอย่าง) แล้วจึงอ่านค่าจากเซ็นเซอร์

แมว w1_slave

ควรมีข้อความแสดง 2 บรรทัด:

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

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

YES แสดงว่าเซ็นเซอร์อ่านถูกต้อง และ 21187 แสดงอุณหภูมิเป็นเซลเซียสที่ 21.187 (หารด้วย 1,000) ทำซ้ำเพื่อตรวจสอบเซ็นเซอร์ตัวที่สอง หากทั้งคู่อ่านตกลง เราสามารถไปยังการอ่านข้อมูลด้วย Python3 ได้

ฉันคัดลอกและดัดแปลงโค้ดต่อไปนี้ที่พบบนเว็บ แต่จำไม่ได้ว่ามาจากไหน หากดูเหมือนว่ารหัสของคุณ แสดงว่าไม่ได้เจตนาลอกเลียนแบบ โปรดแจ้งให้เราทราบและฉันจะยอมรับการทำงานของคุณ

สร้างไดเร็กทอรีที่เรียกว่าโปรเจ็กต์และเปลี่ยนเป็นไดเร็กทอรีนั้น

mkdir ~/โครงการ

cd ~/โครงการ

ในไดเรกทอรีนี้ ใช้โปรแกรมแก้ไขข้อความ (นาโน) เพื่อสร้างและแก้ไขไฟล์ชื่อ thermo-test.py

sudo nano thermo-test.py

สิ่งนี้ควรเปิดตัวแก้ไข และเมื่อคุณใช้ Dataplicity คุณสามารถคัดลอกโค้ดต่อไปนี้ด้านล่าง (thermo-test.py) และวางลงในเครื่องมือแก้ไข คุณจะต้องเปลี่ยนชื่ออุปกรณ์ 2 ชื่อ (เริ่มตั้งแต่ 28-…) เป็นชื่อที่ระบุไว้ข้างต้น เมื่อทุกอย่างดูถูกต้องแล้ว ให้กด ctrl+X เพื่อเสร็จสิ้น Y เพื่อบันทึก & กลับไปใช้ชื่อที่มีอยู่ หากคุณต้องการใช้ GUI มากกว่า Thonny จะทำเช่นเดียวกัน

ในการรันโปรแกรมทดสอบ:

sudo python3 thermo-test.py

ทั้งหมดนี้ควรรันไฟล์โดยใช้ python 3 และพิมพ์ไปที่หน้าจออุณหภูมิ 2 ระดับทุกๆ 10 วินาที คุณสามารถทดสอบได้ทุกอย่างโดยการวางเซ็นเซอร์ 1 ตัวลงในน้ำเย็นจัดหรือเป่าผมให้อุ่นเบาๆ ด้วยเครื่องเป่าผม ถ้าทุกอย่างดูโอเค เราก็ไปต่อได้!

ขั้นตอนที่ 5: UFW ไฟร์วอลล์

เนื่องจาก RPi นี้จะเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตอย่างถาวร ฉันจึงตัดสินใจว่าไฟร์วอลล์จะเป็นความคิดที่ดีและไฟร์วอลล์ที่ไม่ซับซ้อน (ufw) ที่ใช้งานง่าย มีแบบฝึกหัดง่ายๆ อยู่ที่นี่

ฉันจะไม่ลงลึกมากเพราะนี่ไม่ใช่จุดประสงค์ของคำแนะนำนี้ แต่ในระยะสั้น:

ติดตั้งไฟร์วอลล์ด้วย:

sudo apt-get ติดตั้ง ufw

ตั้งกฎเริ่มต้น:

