Подключение устройства Raspberry Pi 3 к решению для удаленного мониторинга и отправка данных телеметрии с датчика с помощью C

В этом руководстве показано, как использовать начальный набор Microsoft Azure IoT для Raspberry Pi 3 при разработке средства для считывания температуры и влажности, которое может обмениваться данными с облаком. В этом учебнике используется:

• ОС Raspbian, язык программирования C и пакет SDK для Microsoft Azure IoT для C для реализации примера устройства.
• Предварительно настроенное решение для удаленного мониторинга IoT Suite в качестве облачного сервера.

Общие сведения

В этом руководстве выполняются следующие шаги:

• Развертывание экземпляра предварительно настроенного решения удаленного мониторинга в подписке Azure. На этом шаге автоматически разворачивается и настраивается несколько служб Azure.
• Настройка устройства и датчиков для взаимодействия с компьютером и решением для удаленного мониторинга.
• Обновление кода примера устройства для подключения к решению для удаленного мониторинга и отправка данных телеметрии, которые можно просмотреть на панели мониторинга решения.

Предварительные требования

Для работы с этим руководством требуется активная подписка Azure.

Необходимое программное обеспечение

На настольном компьютере необходимо установить клиент SSH, чтобы иметь удаленный доступ к командной строке Raspberry Pi.

• Windows не предоставляет клиент SSH. Мы советуем использовать PuTTY.
• Большинство дистрибутивов Linux и Mac OS содержат служебную программу командной строки SSH. Дополнительные сведения см. в статье SSH Using Linux or Mac OS (Подключение по протоколу SSH с помощью Linux или Mac OS).

Необходимое оборудование

Настольный компьютер, чтобы иметь удаленный доступ к командной строке Raspberry Pi.

Начальный набор Microsoft IoT для Raspberry Pi 3 или эквивалентные компоненты. В этом руководстве используются следующие компоненты из набора:

• Raspberry Pi 3;
• карта MicroSD (с NOOBS);
• кабель MiniUSB;
• кабель Ethernet;
• датчик BME280;
• монтажная плата;
• оптоволоконные кабеля с разъемами на обоих концах;
• резисторы;
• светодиодные индикаторы.

Подготовка решения

Если вы еще не подготовили предварительно настроенное решение для удаленного мониторинга в своей учетной записи, то выполните следующие действия:

1. Войдите на сайт azureiotsuite.com с помощью учетных данных Azure и щелкните +, чтобы создать решение.
2. На плитке Удаленный мониторинг щелкните Выбрать.
3. Укажите имя для предварительно настроенного решения удаленного мониторинга.
4. Выберите область и подписку, которые вы хотите использовать для подготовки решения.
5. Щелкните Создать решение , чтобы начать процесс подготовки. Этот процесс обычно занимает несколько минут.

Дождитесь завершения процесса подготовки.

1. Щелкните плитку решения с состоянием Подготовка.
2. Следите за состояниями подготовки по мере развертывания служб Azure в рамках подписки Azure.
3. Когда подготовка будет завершена, состояние изменится на Готово.
4. Щелкните плитку, чтобы просмотреть подробные сведения о решении на правой панели.

Есть ли сведения, которые вы ожидали увидеть и которые не указаны для вашего решения? Сообщите нам о своих предложениях на сайте User Voice.

Просмотр панели мониторинга решения

Панель мониторинга решения позволяет управлять развернутым решением. Например, можно просматривать данные телеметрии, добавлять устройства и вызывать методы.

1. Когда подготовка завершится и на плитке предварительно настроенного решения появится надпись Готово, нажмите кнопку Запустить. Панель мониторинга решения для мониторинга откроется в новой вкладке.

   

2. По умолчанию на портале решения отображается панель мониторинга. Вы можете перейти к другим областям портала решения с помощью меню в левой части страницы.

   

Добавление устройства

Чтобы устройство смогло подключиться к предварительно настроенному решению, оно должно пройти идентификацию в Центре Интернета вещей с использованием допустимых учетных данных. Учетные данные устройства можно получить на панели мониторинга решения. Вы добавите их в клиентское приложение далее в этом учебнике.

Если вы еще этого не сделали, добавьте пользовательское устройство в решение для удаленного мониторинга. Выполните следующие действия на панели мониторинга решения:

1. В левом нижнем углу панели мониторинга щелкните Добавить устройство.

