树莓派 + Windows IoT Core 搭建环境监控系统

2022-09-29 09:25:11

前言：Windows IoT 是微软为嵌入式开发板设计的一种物联网操作系统，运行Windows UWP（C# 开发），可以设计出丰富的交互界面，驱动GPIO，连接一些传感器做有意思的事，本文详细介绍如何使用它搭建一个环境监控系统，并将数据上传到Microsoft Flow云服务器。

工具：一台Windows 10电脑，树莓派3B/3B+，（8GB（以上）容量SD卡，读卡器。

传感器：DHT11温湿度传感器、BMP180气压计、BH1750FVI光强传感器、MQ-2烟雾传感器、蜂鸣器、若干杜邦线。

系统框架：

实现室内温湿度，光线强度，气压高度的采集，火灾情况的报警，数据的上传到云端。

（全是微软的一套，PowerBi部分没做）

PS：

1. 本系统传感器驱动代码来自 https://github.com/ZhangGaoxing/windows-iot-demo

搬运至码云，加速Clone：https://gitee.com/xKryo/windows-iot-demo

2. DHT11项目代码有一些问题，修改版本网盘下载：https://pan.baidu.com/s/11-EofiscGOnMuSyPgvFO1w 提取码：a2p1

3. 本系统的完整代码：https://pan.baidu.com/s/1gTaC3vrEigzjzqDfF_uA1Q 提取码：quau

4. Microsoft Flow服务器现在HTTP请求触发需要注册高级账户。

正文：

一、开发平台的搭建

1.树莓派安装Windows IoT

下载Windows 10 IoT Core Dashboard 和最新的固件：https://docs.microsoft.com/en-us/windows/iot-core/downloads，下载完成后解压出FFu固件，打开Dashboard并选择固件，设置密码，写入SD卡。

将SD卡插入树莓派，漫长的等待数次重启，中间需要通过鼠标对树莓派进行设置，最后进入系统：

通过仪表盘（Dashboard）的“我的设备”可以扫描到局域网的树莓派，浏览器输入IP:8080，输入用户名Administrator和刚刚设置的密码，进入Windows IoT的管理页面。

2.Visual Studio 2017安装，可以通过下载Visual Studio Installer安装：

二、第一个传感器驱动（DHT11 Demo）

以驱动DHT11为例，讲解将传感器连接树莓派，并编译打包程序并部署到树莓派。

1.DHT11连接树莓派，DHT11和树莓派的引脚定义如图，将DHT11的数据输出引脚连接GPIO4（07号引脚），电源（VCC）和地（GND）就近接入但不要接反。

2.VS 2017打开DHT11 Demo 项目（IDE可能会要求安装一些依赖的组件）

生成解决方案时，可能会出现证书过期：

双击打开项目Package.appxmanifest文件：

在新的窗口中选择打包一栏，弹出的窗口选择配置证书—创建测试证书（任意名称）

重新生成解决方案：

我的VS 2017出现了问题，不能远程调试，如果调试设置出现以下信息，则可以直接远程调试安装应用不用打包部署：

3.打包项目的安装程序包：

右键项目 – 应用商店 – 创建应用程序包 – 创建旁加载包：

选择生成包的路径，勾选合适的体系结构，点击创建，漫长等待生成完成：

进入浏览器后台管理页的Apps Manager选择打包好的应用，点击Install安装：

安装成功：

运行效果：

三、接入所有传感器

下载系统完整代码，用VS2017打开，里面有详细的注释，代码模块较为清晰，这里就不再分析代码功能了。

通过重新设计交互界面，接入BMP180气压计、BH1750FVI光强传感器、MQ-2烟雾传感器。

图中可看到传感器功能都已经实现，关于数据上传部分在后面会讲解。

系统设计的电路图：

对应树莓派引脚的连接图：

实物图如下，先在面包板上调试，再把所有传感器模块焊接在实验板上。

四、Microsoft Flow云服务

系统通过HTTP POST的方式，将数据打包成的JSON文件POST到流，服务器解析后执行流。

推荐先观看此视频：https://b23.tv/av21526828使用Microsoft Flow 快速采集IoT设备数据。

注意：微软Flow的服务器升级后，HTTP请求的触发器已不再支持免费的账户，如果不想注册，则跳过该部分，通过其他的方式上传到所需要的其他服务器。

尽管如此，还是记录一下之前连接Flow的过程。

以视频中的例子为基础，代码中数据封装及HTTP POST部分：

 1 using System;
 2 using System.Diagnostics;
 3 using System.IO;
 4 using System.Threading.Tasks;
 5 
 6 namespace Windows_IoT_Core
 7 {
 8     class PostFlow
 9     {
10         private string Url { get; set; }
11         private string Str { get; set; }
12         public PostFlow(String httpUri , String jsonStr)
13         { 
14             this.Url = httpUri;
15             this.Str = jsonStr;
16         }
17         public PostFlow(ViewModel view)
18         {
19             //由MS-Flow产生的Https请求Url
20             Url = "https://XXX";
21 
22             //有效负载的请求正文 JSON架构
23             Str = "{\n\t\"Temp\" : \" "+view.Temp+"\" ,\n\t\"Hum\" : \""+view.Hum+"\" ,\n\t\"Bright\" : \""+view.Ill+"\" ,\n\t\"Alt\" : \""+view.Alt+"\" ,\n\t\"Press\" : \""+view.Press+"\" ,\n\t\"Fire\" : \""+view.Fire+"\" ,\n\t\"Time\" : \""+view.Time+"\"\n}";
24         }
25         public async Task DoPostAsync()
26         {
27             var request = System.Net.WebRequest.Create(new Uri(Url));
28             request.ContentType = "application/json";
29             request.Method = "POST";
30 
31             using (var requestStrem = await request.GetRequestStreamAsync())
32             {
33                 var writer = new StreamWriter(requestStrem);
34                 writer.Write(Str);
35                 writer.Flush();//清空缓存并发送
36             }
37 
38             using (var resp = await request.GetResponseAsync())
39             {
40                 using (var responseStream = resp.GetResponseStream())
41                 {
42                     var reader = new StreamReader(responseStream);
43                     var result = reader.ReadToEnd();
44                     Debug.WriteLine(result.ToString());
45                 }
46             }
47         }
48     }
49 }

服务器HTTP端触发JSON配置：

{
    "type": "object",
    "properties": {
        "Temp": {
            "type": "string"
        },
        "Hum": {
            "type": "string"
        },
        "Bright": {
            "type": "string"
        },
        "Alt": {
            "type": "string"
        },
        "Press": {
            "type": "string"
        },
        "Fire": {
            "type": "string"
        },
        "Time": {
            "type": "string"
        }
    },
    "required": [
        "Temp",
        "Hum",
        "Bright",
        "Alt",
        "Press",
        "Fire",
        "Time"
    ]
}