樹莓派 + Windows IoT Core 搭建環境監控系統

2019 年 10 月 3 日
筆記

前言：Windows IoT 是微軟為嵌入式開發板設計的一種物聯網作業系統，運行Windows UWP（C# 開發），可以設計出豐富的交互介面，驅動GPIO，連接一些感測器做有意思的事，本文詳細介紹如何使用它搭建一個環境監控系統，並將數據上傳到Microsoft Flow雲伺服器。

工具：一台Windows 10電腦，樹莓派3B/3B+，8GB（以上）容量SD卡，讀卡器。

感測器：DHT11溫濕度感測器、BMP180氣壓計、BH1750FVI光強感測器、MQ-2煙霧感測器、蜂鳴器、若干杜邦線。

系統框架：

實現室內溫濕度，光線強度，氣壓高度的採集，火災情況的報警，數據的上傳到雲端。

（全是微軟的一套，PowerBi部分沒做）

PS：

1. 本系統感測器驅動程式碼來自 https://github.com/ZhangGaoxing/windows-iot-demo

搬運至碼雲，加速Clone：https://gitee.com/xKryo/windows-iot-demo

2. DHT11項目程式碼有一些問題，修改版本網盤下載：https://pan.baidu.com/s/11-EofiscGOnMuSyPgvFO1w 提取碼：a2p1

3. 本系統的完整程式碼：https://pan.baidu.com/s/1gTaC3vrEigzjzqDfF_uA1Q 提取碼：quau

4. Microsoft Flow伺服器現在HTTP請求觸發需要註冊高級賬戶。

正文：

一、開發平台的搭建

1.樹莓派安裝Windows IoT

下載Windows 10 IoT Core Dashboard 和最新的韌體：https://docs.microsoft.com/en-us/windows/iot-core/downloads，下載完成後解壓出FFu韌體，打開Dashboard並選擇韌體，設置密碼，寫入SD卡。

將SD卡插入樹莓派，漫長的等待數次重啟，中間需要通過滑鼠對樹莓派進行設置，最後進入系統：

通過儀錶盤（Dashboard）的“我的設備”可以掃描到區域網的樹莓派，瀏覽器輸入IP:8080，輸入用戶名Administrator和剛剛設置的密碼，進入Windows IoT的管理頁面。

2.Visual Studio 2017安裝，可以通過下載Visual Studio Installer安裝：

二、第一個感測器驅動（DHT11 Demo）

以驅動DHT11為例，講解將感測器連接樹莓派，並編譯打包程式並部署到樹莓派。

1.DHT11連接樹莓派，DHT11和樹莓派的引腳定義如圖，將DHT11的數據輸出引腳連接GPIO4（07號引腳），電源（VCC）和地（GND）就近接入但不要接反。

2.VS 2017打開DHT11 Demo 項目（IDE可能會要求安裝一些依賴的組件）

生成解決方案時，可能會出現證書過期：

雙擊打開項目Package.appxmanifest文件：

在新的窗口中選擇打包一欄，彈出的窗口選擇配置證書—創建測試證書（任意名稱）

重新生成解決方案：

我的VS 2017出現了問題，不能遠程調試，如果調試設置出現以下資訊，則可以直接遠程調試安裝應用不用打包部署：

3.打包項目的安裝程式包：

右鍵項目 – 應用商店 – 創建應用程式包 – 創建旁載入包：

選擇生成包的路徑，勾選合適的體系結構，點擊創建，漫長等待生成完成：

進入瀏覽器後台管理頁的Apps Manager選擇打包好的應用，點擊Install安裝：

安裝成功：

運行效果：

三、接入所有感測器

下載系統完整程式碼，用VS2017打開，裡面有詳細的注釋，程式碼模組較為清晰，這裡就不再分析程式碼功能了。

通過重新設計交互介面，接入BMP180氣壓計、BH1750FVI光強感測器、MQ-2煙霧感測器。

圖中可看到感測器功能都已經實現，關於數據上傳部分在後面會講解。

系統設計的電路圖：

對應樹莓派引腳的連接圖：

實物圖如下，先在麵包板上調試，再把所有感測器模組焊接在實驗板上。

四、Microsoft Flow雲服務

系統通過HTTP POST的方式，將數據打包成的JSON文件POST到流，伺服器解析後執行流。

推薦先觀看此影片：https://b23.tv/av21526828使用Microsoft Flow 快速採集IoT設備數據。

注意：微軟Flow的伺服器升級後，HTTP請求的觸發器已不再支援免費的賬戶，如果不想註冊，則跳過該部分，通過其他的方式上傳到所需要的其他伺服器。

儘管如此，還是記錄一下之前連接Flow的過程。

以影片中的例子為基礎，程式碼中數據封裝及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產生的Https請求Url  20             Url = "https://XXX";  21  22             //有效負載的請求正文 JSON架構  23             Str = "{nt"Temp" : " "+view.Temp+"" ,nt"Hum" : ""+view.Hum+"" ,nt"Bright" : ""+view.Ill+"" ,nt"Alt" : ""+view.Alt+"" ,nt"Press" : ""+view.Press+"" ,nt"Fire" : ""+view.Fire+"" ,nt"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();//清空快取並發送  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 }

伺服器HTTP端觸發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"      ]  }