   

2. На панели Пользовательское устройство нажмите кнопку Добавить.

   

3. Установите переключатель Позвольте мне определить собственный идентификатор устройства. Введите идентификатор устройства, например rasppi, и нажмите кнопку Проверить идентификатор, чтобы убедиться, что такое имя не используется в решении. Затем щелкните Создать, чтобы подготовить устройство.

   

4. Запишите учетные данные устройства (идентификатор устройства, Центр Интернета вещей имя узла и ключ устройства). Эти значения потребуются клиентскому приложению на устройстве Raspberry Pi при подключении к решению для удаленного мониторинга. Затем нажмите кнопку Done(Готово).

   

5. Выберите устройство в списке устройств на панели мониторинга решения. Затем на панели Сведения об устройстве щелкните Включить устройство. Теперь текущее состояние устройства — Работает. Решение для удаленного мониторинга теперь может получать данные телеметрии с устройства и вызывать методы на устройстве.

Подготовка устройства Raspberry Pi

Установка Raspbian

Если вы впервые используете устройство Raspberry Pi, необходимо установить операционную систему Raspbian с помощью NOOBS на карте SD, входящей в состав набора. В руководстве по программному обеспечению Raspberry Pi содержатся сведения об установке операционной системы на устройстве Raspberry Pi. В этом руководстве предполагается, что операционная система Raspbian уже установлена на Raspberry Pi.

Настройка оборудования

Для создания данных телеметрии в этом руководстве используется датчик BME280, который входит в начальный набор Microsoft Azure IoT для Raspberry Pi 3. Для извещения о том, что Raspberry Pi обрабатывает вызов метода из панели мониторинга решений, используется светодиодный индикатор.

Компоненты монтажной платы:

• красный светодиодный индикатор;
• резистор 220 Ом (красный, красный, коричневый);
• датчик BME280;

На следующей схеме показано, как подключить оборудование.

В следующей таблице перечислены подключения от Raspberry Pi к компонентам монтажной платы.

Чтобы завершить настройку оборудования, сделайте следующее:

• Подключите Raspberry Pi к источнику питания, входящему в состав набора.
• Подключите Raspberry Pi к сети с помощью кабеля Ethernet, входящего в состав набора. Кроме того, для Raspberry Pi можно настроить беспроводное подключение.

Установка оборудования для Raspberry Pi завершена.

Вход и доступ к терминалу

Существует два варианта получения доступа к среде терминала на Raspberry Pi.

• Если клавиатура и монитор подключены к Raspberry Pi, вы можете использовать графический пользовательский интерфейс Raspbian, чтобы получить доступ к окну терминала.

• Получите доступ к командной строке на устройстве Raspberry Pi с настольного компьютера, используя SSH.

Использование окна терминала в графическом пользовательском интерфейсе

По умолчанию в качестве учетных данных для Raspbian используется имя пользователя pi и пароль raspberry. На панели задач в графическом пользовательском интерфейсе можно запустить служебную программу Terminal с помощью значка в виде монитора.

Вход с помощью SSH

Используйте SSH, чтобы получить доступ к Raspberry Pi с помощью командной строки. Сведения о настройке SSH на устройстве Raspberry Pi и о подключении из Windows, Linux и Mac OS см. в руководстве по SSH (SECURE SHELL).

Войдите, используя имя пользователя pi и пароль raspberry.

Совместный доступ к папке на устройстве Raspberry Pi (необязательно)

При необходимости вы можете предоставить общий доступ к папке на устройстве Raspberry Pi для среды рабочего стола. Предоставив общий доступ к папке, вы сможете использовать предпочитаемый классический текстовый редактор (например, Visual Studio Code или Sublime Text), чтобы редактировать файлы на устройстве Raspberry Pi вместо использования nano или vi.

Чтобы предоставить общий доступ к папке в Windows, необходимо настроить сервер Samba на устройстве Raspberry Pi. Вы также можете использовать встроенный сервер SFTP с клиентом SFTP на настольном компьютере.

