基于.NET 制作一个气象站 IoT 应用

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了基于.NET 制作一个气象站 IoT 应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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和单片机不同，使用 Linux 开发板、现成的传感器套件以及合适的后端技术几乎可以做成任何东西。为了更好的整合前面章节介绍的内容，本文将制作一个简单的气象站（也许叫环境信息收集装置更合适），至于为何选择制作一个气象站，因为难度不高制作不复杂，并且温湿度传感器花费较低的价格即可获得，可以以低廉的价格换取一个 cool stuff。本文将使用 .NET 6 编写一个控制台应用程序，通过本文你可以学到：

  1. I2C I2cDevice 类的使用；

  2. 摄像头设备 VideoDevice 类的使用；

  3. Iot.Device.Bindings NuGet 包的使用；

  4. 时序数据库 TimescaleDB 的简单使用；

  5. Quartz 定时任务的使用；

  6. 在控制台应用中进行依赖注入；

  7. 使用 Docker 拉取镜像、部署应用。

  • 硬件需求

  • 电路

  • 准备工作

  • 配置 TimescaleDB 数据库

  • 安装摄像头的依赖库

  • 编写代码

  • 项目结构

  • 项目依赖

  • 数据库上下文与实体类

  • 配置文件

  • 初始化与依赖注入配置

  • 配置定时任务

  • 部署应用

  • 发布到文件

  • 构建 Docker 镜像

  • 后续工作

    • OWNER postgres ENCODING metrics (
    WITHOUT ZONE device_id weather_type temperature humidity pressure image_base64 create_hypertable( [ Time DateTime.Now;

    [ DeviceId [ WeatherType [ Temperature [ Humidity [ Pressure [ ImageBase64 : _connectString;

    connectString)

    _connectString connectString;


    optionsBuilder)

    AppContext. optionsBuilder.

    modelBuilder)

    modelBuilder. . .

    这里使用了一个传递数据库连接字符串的构造函数，连接字符串从 appsettings.json 文件中读取。由于 metrics 表是无主键的，还需要使用 HasNoKey() 进行标记。EF Core 由于使用了实体跟踪，因此无法对无主键的表进行修改，只能通过执行 SQL 的方式插入数据，在 Metrics.cs 中新增方法：

    context, metrics)

       row context.Database.  row

    ServiceProvider config . .context i2cSettings i2c I2cDevice.bme videoSettings video VideoDevice. . . . . .: context)

    Task.()
    );


    bme (Bme280)AppConfig.ServiceProvider. bme. bme.PressureSampling Sampling.UltraHighResolution;
    bme.TemperatureSampling Sampling.UltraHighResolution;
    bme.HumiditySampling Sampling.UltraHighResolution;

    bme.p);
    bme.t);
    bme.h);

    bme.
    DeviceId Dns. Temperature Math. Humidity Math. Pressure Math. ;

    video (VideoDevice)AppConfig.ServiceProvider. image video. Convert. config (IConfigurationRoot)AppConfig.ServiceProvider. client
    json client. (
    (


    context)

    Task.()
    metrics metrics.WeatherType metrics.ImageBase64 context (WeatherContext)AppConfig.ServiceProvider. Metrics. );

    trigger TriggerBuilder. . .jobDetail JobBuilder. . .factory scheduler factory.scheduler.scheduler.mcr.microsoft.com/dotnet/core/sdk:6.0-focal-arm32v7 build
    /app

    src .
    /app/WeatherMetrics.ConsoleApp
    dotnet restore
    dotnet publish -c release -r linux-arm -o out

    mcr.microsoft.com/dotnet/core/runtime:6.0-focal-arm32v7 runtime
    /app
    /app/WeatherMetrics.ConsoleApp/out ./

    apt update && apt install -y --allow-unauthenticated v4l-utils libc6-dev libgdiplus libx11-dev

    [metrics
    DESC

    硬件是软件的基础，对收集到的数据后续可以使用其他技术进行处理，比如可以使用 ASP.NET 编写 WEB 应用对数据进行展示，或者可以使用 ML.NET 构建机器学习模型对天气进行预测等等。

