将 Raspberry Pi 连接到 Azure IoT 中心 (Node.js)

在本教程中,首先学习有关使用运行 Raspbian 的 Raspberry Pi 的基础知识。 然后学习如何使用 Azure IoT 中心将设备无缝连接到云。 有关 Windows 10 IoT Core 的示例,请访问 Windows 开发人员中心

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准备工作

  • 创建 IoT 中心。
  • 在 IoT 中心内为 Pi 注册设备。
  • 设置 Raspberry Pi。
  • 在 Pi 上运行示例应用程序,将传感器数据发送到 IoT 中心。

学习内容

  • 如何创建 Azure IoT 中心以及如何获取新的设备连接字符串。
  • 如何通过 BME280 传感器连接 Pi。
  • 如何通过在 Pi 上运行示例应用程序来收集传感器数据。
  • 如何将传感器数据发送到 IoT 中心。

需要什么

需要什么

  • 一个 Raspberry Pi 2 或 Raspberry Pi 3 电路板。
  • Azure 订阅。 如果没有 Azure 订阅,可在开始前创建一个试用帐户
  • 连接到 Pi 的监视器、USB 键盘和鼠标。
  • 运行 Windows 或 Linux 的 Mac 或电脑。
  • Internet 连接。
  • 16 GB 或更大容量的 microSD 卡。
  • USB-SD 适配器或 microSD 卡,用于将操作系统映像刻录到 microSD 卡中。
  • 带有 6 英尺微型 USB 电缆的 5 伏 2 安电源。

以下项可选:

  • 已装配的 Adafruit BME280 温度、压力和湿度传感器。
  • 试验板。
  • 6 根 F/M 跳线。
  • 散射的 10 毫米 LED 灯。

Note

如果没有可选项,可以使用模拟的传感器数据。

创建 IoT 中心

  1. 登录到 Azure 门户
  2. 选择“创建资源” > “物联网” > “IoT 中心”。

    屏幕截图显示 Azure 门户到 IoT 中心的导航

  3. 在“IoT 中心”窗格中,输入 IoT 中心的以下信息:

    • 订阅:选择需要将其用于创建此 IoT 中心的订阅。

    • 资源组:创建用于托管 IoT 中心的资源组,或使用现有的资源组。 有关详细信息,请参阅使用资源组管理 Azure 资源

    • 区域:选择最近的位置。

    • 名称:创建 IoT 中心的名称。 如果输入的名称可用,会显示一个绿色复选标记。

    Important

    IoT 中心将公开为 DNS 终结点,因此,命名时请务必避免包含任何敏感信息。

    IoT 中心基本信息窗口

  4. 选择“下一步: 大小和规模”,以便继续创建 IoT 中心。

  5. 选择“定价和缩放层”。 就本文来说,请选择“F1 - 免费”层(前提是此层在订阅上仍然可用)。 有关详细信息,请参阅定价和缩放层

    IoT 中心大小和规模窗口

  6. 选择“查看 + 创建”。

  7. 查看 IoT 中心信息,然后单击“创建”。 创建 IoT 中心可能需要数分钟的时间。 可在“通知”窗格中监视进度。

创建 IoT 中心以后,即可找到将设备和应用程序连接到 IoT 中心时需要使用的重要信息。

在 IoT 中心导航菜单中,打开“共享访问策略”。 选择“iothubowner”策略,然后复制 IoT 中心的“连接字符串---主密钥”。 有关详细信息,请参阅控制对 IoT 中心的访问

Note

此设置教程不需要此 iothubowner 连接字符串。 不过,在完成此设置以后,可能需要将其用于某些介绍其他 IoT 方案的教程。

获取 IoT 中心连接字符串

在 IoT 中心为设备进行设备注册

  1. 在 IoT 中心导航菜单中,打开“IoT 设备”,然后单击“添加”,在 IoT 中心注册设备。

    在 IoT 中心的“IoT 设备”中添加设备

  2. 输入新设备的“设备 ID”。 设备 ID 区分大小写。

    Important

    收集的日志中可能会显示设备 ID 用于客户支持和故障排除,因此,在为日志命名时,请务必避免包含任何敏感信息。

  3. 单击“保存” 。

  4. 创建设备后,在“IoT 设备”窗格的列表中打开该设备。
  5. 复制“连接字符串 ---主密钥”供以后使用。

    获取设备连接字符串

设置 Raspberry Pi

为 Pi 安装 Raspbian 操作系统

准备用于安装 Raspbian 映像的 microSD 卡。

  1. 下载 Raspbian。

    1. 下载 Raspbian Stretch(.zip 文件)。

    Warning

    请使用上面的链接来下载 raspbian-2017-07-5 zip 映像。 Raspbian 映像的最新版本具有与接线 Pi 节点相关的已知问题,这可能会导致在接下来的步骤中发生故障。

    1. 将 Raspbian 映像解压缩到计算机的某个文件夹中。
  2. 将 Raspbian 安装到 microSD 卡。
    1. 下载并安装 Etcher SD 卡刻录机实用工具
    2. 运行 Etcher 并选择已在步骤 1 中解压缩的 Raspbian 映像。
    3. 选择 microSD 卡驱动器。 Etcher 可能已选择了正确的驱动器。
    4. 单击“刷机”,将 Raspbian 安装到 microSD 卡。
    5. 在安装完成后,从计算机中移除 microSD 卡。 可以安全地直接取出 microSD 卡,因为 Etcher 会在完成后自动弹出或卸载 microSD 卡。
    6. 将 microSD 卡插入 Pi。