sudo ufw default อนุญาตให้ส่งออก

sudo ufw default ปฏิเสธขาเข้า

เปิดพอร์ต 80 สำหรับ Dataplicity

sudo ufw อนุญาต 80

เปิดใช้งานไฟร์วอลล์

sudo ufw เปิดใช้งาน

ตรวจสอบสถานะและตรวจสอบว่าทั้งหมดกำลังทำงานอยู่

sudo ufw สถานะ

ขั้นตอนที่ 6: การส่งข้อมูลอุณหภูมิเป็น JSON

กลับไปที่บล็อกของ Tim Fernando และส่วนที่ 5

ทำตามขั้นตอนตามที่ระบุ (ยกเว้นว่าเราได้สร้างไดเร็กทอรีโครงการไว้แล้ว) และทุกอย่างน่าจะใช้ได้ดี เมื่อใช้ GIT คุณจะดาวน์โหลดไฟล์แอปพลิเคชันของ Tim และ PIP จะทำให้แน่ใจว่าได้ติดตั้งโปรแกรมที่จำเป็นทั้งหมดลงใน RPi ของคุณแล้ว จากนั้นฉันก็พบว่าฉันต้องรีบูตเพื่อให้แน่ใจว่าแพ็คเกจทั้งหมดได้รับการตั้งค่าอย่างถูกต้อง

จากนั้นรันโปรแกรมของ Tim และ RPi ของคุณควรให้ข้อมูล JSON สำหรับเซ็นเซอร์ตัวแรก

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

sudo gunicorn อุณหภูมิ:app -b 0.0.0.0:80

คุณสามารถดำเนินการต่อผ่านบล็อกไปยังส่วนที่ 6 ซึ่งคุณจะพบว่ามีการระบุข้อมูลสำหรับเซ็นเซอร์ 1 ตัว

คุณยังสามารถใช้ JSON Viewer เพื่อดูข้อมูล https://codebeautify.org/jsonviewer คลิกปุ่ม “โหลด URL” และวางในที่อยู่ Wormhole ที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ ในบานหน้าต่างด้านซ้าย คุณควรเห็นสองรายการ รายการหนึ่งสำหรับเซลเซียสและอีกรายการสำหรับฟาเรนไฮต์

ขั้นตอนที่ 7: ส่งข้อมูลจากเซ็นเซอร์ทั้งสอง

จากโค้ดใน temperature.py และ thermo-test.py ฉันได้สร้าง 2temps.py Edited เหมือนเมื่อก่อนในไดเร็กทอรี /projects/temperature-serve-pi วางในโค้ดและบันทึก จากนั้นฉันก็วิ่ง

sudo gunicorn 2temps:app -b 0.0.0.0:80

ตอนนี้เมื่อฉันรัน JSON Viewer อีกครั้ง ฉันได้รับค่าสำหรับ temp1 & temp2

ความสำเร็จ:)

ขั้นตอนที่ 8: เริ่มอัตโนมัติ

เนื่องจากไฟฟ้าในเรือนกระจกถูกปิดเป็นครั้งคราว ฉันต้องการให้ RPi โหลดโปรแกรมโดยอัตโนมัติและเริ่มพิสูจน์ข้อมูล วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแก้ไขไฟล์ rc.local และเพิ่มโค้ดที่จำเป็นที่ด้านล่างสุดเหนือบรรทัด exit 0

cd เป็นต้น

sudo nan rc.local

แล้ว add-in

นอน 10

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

• & ในตอนท้ายบอกให้คอมพิวเตอร์เรียกใช้สคริปต์ในเชลล์ย่อยเพื่อให้คอมพิวเตอร์ของคุณไม่รอให้ฟังก์ชันสิ้นสุดและจะดำเนินการบูตต่อไป
• สลีป 10 [วินาที] ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการดำเนินการก่อนหน้านี้ทั้งหมดเสร็จสิ้นก่อนที่จะเริ่มบริการ

ออกแล้วบันทึกเหมือนเดิม จากนั้นรีบูตและเรียกใช้ JSON Viewer อีกครั้งเพื่อตรวจสอบว่าทุกอย่างเรียบร้อยดี

หากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรแกรมที่รันอัตโนมัติ มีบทช่วยสอนดีๆ ที่นี่

ขั้นตอนที่ 9: แสดงข้อมูลบน Freeboard.io (1)

ขั้นตอนในบล็อกของทิมทำงานได้ดีโดยสรุป สร้างบัญชีที่ www.freeboard.io แล้วสร้าง Freeboard ใหม่ ฉันเรียกว่า SHEDTEMPERATURES ของฉัน

ขั้นแรก เพิ่มแหล่งข้อมูล คลิก ADD ที่ด้านบนขวา และจากป๊อปอัป ให้เลือก JSON เป็นประเภท ระบุชื่อแหล่งข้อมูล เพิ่มที่อยู่ wormhole จากก่อนหน้าเป็น URL และคลิก NO สำหรับ TRY THINGPROXY อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงช้ามากเท่านั้น ดังนั้น รีเฟรชทุกๆ 15 วินาทีก็ใช้ได้ คลิกบันทึก

ขั้นตอนที่ 10: แสดงข้อมูลบน Freeboard.io (2)

คลิก ADD PANE จากนั้นกด + เพื่อเพิ่มวิดเจ็ตแรก คุณสามารถเลือกและเล่นกับประเภทต่าง ๆ ได้ แต่ฉันพบว่าเกจนั้นใช้ได้ ระบุ TITLE, UNITS (C), MINIMUM และ MAXIMUM ที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ สำหรับ DATASOURCE ให้คลิก + และแหล่งที่มาที่สร้างด้านบนจะปรากฏขึ้น

ดรอปดาวน์ควรแสดง 2 แหล่งข้อมูล JSON (temp2 & temp2) ที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้ เลือกแหล่งที่มาที่เหมาะสมและคลิกบันทึก

ทำซ้ำสำหรับมาตรวัดที่สองและเราพร้อมแล้ว

ข้อมูลควรแสดงบนเกจ 2 เกจ และหากคุณยังคงเชื่อมต่อ PRi กับมอนิเตอร์ คุณควรเห็นคำขอจาก Freeboard.io เมื่อพวกเขามาถึง

ขั้นตอนที่ 11: สร้างโครงการลงในกล่อง

จนถึงจุดนี้ RPi และส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดถูกประกอบบนม้านั่งโดยใช้เขียงหั่นขนม จากนั้นใช้แผ่นแถบชิ้นเล็ก ๆ เพื่อแทนที่เขียงหั่นขนมและตะกั่วบัดกรีทั้งหมดเข้าที่

พบกล่องเก็บของเลโก้ขนาดเล็กสีชมพูสดใสที่มีพื้นที่เพียงพอและ RPI จะไม่ร้อนเกินไป เจาะรูที่ด้านข้างของกล่องและใช้เสายึดไนลอนขนาด 3 มม. เพื่อยึด RPi และแผ่นกระดานให้เข้าที่

มีเพียง 3 การเชื่อมต่อที่ต้องการจาก GPIO, 3.3v, GND & data

• 3.3vdc พิน 1
• GND พิน 6
• ข้อมูล (GPIO4) พิน 7

นอกจากนี้ยังเพิ่มรูในกล่องสำหรับจ่ายไฟ USB และสายเคเบิลไปยังเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เมื่อทุกอย่างถูกติดตั้งเข้าที่แล้ว ก็มีการเพิ่มซิลิโคนเคลือบหลุมร่องฟันเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าแมงมุมไม่คิดว่าเป็นสถานที่อบอุ่นที่ดีในการใช้เวลาช่วงฤดูหนาว!

ขั้นตอนที่ 12: เสร็จสิ้น

กล่องถูกวางไว้ในเรือนกระจกและใช้พลังงานจากที่ชาร์จ USB เซ็นเซอร์ทั้งสองตัวถูกวางตัวหนึ่งไว้ใกล้กับส่วนบนของเรือนกระจก และอีกตัวหนึ่งวางบนกระถางต้นไม้เพื่อตรวจสอบว่าต้นกล้าเย็นลงในเวลากลางคืนอย่างไร

นี่เป็นคำสั่งสอนครั้งแรกของฉันและฉันหวังว่าคุณจะคิดว่ามันโอเค หากคุณพบข้อผิดพลาดใด ๆ โปรดแจ้งให้เราทราบ & ฉันจะแก้ไขตามความจำเป็น ขั้นตอนต่อไปอาจเป็นการบันทึกข้อมูลทุก ๆ (พูด) 60 วินาที แต่สิ่งนี้จะมาในภายหลัง