基于树莓派的微型气象站设计与开发

前言

　　树莓派（Raspberry Pi，RPi）是专门为学生计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的卡片式电脑，可以运行Linux或者Windows 10 IoT Core操作系统。本文将利用树莓派和UWP（Universal Windows Platform）开发技术搭建一个可以实时监控的气象站系统。

硬件和涉及技术

硬件部分：

树莓派2或3一块，8G以上内存卡一张，读卡器（或带sd卡接口的电脑）一个；
Dht11温湿度传感器一个，BMP180气压计一个；
土壤湿度计一个，MQ-2烟雾气敏传感器一个，雨滴传感器一个；
公母杜邦线若干，面包板一个，micro USB线一根，电源一个；
HDMI接口显示器一台（或HDMI转其它接口）。

开发部分：

集成开发环境： Visual Studio 2017（建议使用社区版）；
开发语言：C#；
开发平台：UWP；
通信协议：MQTT；
树莓派操作系统：WIndows 10 IoT Core；
数据库：Sqlite

操作系统的下载与安装：

安装Windows 10 IoT Core Dashboard 应用，访问微软开发者中心https://developer.microsoft.com/en-us/windows/iot/GetStarted. 依次选择Raspberry Pi 3，Install onto my blank microSD card,Windows10 IoT core，点击Next按钮来到新页面，点击Download Dashboard按钮下载，然后安装。
烧录操作系统到MicroSD卡，安装完成后选择设置新设备项进入烧录页面。设备类型选择Raspberry Pi 2&3；OS内部版本选择Windows 10 IoT Core(15063);驱动器选择插入的MicroSD卡；输入设备名称、密码、确认密码；勾选WLAN网络连接(勾选此项后可以将当前电脑连接的WLAN信息复制给树莓派开发板的操作系统，省去再次配置的麻烦)；至此，树莓派安装Windows 10 IoT操作系统完成。

如下图：

　　Windows Device Portal：

　　在同一网络环境下的浏览器输入树莓派的IP地址,端口为8080,回车后会提示输入用户名和密码。默认用户名为Administrator,密码为烧录操作系统时设置的密码,如果忘记密码则只能重新安装。登陆成功后会看到树莓派开发板的当前操作系统下的详细信息,应用程序管理界面,设置默认程序以及开机自启动等。

实现

MQTT通信：

　　MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议。经过多年的发展，MQTT在各个领域的应用均有凸显，它可以作为手机客户端的消息推送工具，并且在安卓应用中有比较大的占比。作为一款专为物联网设计的通信协议，MQTT具有在低带宽、不稳定的网络环境下正常工作的特性。它的消息传递有三种模式：

至多一次，会发生消息丢失或重复，这种模式适合传感器类的数据传输，即使消息丢失，很快会再次发送。
只有一次，确保消息到达且不发生重复数据，适合需要精确数据的系统，例如计费系统。
至少一次，确保消息可以到达，但可能发生重复。

关于MQTT服务器的搭建可以参考：http://blog.csdn.net/yannanxiu/article/details/52703946

MQTT在UWP下的使用可以参考：http://www.cnblogs.com/Yixin-ran/archive/2016/10/21/mqtt.html

要在UWP下使用MQTT需要安装nuget包m2mqtt

在这里我还是贴一下MQTT的连接代码：

 public class Mqtt : MqttClient
    {

        public Mqtt(string host) : base(host, 61613, false, MqttSslProtocols.None)
        {
            Connect(Guid.NewGuid().ToString(), "admin", "password");
            Subscribe(new string[] { "atmo" }, new byte[] { MqttMsgBase.QOS_LEVEL_EXACTLY_ONCE });
           // PostData("Hello World!");
        }
        public void RequestData(string msg)
        {
            Publish("atmo", Encoding.UTF8.GetBytes(msg));
        }
        public void PostData(string msg)
        {
            Publish("atmo", Encoding.UTF8.GetBytes(msg));
        }
    }

Sqlite实现：

要在UWP下使用Sqlite需要先安装VS扩展Sqlite for Universal Windows Platform和Nuget包SQLite.Net-PCL。关于sqlite的详细使用方法参照：http://www.cnblogs.com/yanxiaodi/p/4941312.html

下面是本系统中Database类：

  public class DataBase : SQLiteConnection
    {
        public static string path = Path.Combine(ApplicationData.Current.LocalFolder.Path, "atmo.db");
        public DataBase() : base(new SQLitePlatformWinRT(), path)
        {
            CreateTable<DataModel>();
        }
    }

INotifyPropertyChanged接口实现

 public class ViewModelBase : INotifyPropertyChanged
    {
        public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
        protected void OnPropertyChanged([CallerMemberName]string name = "")
        {
            PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(name));
        }
    }

树莓派GPIO图