启用 SSH 和 I2C

  1. 将 Pi 连接到监视器、键盘和鼠标。
  2. 启动 Pi,然后使用 pi 作为用户名并使用 raspberry 作为密码来登录 Raspbian。
  3. 依次单击 Raspberry 图标 >“首选项” > “Raspberry Pi 配置”。

    Raspbian 首选项菜单

  4. 在“接口”选项卡上,将“I2C”和“SSH”设置为“启用”,然后单击“确定”。 如果没有物理传感器并且想要使用模拟的传感器数据,则此步骤是可选的。

    在 Raspberry Pi 上启用 I2C 和 SSH

Note

若要启用 SSH 和 I2C,可在 raspberrypi.orgAdafruit.com 中找到更多参考文档。

将传感器连接到 Pi

使用试验板和跳线,将 LED 灯和 BME280 连接到 Pi,如下所示。 如果没有该传感器,请跳过此部分

Raspberry Pi 和传感器连接

BME280 传感器可以收集温度和湿度数据。 当设备向云发送消息时,LED 将闪烁。

对于传感器引脚,请使用以下接线:

始端(传感器和 LED 灯) 结束(开发板) 线缆颜色
VDD(引脚 5G) 3.3V 电源(引脚 1) 白线
GND(引脚 7G) GND(引脚 6) 棕色电缆
SDI(引脚 10G) I2C1 SDA(引脚 3) 红线
SCK(引脚 8G) I2C1 SCL(引脚 5) 橙色电缆
LED VDD(引脚 18F) GPIO 24(引脚 18) 白线
LED GND(引脚 17F) GND(引脚 20) 黑线

单击查看 Raspberry Pi 2 和 3 引脚映射以供参考。

成功将 BME280 连接到 Raspberry Pi 后,它应如下图所示。

连接在一起的 Pi 和 BME280

将 Pi 连接到网络

使用 USB 微电缆和电源开启 Pi。 使用以太网电缆将 Pi 连接到有线网络,或者按照 Raspberry Pi Foundation 中的说明将 Pi 连接到无线网络。 将 Pi 成功连接到网络后,需要记下 Pi 的 IP 地址

已连接到有线网络

Note

确保 Pi 与计算机连接到同一网络。 例如,如果计算机连接到无线网络,而 Pi 连接到有线网络,则在 devdisco 输出中可能看不到 IP 地址。

在 Pi 上运行示例应用程序

克隆示例应用程序,并安装必备组件包

  1. 从主计算机使用下列 SSH 客户端之一连接到 Raspberry Pi:

    Windows 用户

    1. 下载并安装 PuTTY for Windows。
    2. 将 Pi 的 IP 地址复制到主机名(或 IP 地址)部分,并选择 SSH 作为连接类型。

    PuTTy

    Mac 和 Ubuntu 用户

    使用 Ubuntu 或 macOS 上的内置 SSH 客户端。 可能需要运行 ssh pi@<ip address of pi>,以通过 SSH 连接 Pi。

    Note

    默认用户名是 pi,密码是 raspberry

  2. 将 Node.js 和 NPM 安装到 Pi。

    首先检查 Node.js 版本。

    node -v
    

    如果版本低于 4.x,或者 Pi 上没有 Node.js,请安装最新版本。

    curl -sL http://deb.nodesource.com/setup_4.x | sudo -E bash
    sudo apt-get -y install nodejs
    
  3. 克隆示例应用程序。

    git clone https://github.com/Azure-Samples/iot-hub-node-raspberrypi-client-app
    
  4. 安装示例的所有程序包。 安装包括 Azure IoT 设备 SDK、BME280 传感器库和接线 Pi 库。

    cd iot-hub-node-raspberrypi-client-app
    sudo npm install
    

    Note

    完成此安装过程可能需要几分钟,具体取决于网络连接情况。

配置示例应用程序

  1. 通过运行以下命令,打开配置文件:

    nano config.json
    

    配置文件

    此文件中有两个可以配置的项。 第一个是 interval,它定义发送到云的消息之间的时间间隔(以毫秒为单位)。 第二个是 simulatedData,它是一个布尔值,指示是否使用模拟的传感器数据。

    如果没有传感器,请将 simulatedData 值设置为 true,使示例应用程序创建和使用模拟的传感器数据。

  2. 通过按“Ctrl-O”>“Enter”>“Ctrl-X”保存并退出。

运行示例应用程序

通过运行以下命令,生成示例应用程序:

sudo node index.js '<YOUR AZURE IOT HUB DEVICE CONNECTION STRING>'

Note

确保将设备连接字符串复制并粘贴到单引号中。

应看到以下输出,其中显示传感器数据以及发送至 IoT 中心的消息。

输出 - 从 Raspberry Pi 发送到 IoT 中心的传感器数据

后续步骤

此时已运行示例应用程序,收集传感器数据并将其发送到 IoT 中心。 若要查看 Raspberry Pi 已发送到 IoT 中心的消息,或若要在命令行接口中将消息发送到 Raspberry Pi,请参阅使用 iothub-explorer 管理云设备消息传送教程

若要继续了解 Azure IoT 中心入门知识并浏览其他 IoT 方案,请参阅以下文章: