如何使用树莓派创建连接到互联网的设备并从传感器收集数据

步骤1：收集零件

在实际创建任何东西之前，我对要使用的零件，如何进行连接进行了大量研究。 ，用Python等编写软件类。

零件清单将作为文件包含在内，以便您可以轻松地搜索所需的零件。

我决定在Raspberry Pi旁边使用Arduino Uno，这样我就可以有效地读取我的传感器而不会给Raspberry Pi造成压力。我还选择了Uno，因为它具有不错的时钟速度，并且因为有模拟引脚。我本可以为Raspberry Pi使用ADC（例如MCP3008），但我将需要更多的电线，这将更加昂贵，并且我的Pi必须更加努力地工作。

然后，我开始检查破碎的机器人真空吸尘器中可用的零件。内部电子设备损坏了，但这没问题，因为无论如何我都会完全替换掉。幸运的是，直流电动机仍在工作，因此无需更换。

零件清单：

Raspberry Pi 3至少具有8GB MicroSD class 10和一个保护套；

Raspberry Pi T型补鞋匠和面包板；

Arduino Uno或类似产品（最好是非中文版本，带有不错的ADC，有些中国人有AREF问题）；

以太网电缆；

一个（破碎的）机器人真空吸尘器；

3个HC-SR04超声波模块；

1x霍尔传感器模块；

几个不同值的电阻器；

一个LDR；

6x 18650锂离子电池+ 3v电池座，适用于12v（最好您使用新电池，甚至更好地使用LiPo电池，这些电池最后的时间会更长 ）；

18650（或使用任何类型的电池）12v 3节充电pcb；

一些PCB DIY板可焊接您的组件；

一片聚氨酯塑料；

一台笔记本电脑/台式计算机。

l列表：

带有多个钻头的钻头；

角向磨光机（如果您没有经验，请不要使用它）或类似Dremel的东西；

一张砂纸；

几把螺丝刀；

强力胶，安装胶水，。..;

烙铁（使用油脂更容易焊接）；

一对剪钳和剥线工具。

软件列表（可选）：

Adobe XD：线框图和创建原型；

装饰：创建电气方案；

PyCharm Professional：具有使用部署和远程解释器的功能的Python IDE；

Putty：与Pi进行快速便捷的ssh连接；

Etcher.io：简便的工具将Raspbian映像刷新到SD卡；

Win32DiskImager：从现有Raspbian设置创建映像的简便工具；

程序员记事本：可用于安全编辑/boot/cmdline.txt文件。

第2步：喷涂和设计界面

在开始之前在创建设计时，我对外部喷涂了油漆，因为我根本不喜欢颜色。我去商店买了一个塑料底漆，一罐白色和一罐绿松石来重新喷涂顶盒。

让喷漆干燥后，我查找了确切的十六进制颜色代码我使用的油漆，以便我可以将Web界面与设备完美匹配。找到此十六进制代码非常容易，因为我使用了蒙大拿州94涂鸦，并且十六进制和RGB代码在他们的网站上。

我为网站的每一页创建了高保真线框，因此我知道很好，我打算如何创建此界面。向老师展示我的界面后，我得到了建议，使背景稍微偏灰，按钮变为白色，我认为效果很好。

步骤3：创建数据库

下一个逻辑步骤是开始考虑我要在MySQL数据库中存储哪些数据。没有太多人喜欢知道它们的真空度，因此我使用了用户表和他们的登录数据，以及传感器表（电池，距离和灰尘容器）。

图像向您显示了在MySQL Workbench中绘制的表的布局以及表之间的所有关系。

对于我的用户，我想跟踪他们的姓名和姓氏，以个性化界面和电子邮件。当然要发送电子邮件，我也需要他们的电子邮件地址。我还添加了一个表格来跟踪用户的电子邮件首选项（无论他们是否愿意接收电子邮件）。我要存储的关于用户的最后一件事是用户在设备中的角色。我将用户分为管理员和普通用户。管理员有权在系统中添加，删除和管理用户，而普通用户则不能访问这些工具。