    张高兴的 .NET IoT 入门指南：制作一个气象站

    距离上一篇《张高兴的 .NET Core IoT 入门指南》系列博客的发布已经过去 2 年的时间了，2 年的时间 .NET 版本发生了巨大的变化，.NET Core 也已不复存在，因此本系列博客更名为 《张高兴的 .NET IoT 入门指南》，我也重新审阅了之前的内容进行了相应的更改以保证内容的时效性。

    和单片机不同，使用 Linux 开发板、现成的传感器套件以及合适的后端技术几乎可以做成任何东西。为了更好的整合前面章节介绍的内容，本文将制作一个简单的气象站（也许叫环境信息收集装置更合适），至于为何选择制作一个气象站，因为难度不高制作不复杂，并且温湿度传感器花费较低的价格即可获得，可以以低廉的价格换取一个 cool stuff。本文将使用 .NET 6 编写一个控制台应用程序，通过本文你可以学到：

    1. I2C I2cDevice 类的使用；
    2. 摄像头设备 VideoDevice 类的使用；
    3. Iot.Device.Bindings NuGet 包的使用；
    4. 时序数据库 TimescaleDB 的简单使用；
    5. Quartz 定时任务的使用；
    6. 在控制台应用中进行依赖注入；
    7. 使用 Docker 拉取镜像、部署应用。

    硬件需求

    名称 描述 数量
    Orange Pi Zero Linux 开发板 x1
    BME280 提供温度、湿度以及气压数据 x1
    USB 摄像头 提供环境图像 x1
    杜邦线 传感器与开发板的连接线 若干

    电路

    传感器 接口 开发板接口
    BME280 SDA TWI0_SDA (Pin 3)
    SCL TWI0_SCK (Pin 5)
    VCC 5V (Pin 4)
    GND GND (Pin 6)
    USB 摄像头 USB USB

    准备工作

    配置 TimescaleDB 数据库

    TimescaleDB 是一款基于 PostgreSQL 插件的时序数据库。考虑到收集的环境数据是按时间进行索引，并且数据基本上都是插入，没有更新的需求，因此选用了时序数据库作为数据存储。TimescaleDB 是 PostgreSQL 的一款插件，可以通过先安装 PostgreSQL 之后再安装插件的形式部署 TimescaleDB，这里直接使用 TimescaleDB 的 Docker 镜像进行部署。

    1. 拉取 TimescaleDB 镜像：
    docker pull timescale/timescaledb:latest-pg14
    1. 创建卷，用于持久化数据库数据：
    docker volume create tsdb_data
    1. 运行镜像，端口映射为 54321，密码配置为弱密码 @Passw0rd：
    docker run -d --name timescaledb -p 54321:5432 --restart=always -e POSTGRES_PASSWORD=\'@Passw0rd\' -e TZ=\'Asia/Shanghai\' -e ALLOW_IP_RANGE=0.0.0.0/0 -v tsdb_data:/var/lib/postgresql timescale/timescaledb:latest-pg14
    1. 使用熟悉的数据库管理工具（如 Navicat）创建数据库 WeatherMetrics：
    CREATE DATABASE "WeatherMetrics"
WITH OWNER = postgres ENCODING = \'UTF8\';

CREATE TABLE metrics (
   time TIMESTAMP WITHOUT TIME ZONE NOT NULL DEFAULT \'now()\',
   device_id VARCHAR(50) NULL,
   weather_type VARCHAR(50) NULL,
   temperature DECIMAL(5, 2) NULL,
   humidity DECIMAL(5, 2) NULL,
   pressure DECIMAL(8, 2) NULL,
   image_base64 TEXT NULL
);

SELECT create_hypertable(\'metrics\', \'time\');

    time 表示采集数据的时间，device_id 记录采集设备的 id，weather_type 记录从心知天气获取的天气名，temperature 记录传感器获取的温度，humidity 记录传感器获取的湿度，pressure 记录传感器获取的气压，image_base64 记录摄像头采集的图像。