使用Pi 3 Model B +构建定制遥感平台

支援PoE的Pi为定制遥感平台提供了极好的基础。

为遥感平台提供基础仅仅是新型以太网供电（PoE）树莓派3型B +适合的众多用途之一。在本文中，在探讨一个简单的真实世界示例 (该示例使用DesignSpark Pmod HAT和Python脚本从热电偶Pmod获取读数，并通过MQTT发布它们。)之前，我们将介绍可用的接口选项以及一些便捷的集成传感器方法。

接口选项

所以让我们从基础开始，并提醒我们自己有可用的本地接口：

• USB. 更多的终端用户外设接口，但会有一些传感器使用它，实际上也适用于其他总线，如RS-422和CAN。
• Plain GPIO. 我们可以读取“bitbanging”状态的数字引脚使用软件/库来实现对某些通常速度较低的总线的支持，例如高度流行的DS18B20温度传感器使用的单线总线。
• I2C. 一个简单的串行主/从总线，它使用两条线并具有7位地址范围。 I2C提供了大量的传感器和ADC，以及数字I / O扩展器，为您提供更多的GPIO引脚，EEPROM和其他器件。
• SPI. 4根时钟线，双向数据传输和从机选择。再次受到许多器件的支援，通常以比I2C更高的速度运行，但由于只有2个芯片使能线可用于选择外设，因此只能使用两个，除非您还对GPIO进行了bit-bit。

我们可以简单地将传感器通过面包板，跳线或跳板等进行集成。但是，也有非常便利的模块化系统可用，所以我们来看看其中两个。

MikroElektronika点击

点击板是紧凑的模块，可以通过接口适配器“屏蔽”与各种不同的平台一起使用，其中一种可用于Raspberry Pi 3 Model B +（896-8660），以提供即时通行方便的模块范围。

为以下传感器提供Python代码示例Click board：

• 颜色点击 (923-5999) . RGBC颜色传感器
• 加速点击 (923-5999) . 3轴加速度计 (882-8900)
• 天气点击 (912-5170) . 温度，湿度和压力传感器

当然，还有更多的传感器和ADC等模块可供使用，通常提供的C代码示例代码可用作您自己项目的起点。

要了解有关Pi 3 Click Shield的更多信息，请参阅此前的博文。

Digilent Pmod

外设模块（简称Pmod）是另一个开放式规范标准，但是这次是来自Digilent。 DesignSpark Pmod HAT最初与FPGA和微控制器平台相关联，为与Raspberry Pi一起使用提供了一个完美的解决方案。

与Click板一样，有许多不同的Pmod可供使用，并且有很多不同的Pmod提供有用的传感器和输入。一个用于Pmod HAT的Python库支援六个Pmod，其中四个是传感器/输入：

• PmodAD1 (134-6443) . 双通道12位ADC。
• PmodISNS20 (136-8069) . ±20A直流或交流输入，高精度电流传感器。
• PmodMIC3 (134-6475) . MEMS麦克风模块。
• PmodTC1 (134-6476) . 冷端热电偶到数字转换器。

The DesignSpark.Pmod Python库提供了一个简单而一致的界面，可以读取上述Pmod中的读数，并驱动H桥Pmod和RGB OLED Pmod。

有关Pmod HAT，库和所有支持的Pmod的详细信息，请参阅上一篇博文。

接下来让我们看一下使用PmodTC1的实例。

监测温度

PmodTC1配有K型热电偶线，温度范围为 -73°C 至482°C，这意味着它可以用于各种不同的应用场合。

举例来说，我们希望能够测量热水箱的温度，因为我们想尝试优化我们锅炉的定时器程序或可能的恒温器设定点。蓄水箱在阁楼上，靠近没有电源插座，我们不想让电工出门。没问题 - PoE供电的Pi适用于这种情况。我们将使用MQTT发布数据馈送，因为它易于使用并得到广泛支援。

K型热电偶导线

使用Raspbian - Lite版本就足够了 - 写入插入到我们的Pi中的Micro SD卡并引导，我们首先需要安装DesignSpark.Pmod库。接下来我们将安装Paho MQTT库：

pi@3bplus:~ $ sudo pip install paho-mqtt

现在我们拥有易于使用的库，可以让我们从PmodTC1读取数据并将其发布到MQTT代理。以下是我们的代码最简单的样子：

import time
from DesignSpark.Pmod.HAT import createPmod
import paho.mqtt.publish as publish

broker = 'localhost'
topic = 'house/boiler/hotwater/temperature'

therm = createPmod('TC1','JBA')

while True:
    cel = therm.readCelcius()
    print cel
    publish.single(topic, cel, hostname=broker, client_id="temp_sensor")
    time.sleep(1)

这是做什么的？

• 导入我们需要的Python模块（库）
• 定义我们想要发布读数的MQTT代理主机和主题
• 在端口JBA（JB连接器的顶行）上设置PmodTC1模块，
• 每秒钟读取一次，将其打印到终端并发布给代理

如果您有一个现有的MQTT代理运行在某个地方，则可以在您自己的或基于云的IoT平台的系统上进行配置，您可以将其配置为主机。在这里我们使用“localhost”，我们可以通过以下方式轻松测试这种方式：安装Mosquitto MQTT代理和客户端：

pi@3bplus:~ $ sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

然后在一个窗口中，我们可以运行我们的Python脚本：

pi@3bplus:~ $ python PmodTC1-MQTT.py

在第二个窗口中，我们可以订阅该主题以确认消息确实正在向代理发布：

pi@3bplus:~ $ mosquitto_sub -h localhost -t 'house/boiler/hotwater/temperature'

进一步應用

当然，许多不同的方向可能会进一步采用这种应用。假设您有其他传感器连接到同一个Pi，那么您可以像在示例中一样运行代理，也可以安装Node-RED来实现某些逻辑，将数据发布到网页，设置警报和/或与一些云服务集成。您可以在Pi上安装时间序列数据库以记录数据，例如InfluxDB，也可能在Grafana中进行可视化。

可以使用的云服务包括IBM Cloud、OpenSensors 和Cayenne，它们都支持MQTT以及其他API。

正如我们所看到的，感谢使用DesignSpark Pmod HAT和支援库，将传感器添加到Raspberry Pi 3 Model B +并获取数据。通过这种组合，可以为原型化遥感平台提供完善的解决方案，并提供大量可用于开发应用程序的开源工具，以及物联网云服务。

— Andrew Back