下表包含“ deviceruns”，它们是设备实际执行的操作。设备运行由某个用户（开始运行的人员）拥有，并具有开始时间和结束时间来计算运行时间。

另一个表用于将sensordata链接到每个设备运行。传感器本身存储在另一个表中，其中包含它们的ID，名称和描述。

步骤4：将零件连接在一起

创建数据库方案后，我开始使用面包板和布线将所有零件连接在一起，并成为一个可用的原型。

第5步：设置Raspberry Pi

要下载Raspbian的最新图像，请访问Raspbian网站。在这里，您可以选择要下载的发行版。为了更快地操作，您可以下载无头发行版，以减少RAM使用量，或者如果您更喜欢图形用户界面，则可以使用GUI下载桌面。

要安装操作系统，只需下载Etcher，它是一个GUI。

要启用无头模式，以便可以访问pi，则需要在计算机上安装Putty。下一步是转到由Etcher创建的Boot文件夹，并使用您喜欢的文本编辑器（例如Programmers Notepad）打开文件cmdline.txt。将此文本添加到文件末尾：

ip=169.254.10.1

只需确保不创建新行，将此文本添加到该行末尾即可！

接下来，返回到Boot文件夹的根目录，并创建一个名为 ssh 的文件。请勿添加任何扩展，这将确保每次启动Pi时都启动SSH服务器。现在，只需将SD卡放入Pi中，为Pi连接足够的电源，并在Pi和计算机之间添加以太网电缆即可。

打开腻子，然后输入IP地址：169.254.10.1 。现在，单击“是”并登录，默认用户名是 pi ，密码是 raspberry。

下一步，执行以下命令以获取最新信息。 -date：

sudo apt-get update -y && sudo apt-get upgrade -y && sudo apt-get dist-upgrade -y

最后一步是在Raspberry Pi上创建虚拟Python解释器，这将执行您的代码。为此，只需打开腻子并键入以下内容：

sudo mkdir project1

cd project1

python3 -m pip install --upgrade pip setuptools wheel virtualenv

python3 -m venv --system-site-packages venv

步骤6：编写Web应用程序

连接每个部分并设置Raspberry Pi之后，我开始使用Flask和Jinja2编写主要的Web应用程序。 Flask是用于Python的易于使用的后端框架，而Jinja2是我使用的模板语言。借助Jinja，您可以使用for循环，if结构等创建普通的HTML文件。

在编码后端时，我还为应用程序编写了前端，包括一些HTML，CSS和JavaScript元素。我在样式表中使用了ITCSS方法和BEM表示法。

除了主要的Web应用程序之外，我还创建了另外两个主要程序。编写一个将设备的IP地址发送给列表中的用户。每个已接受接收电子邮件的注册用户，都会收到一封带有启动Web界面链接的邮件。该程序作为systemd服务运行。

另一个主文件用于实际设备。可通过我的Flask应用程序调用该主管道，以启动和停止设备并收集数据。收集的数据也通过该主接口上传到设备的数据库。然后可以在Web应用程序中查看此数据。

Web应用程序通过Python Threading连接到主运行设备。当用户单击开始按钮时，将生成一个线程以在后台运行设备。同时，用户可以完美浏览该应用程序。单击“停止”时，该线程将停止，因此设备也将停止。

步骤7：创建零件以完成套管

在编写了应用程序的大部分内容之后，我开始修改设备外壳，这样我的传感器和其他零件就可以实际安装了。为此，我在当地的DIY商店买了一块聚氨酯，然后开始切割2个支架。我使用了这种聚氨酯薄片，因为它在切割时不易碎成碎片，并且因为它相当柔韧性，因为我的机器人是圆形的，所以非常完美。

第一个托架被制成可以填充顶部有个孔，以前的显示器可以放在这里。我用一个开/关开关替换了显示器，以便可以实际上关闭电池。

另一个支架是我的HC的支撑架。 -SR04超声波传感器位于设备的前面。

剩下要做的最后一件事是在一个车轮的加强件上切出一个孔，并插入一块磁铁，以便我可以监视车轮的旋转。

完成这些支架之后，我还用剩下的油漆对其进行了喷涂，以使其适合设计。

第8步：代码

要安装该程序，请下载文件code.zip，然后将其解压缩到project1目录中。

下一步，在Raspbian或Putty上的终端：

sudo cp project1/conf/project-1* /etc/systemd/system/

sudo cp project1/conf/project1-* /etc/systemd/system/

sudo systemctl daemon-reload

sudo systemctl enable project-1*

sudo systemctl enable project1*

sudo systemctl restart nginx

责任编辑：wv