基于Raspberry PI的应用程序的典型场景家庭自动化

描述

介绍

自 Windows 10 IoT 推出以来，Raspberry PI 是一个新平台，可使用熟悉的开发环境（如 Visual Studio 和 C#）实施各种应用程序。但是，Windows IoT 平台不支持开箱即用的 Web 应用程序开发，需要自定义解决方案（例如，作为后台应用程序运行的 Web 服务器）。

家庭自动化

基于 Raspberry PI 的应用程序的典型场景是家庭自动化。除了使用各种传感器的典型监控应用外，通风装置、功率计、光伏逆变器、供暖锅炉、Z-Wave 控制等不同设备的集成也成为一个重要问题。

问题

各种设备提供广泛的应用程序和用户界面，范围从 Web 界面、基于 REST 的 Web API 到工业 Modbus TCP。一些系统提供对需要不同安全支持（两阶段登录、OAuth、自定义机密、密码等）的基于云的服务的远程访问。

目标

家庭控制 Web 应用程序应为所选数据提供 Web 界面，与ThingSpeak等基于云的监控服务集成，以及基于 REST 的整合 Web API 以简化数据访问。

家庭控制 Web 应用程序使用基于 REST 的 Web API 或 Modbus TCP 从各种来源收集数据。

• ETA PU 11 颗粒锅炉
• b-Control EM300 能源管理器
• Helios KWL EC 200 通风设备
• Fronius Symo 逆变器
• Netatmo 气象站和模块
• Zipato Zipatile Z-Wave 家庭控制单元
• BMW i Wallbox 充电站

ASP.NET 核心 2.2

借助ASP.NET Core 2.2，跨平台开发各种应用程序类型（控制台应用程序、Web 应用程序等）的承诺成为现实。如前所述，将ASP.NET Web 应用程序部署到运行 Windows 10 IoT 的 Raspberry PI 非常简单 - 只需为win-arm运行时平台编译 Web 应用程序并将所有内容发布到 Raspberry 上的目录圆周率。

软件组件

• Windows 10物联网
• ASP.NET核心 2.2
• Serilog日志框架
• 适用于ASP.NET Core的 Syncfusion Essential Studio
• Modbus TCP（NModbus库）
• 招摇（Swashbuckle.AspNetCore ）

执行

对各种设备的访问是在面向 .NET Standard 2.2 的自定义库中实现的。这允许在不同的应用程序（控制台应用程序、Windows 通用应用程序、ASP.NET Web 应用程序）中使用这些库。数据访问的所有内部细节都是隐藏的，仅公开各种数据属性以及读取和（可选）写入操作。

• EM300LR
• ETAPU11
• KWLEC200
• SYMO823M
• 伏能士
• Netatmo
• 齐帕托
• 壁箱
• NModbus

为了便于访问实际监视（或控制）的数据，添加了属性集和获取例程，以允许对支持嵌套类和简单数组和列表的属性进行点表示法。

通讯总线

提供 Modbus TCP 接口的设备是使用NModbus库集成的，该库具有针对其他数据类型（例如字符串、浮点数和双精度数）的多个扩展。Modbus TCP协议只在内部网络使用，不对外暴露。这也用于其他工具，例如通用命令行 Modbus 应用程序或通过 HTTPS 提供基于 REST 的接口的 Modbus TCP 网关。

网络

使用剃须刀页面和用于个人用户身份验证的Sqlite数据库的标准ASP.NET Web 应用程序模板已被使用。添加了几个页面以显示来自各个组件的选定数据。一个额外的页面用于嵌入Swagger Web API。Swagger 页面和选定的其他页面需要身份验证才能访问。ASP.NET Core Web 应用程序还使用 HTTPS 作为访问页面的唯一协议。Syncfusion UI组件（社区版）用于显示仪表和图表，但可以使用任何其他ASP.NET Core 2.2 兼容组件代替。

信号R

最近的发展是ASP.NET Core 2.0中SignalR通信框架的可用性。用于在后台自动更新关联网页上选定的监控数据。

数据提供者和监控服务

简单的单例服务提供对各种设备实例的访问。后台运行的监控服务实现监控数据的自动更新、访问设备（Modbus TCP、Web API 等）和同步本地缓存数据实例。更新周期通常为 60 秒，其中一项监控服务将选定的数据发送到 Zipato 家庭控制单元进一步处理和显示。例如，来自Netatmo室内模块的 CO2 值用于根据 CO2 水平修改 LED 灯的颜色。

REST API和招摇

来自各种设备的监控数据也可通过一组基于 REST 的整合 Web API 获取。Swashbuckle项目提供的 Swagger 集成将Swagger添加到结合​​了 ApiExplorer 和 Swagger-UI 的 WebApi 项目，从而为 REST API 消费者提供丰富的发现、文档和游乐场体验。

部署

Home Control Web 应用程序可以部署在 ASP.NET Core 2.2 框架支持的各种平台上。它还使用 Windows 10 IoT 在 Raspberry PI 3 或 Raspberry PI 2 B 上运行，只需发布​​到 Raspberry PI 上的目录即可。必要的配置文件

如Internet上所示， ASP.NET Web 应用程序可以在重新启动时使用一个简单的命令文件和schtasks使用Powershell的命令自动启动。

代码已更新，以反映最新升级的ASP.NET Core 2.2，以及最新的Swashbuckle、Serilog和NModbus库。

Windows 10 UWP 应用程序和 Xamarin Android 应用程序

例如，Windows 10 UWP 应用程序使用基于 REST 的 Web 服务来检索选定数据并相应地显示它们。

Xamarin Android 应用程序是使用 .NET Core 库和 Web 服务显示选定数据的类似示例。

笔记：

所有源代码现在都可以在 Github ( dtv42/HomeControl ) 上找到。