树莓派物联网工具软件Node-RED简介

之前介绍过很多基于树莓派与python的物联网技术方案和案例。这次给大家介绍个可方便实现物联网的软件工具:Node-RED。

Node-RED 是构建物联网(IOT, Internet of Things)应用程序的一个强大工具,其重点是简化代码块的“连接”以执行任务。它使用可视化编程方法,允许开发人员将预定义的代码块(称为“节点”,Node)连接起来执行任务。连接的节点,通常是输入节点、处理节点和输出节点的组合,当它们连接在一起时,构成一“流”(Flows)。

Node-RED最初是IBM在2013年末开发的一个开源项目,以满足他们快速连接硬件和设备到Web服务和其他软件的需求——作为物联网的一种粘合剂,它很快发展成为一种通用的物联网编程工具。重要的是,Node-RED已经迅速形成一个重要的、不断增长的用户基础和一个活跃的开发人员社区,他们正在开发新的节点,同时允许程序员复用Node-RED代码来完成各种各样的任务。

如果安装树莓派的系统是带有推荐软件的(Raspberry Pi OS with desktop and recommended software),一般会已经带有这个Node-RED,在编程的菜单里。

打开后会自动启动一个终端命令框。

这里会告诉你,用树莓派或联网的电脑浏览器打开:树莓派IP:1880(端口),还有些命令可开启或停止Node-Red、输出日志、开机自启或不自启。
打开后Node-Red的界面:

如果树莓派的系统没有带推荐软件Node-RED,就需要手动安装从node.js、npm开始。
打开终端安装指令:
apt install nodejs
apt install npm
npm install -g –unsafe-perm node-red
启动指令:
node-red   #(默认端口:1880)
node-red -p 8080    #(自定义端口号:8080或其他)
安装后打开方式一样,在浏览器内打开:树莓派IP:(端口号)。
安装好的Node-RED会带些通用的节点,但还需按各种项目情况要求安装各种节点组件,比如树莓派的GPIO、串口协议、modbus协议、mysql数据库、OPC UA/DA等,可在右上角的设置选择安装。
这里介绍些简单的节点工作案例:
硬件上,拿个开关按钮和一个二极管指示灯接在树莓派的GPIO。
在Node-RED里放上树莓派节点:rpi-gpio-in和rpi-gpio-out,和一个debug调试信息输出的节点,配置完成连上线后点击界面右上角的“部署”按钮。
当按下或松开按钮,指示灯会对应亮灭,界面里调试窗口里会显示对应的信息。


我们也可以在其中插入个函数function节点,写入代码做简单的处理。比如这里的开关状态的置反处理。


我们也可以用MQTT协议做为信息输入,这里用上次的树莓派自身心跳MQTT案例

然后里用函数function节点做信息解析,提取树莓派CPU温度信息。

这里先用这2个案例,简单介绍下Node-Red的工作运行方式和联网通信的方式。
节点完成后,可导出json文件做保存备份。

当遇到物联网项目不是很复杂的情况下,基本是可以利用这个Node-Red放入节点部署运行即可。
如果项目比较复杂了,也可利用Node-Red做为一个工作环节可与云端或自身的做mqtt或http做通信、或是数据库连接、也或是与工业协议modbus、OPC等联接等,然后可在云端或树莓派自身里再用python编程做复杂处理。为解决项目问题、满足项目要求提供了解决办法和多些玩法。

 

 

 

 

 

树莓派MQTT的物联网IOT方案案例

在之前的文章里已经简单介绍了MQTT协议,这里结合树莓派+按钮开关(输入)和继电器(输出)制作一个简单的物联网MQTT案例来演示现场端设备与云端服务器的数据信息采集和远程控制功能。

案例流程架构图:


数据采集:
现场端按钮开关的开关状态情况还有树莓派自身的信息,通过树莓派联网发送到云端服务器,人可以用手机或电脑在云端网站页面里看到信息。

远程控制:
人在人可以用手机或电脑在云端网站网站页面里进行点击输入操作,树莓派接收到云服务器发来的远程控制指令,树莓派通过GPIO接口通断信号控制现场继电器的吸合和断开。

准备阶段工作:
现场端工作:
1、准备好树莓派主板通上电,安装好Raspberry Pi OS系统
2、按钮开关和继电器接到树莓派的GPIO模块接口
云端网站工作:
1、准备好云端服务器配置好网络和IP,这里安装好LAMP网站应用环境(Linux+Apache+Mysql+PHP/Python),关键是mysql数据库结构,为之后的python编程和网站编程制作做好数据对接准备
2、安装MQTT服务端,关键是构思好发送和订阅的数据结构,为之后的python编程做发送指令和接受信息的拼接、转变、解析等做准备。

python编程阶段工作:
一、树莓派里运行的python:
1、按钮开关的数据采集:
(1)监控GPIO输入状态
(2)MQTT发布:状态信息
2、控制输出给继电器:
(1)订阅MQTT信息
(2)控制GPIO输出
(3)MQTT发布:回复控制状态
3、树莓派自身信息的心跳数据:
(1)获取树莓派自身数据信息
(2)MQTT发布:树莓派心跳信息
二、服务器里运行的python:
1、数据采集:
订阅MQTT各种数据消息,数据放入mysql
2、远程控制:
(1)收到mysql里控制线圈信息
(2)发布MQTT消息:控制线圈

PHP网站搭建阶段工作:
1、这里做法是用html/CSS/JS制作如上图里的前端人机交互的页面,显示相关数据信息和设置按钮操作。
2、后台里用PHP做html页面与mysql数据库之间的数据对接传输分析转换的接口用来调取。

这里用最简单的开关量设备案例做演示说明,举一反三现场端的其他类型设备,比如Modbus、温度、湿度、串口等,也可通过这样的方式做物联网的数据采集传输分析和远程控制