用Raspberry Pi搭建Azure IOT解决方案

Posted 2020-06-19 hengzi

Raspberry Pi是一款基于Linux的单板机电脑。它由英国的树莓派基金会所开发，目的是以低价硬件及自由软件刺激在学校的基本计算机科学教育。树莓派配备一枚博通（Broadcom）出产的ARM架构700MHz BCM2835处理器，256MB內存（B型已升级到512MB内存），使用SD卡当作存储媒体，且拥有一个Ethernet、两个USB接口、以及HDMI（支持声音输出）和RCA端子输出支持。树莓派只有一张信用卡大小，体积大概是一个火柴盒大小，可以运行像《雷神之锤III竞技场》的游戏和进行1080p视频的播放。操作系统采用开源的Linux系统如Debian、ArchLinux，自带的Iceweasel、KOffice等软件，能够满足基本的网络浏览、文字处理以及电脑学习的需要。

当然Raspberry Pi也可以成为最佳的IOT的终端设备，通过传感器收集数据，以供后台系统进行分析等。

一．Raspberry Pi的数据采集

本文采用Raspberry Pi 2B，有4个USB接口，一个Ethernet接口，一个HDMI接口，一个MicroSD插槽，一个3.5毫米音频插孔和复合视频，摄像头接口（CSI），显示接口（DSI），另外还有一个40Pin的GPIO接口。

我购买的淘宝链接：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-11372085286.12.V3rWzS&id=522217122138

价格在210元左右。

另外，Raspberry Pi的传感器有多种多样。可以通过GPIO的接口进行连接。本文采用的是集成的传感器: Sense Hat。

Sense Hat保护多种传感器：陀螺仪、加速度计、磁力仪、温度、气压、湿度。另外还包含一个8×8 RGB LED matrix和一个Joystick的活动手柄。

我购买的淘宝链接为：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.MivT32&id=522031087011&_u=7bp4gm8c97

价格在240元左右。

将Sense Hat与Pi连接，然后系统开机上电。默认的操作系统为Linux系统Raspbian，是从Debian演进来的。关于其由来可以参考：

http://arstechnica.com/information-technology/2013/03/how-two-volunteers-built-the-raspberry-pis-operating-system/2/

在Bash Shell中编写Python2.7的程序，获得温度传感器数据：

#!/usr/bin/python

from sense_hat import SenseHat

sense = SenseHat()

sense.clear()

temp = sense.get_temperature()

print(temp)

运行此程序，可以在屏幕上打印目前的温度。

同样，可以通过get_humidity()和get_pressure()等方法获得其他传感器的数值。

具体的Sense-hat的各种python方法，请参考：

https://pythonhosted.org/sense-hat/api/

 

二．在Azure上创建Event Hub、Stream Analytics和SQL Azure DB

1.创建Event hub：

选择Custom create：

填写相应的信息后输入：

这样就创建了Event Hub的一个PaaS的服务。在配置中，创建一个Shared Access Policies：

Save以后可以获得其SharedAccessKey：

2.创建SQL Azure Database

在Azure管理界面中选择SQL DB。在Server中选择Add:

输入用户名和密码。创建SQL Server。

然后选择创建SQL Database：

创建好后，把本机的地址加入SQL的白名单：

使用SQL的客户端连接数据库：

在Options中选择数据库：

登陆后创建table：

Create table [dbo].[hwtest1] (

Time Datetime2 (6) Null,

DeviceId Varchar (16) Null,

Temperature Float (53) Null,

Humidity Float (53) Null

);

GO

Create clustered index [hwtest1] on [dbo].[hwtest1] ([DeviceId] ASC);

3.创建Stream Analytics

创建成功后，在Input中添加Input：

选择Event Hub：

然后添加Event Hub的设置：

在事件格式中选择JSON和UTF8

创建Output：

选择SQL Database，添加SQL的配置：

在Query的设置中加入下面的配置：

这里的DeviceId，Temperature，Humidity等参数必须在Python程序、Stream Analytics和SQL中相同。否则数据将不能取到。

Input、Output和Query设置好后就可以启动此Job了。

三．将Raspberry Pi的数据上传到Azure的Event Hub

在Raspberry Pi上安装Azure的SDK：

pip install azure

安装完成后，更改Azure Service Bus的endpoint。请参考：

https://msdn.microsoft.com/en-us/library/azure/dn578439.aspx

对于Python的endpoint更改：

在/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/azure/servicebus/constants.py

修改31行的配置

#SERVICE_BUS_HOST_BASE = \'.servicebus.windows.net\'

SERVICE_BUS_HOST_BASE = \'.servicebus.chinacloudapi.cn\'

 

创建Python程序：

#!/usr/bin/python

from azure.servicebus import ServiceBusService

from sense_hat import SenseHat

from time import sleep

import json;

sense = SenseHat()

sbs = ServiceBusService("hwtest", shared_access_key_name="hwtest", shared_access_key_value="xxxxxx=")

while True:

temp1 = sense.get_temperature()

humi = sense.get_humidity()

press = sense.get_pressure()

temp= {\'DeviceId\': \'dev-01\', \'Temperature\': temp1, \'Humidity\': humi}

sbs.send_event(\'hwtest\', json.dumps(temp))

sleep(60)

调试程序让其后台运行。

四．查看数据

Raspberry Pi运行后，数据将发送到Azure的Event Hub。

在Pi上可以通过tcpdump查看是否有https的包发送：

tcpdump port 443

 

在Stream Analytics上可以查看事件的情况：

如果既有input又有output，说明配置正常。

在Sql客户端上查询：

Select * from hwtest1;

五．通过Excel和PowerBI对数据进行分析

目前Raspberry Pi的数据已经上传到了Event Hub，经过Stream Analytics发送到了SQL Server的表中。用户的展现可以通过Exel，PowerBI实现。

1.Exel的展现：

在Excel中选择数据，选择"自其他来源"，选择"来自SQL Server"。

设置SQL Server:

选择相应的数据库和相应的表：

导入数据后，可以选择"插入"，选择"数据透视图"：

在进行相应的选择后，将显示数据透视图：

2.通过PowerBI实现展现

打开网站: http://powerbi.microsoft.com

下载Desktop的软件，进行安装。

在客户端软件上进行SQL的连接配置:

此时可以看到SQL中的表：

选择import：

选择相应的配置，就可以把数据以折线的形式展现出来：

至此，所有的工作结束。