Включение SPI

Прежде чем запустить пример приложения, необходимо включить шину последовательного периферийного интерфейса (SPI) на Raspberry Pi. Raspberry Pi взаимодействует с датчиком BME280 через шину SPI. Выполните следующую команду, чтобы изменить файл конфигурации:

sudo nano /boot/config.txt

Найдите следующую строку:

#dtparam=spi=on

• Чтобы раскомментировать строку, удалите # в начале.

• Сохраните изменения (клавиши CTRL+O, ВВОД) и закройте редактор (клавиши CTRL+X).

• Чтобы включить SPI, перезагрузите Raspberry Pi. При перезагрузке будет отключен терминал, поэтому после перезапуска Raspberry Pi необходимо будет выполнить повторный вход:

  sudo reboot
  

Скачивание и настройка примера

Теперь можно скачать и настроить клиентское приложение для удаленного мониторинга на устройстве Raspberry Pi.

Клонирование репозиториев

Клонируйте необходимые репозитории (если вы еще не сделали это), выполнив следующие команды в терминале на устройстве Pi:

cd ~
git clone --recursive https://github.com/Azure-Samples/iot-remote-monitoring-c-raspberrypi-getstartedkit.git
git clone --recursive https://github.com/WiringPi/WiringPi.git

Обновление строки подключения устройства

Откройте исходный файл примера в редакторе nano, используя следующую команду:

nano ~/iot-remote-monitoring-c-raspberrypi-getstartedkit/basic/remote_monitoring/remote_monitoring.c

Найдите следующие строки:

static const char* deviceId = "[Device Id]";
static const char* connectionString = "HostName=[IoTHub Name].azure-devices.net;DeviceId=[Device Id];SharedAccessKey=[Device Key]";

Замените значения заполнителей сведениями об устройстве и Центре Интернета вещей, созданными и сохраненными в начале этого руководства. Сохраните изменения (клавиши CTRL+O, ВВОД) и закройте редактор (клавиши CTRL+X).

Сборка примера

Установите пакеты необходимых компонентов пакет SDK для устройств Microsoft Azure IoT для C, выполнив следующие команды в окне терминала на устройстве Raspberry Pi:

sudo apt-get update
sudo apt-get install g++ make cmake git libcurl4-openssl-dev libssl-dev uuid-dev

Теперь вы можете выполнить сборку обновленного примера решения на устройстве Raspberry Pi:

chmod +x ~/iot-remote-monitoring-c-raspberrypi-getstartedkit/basic/build.sh
~/iot-remote-monitoring-c-raspberrypi-getstartedkit/basic/build.sh

Теперь вы можете запустить пример программы на устройстве Raspberry Pi. Введите команду:

sudo ~/cmake/remote_monitoring/remote_monitoring

Следующий пример с выходными данными отобразится в командной строке на устройстве Raspberry Pi:

Вы можете в любое время нажать комбинацию клавиш CTRL+C, чтобы выйти из программы.

Просмотр телеметрии

Теперь устройство Raspberry Pi может отправлять данные телеметрии в решение для удаленного мониторинга. Эти данные можно просмотреть на панели мониторинга решения. Вы также можете использовать эту панель, чтобы отправлять сообщения в Raspberry Pi.

• Перейдите к панели мониторинга решения.
• Выберите устройство в раскрывающемся списке Устройство для просмотра.
• Данные телеметрии из Raspberry Pi отобразятся на панели мониторинга.

Выполнение действий на устройстве

Используйте панель мониторинга решения для вызова методов на устройстве Raspberry Pi. Когда устройство Raspberry Pi подключается к решению для удаленного мониторинга, оно отправляет сведения о поддерживаемых методах.

• На панели мониторинга решения щелкните Устройства, чтобы перейти на страницу устройств. Выберите Raspberry Pi в списке устройств. Затем выберите Методы:

  

• На странице Вызвать метод в раскрывающемся списке Метод выберите LightBlink.

• Выберите InvokeMethod. Индикатор, подключенный к устройству Raspberry Pi, мигает несколько раз. Приложение на устройстве Raspberry Pi отправляет подтверждение обратно на панель мониторинга решения.

  

• Вы можете включить и отключить индикатор, используя метод ChangeLightStatus с параметром LightStatusValue со значением 1 (для включения) или 0 (для выключения).

Дальнейшие действия

Дополнительные примеры и документацию по Azure IoT можно найти в Центре разработчиков Azure IoT.