RaspLass

(Draft)

RaspLass 是以 Raspberry PI 做為 LASS (Location Aware Sensing System) 偵測系統開發的相關技術討論，本篇說明以 Raspberry PI 來接收 PM2.5(G3)模組、 GPS模組、DHT22溫溼度模組，再以 MQTT 的通訊協定傳的送的架構與程式範例。在 Raspberry PI 是以 RaspBain (RPi 上的 Debain) 和 Python (Python 2.7.9) 為測試開發的基礎工具。

1. 所需準備的硬體

•  A 部份 (一般練習 RaspBerry PI 所需要的基本配件)
  •  Raspberry Pi 2 Model B (建議先以 version2 有多個 USB 較為方便)

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•  HDMI 線＋支援 HDMI 的螢幕
•  USB鍵盤、滑鼠
•  SD讀卡器(寫入 Raspbian作業系統用)
•  MINI USB 接頭的電源供應器(最好可以)
•  安裝網路(以下以選一)
  •    1. Ethernet
  •   2. WIFI
  •   3. USB 3G 網卡

•  B 部份 (RaspLass 所需要的基本配件，也可選擇單一模組運行)
  •  1. PM2.5 偵測器G3
    • 圖中與 USB 連線中有一個 PL2303 電路，是 USB 轉 TTL 模組，類似的模組有不同廠的線材或是其他的替代選項可以參考 G3 的各接腳和數據格式可以參考以下網址:
      • 1. http://tw.taobao.com/item/43750623059.htm?spm=a1z3o.7695283.0.0.n47YP4
      • 2. http://tw.taobao.com/item/523804465624.htm?spm=a1z3o.7406521.101.28.b0Tcxl&abtest=_AB-LR492-LR501-LR517-LR895-PR492-PR501-PV517_2373-PV895_2352
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•  2. DHT22(溫溼度計偵測模組)
  •  DHT22 (也可使用 DHT11 的偵測模組，但精確度較差) 有三條接線，Vcc 接到 RPi 上 第 1 個接腳 (3.3v DC Power)， GND 接到 RPi 上第 39 個接腳接地(Ground)，而訊號的部份 DOut 的接到 RPi 上第 11 個(GPIO17)接腳。
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• Raspberry Pi 2 的接腳配置可參考 http://iot.eclipse.org/java/tutorial/

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• 3. GPS
• 採用的是 GTPA010 gps module(是以前測試無人機上汰換下來的舊的，所以看上去舊舊的)，也需 USB 轉 TTL 此處用的是  FTDI 的 FT232 模組，另一端用 mini USB 接上 RPi 上的 USB 插槽上。

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•  4. USB 轉 TTL 模組
• 用了兩種 USB 轉 TTL 的模組: 
•    1. PL2303 (接 PM2.5 的 G3)
•    2. FTDI 的 FT232 (接 GPS)

2. 安裝 RaspBian

• 這一部份是 RaspBian 的基本安裝，包括了裝好基本的作業和網路環境。
• 準備工作，請先下載以下的映象檔和寫入 SD 卡的工具程式(Window 環境)，完成後將處理好的 SD 卡插入 Raspberry PI 的板子 SD 卡的插槽中，接上螢幕(HDMI)和鍵盤、滑鼠，再接上電源就可以開機了。

•  2.1 下載 RaspBian image
  • https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
  •  請選擇 Debian Jessie 的版本
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• 2.2 下載工具程式win32diskimager
  •  http://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

• 2.3 安裝網路
  • 請以各人的安裝環境進行網路設定，以下三種任選一種皆可。
  •  1. Ethernet
    • 直接連接網路線，再看是否需要設定固定 IP 或是 DHCP
  •  2. WIFI
    • 建議可參考以下文件
    •  https://www.raspberrypi.com.tw/2152/setting-up-wifi-with-the-command-line/
  •  3. USB 3G 網卡
    • 建議可參考以下文件
    •  https://www.raspberrypi.com.tw/771/how-to-setup-a-usb-3g-modem-on-raspberry-pi
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  • 完成以上設定後若無法使用固定 IP 則可以使用螢幕上的圖型介面，直接使用終端機功能，並切換成 root 的身份
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  • 若設定固定 IP 則可以利用 ssh 由遠端連線，或以 再以 window 遠端桌面連上操作
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2.4. 基本  Configuration

• 請執行 raspi-config 設定:
  • 1.  Expand Filesystem 好讓你所使用的 SD 其他部份的容量可以擴充
  • 2. 更改系統預設的密碼: RaspBain 安裝好預設的帳號是 pi 密碼是 raspberry 建議裝好後就更改
  • 3.  更改語系 Internationalisation Options 
    • 可參考 http://blogger.gtwang.org/2014/12/raspberry-pi-chinese-input-method.html
  • 4. 中文碼的顯示討論:
    • 可參考 https://www.facebook.com/RaspberryPiTaiwan/posts/836951476425465

3. 安裝 Python 所需套件

• RaspBian 安裝好後已經有 python 的語言和執行環境，要安裝套件請直接開啟終端機環境，以 root 身份以 pip 工具安裝以下所需套件
• 3.1 pyserial (python 讀取 Serial 資料)
  • 安裝請執行  pip install pyserial
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• 3.2 Adafruit_DHT (python 讀取 DHTxx 系列溫溼度資料)
  • 安裝請執行  pip install Adafruit-DHT
  • 安裝請參考 https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT
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• 3.3 pynmea2 (python 讀取 GPS 的 nmea 資料格式)
  •  安裝請執行  pip install pynmea2
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• 3.4 paho-mqtt (python 讀取、發送 mqtt 訊息)
  •  安裝請執行  pip install paho-mqtt

  安裝好後可執行 pip list 可看到目前已安裝好的 python 套件

  4. 安裝 RaspLASS 程式

•   https://github.com/MISNUK/RaspLASS
•   建議先分別測試各模組程式再整合
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  4.1 測試 PM2.5 G3 模組

•   G3 模組以 PL2303 接上 RPi 的 USB 插槽後，執行 
  • root@raspberrypi:~/RaspLASS# lsusb
  •  Bus 001 Device 005: ID 0403:6001 Future Technology Devices International, Ltd FT232 USB-Serial (UART) IC 
  •  Bus 001 Device 004: ID 067b:2303 Prolific Technology, Inc. PL2303 Serial Port

•    以上     FT232 USB-Serial 所接的是 GPS 模組
•             PL2303 Serial Port 所接的是 PM2.5 G3 模組
•    

• 再執行以下的 Script:

• echo `udevadm info --name=/dev/ttyUSB0 --attribute-walk | sed -n ’s/\s*ATTRS{\(\(devnum\)\|\(busnum\)\)}==\"\([^\"]\+\)\"/\1\ \4/p’ | head -n 2 | awk ’{$1 = sprintf("%s:%03d", $1, $2); print $1;}’`

• 若結果為 busnum:001 devnum:004  則可知 PL2303 Serial Port 也就是 PM2.5 的 G3 模組接在 /dev/ttyUSB0
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• 程式 https://github.com/MISNUK/RaspLASS/blob/master/PM2.5/ReadPM25_G3.py 中第 4 行，請填上 /dev/ttyUSB0
• G3 的 Baudrate 為 9600
  • ser=serial.Serial("/dev/ttyUSB0", baudrate=9600)
• 設定完後，可測試執行 ReadPM25_G3.py 程式:
•   root@raspberrypi:~/RaspLASS/PM2.5# python ReadPM25_G3.py
  • 424d00140035004800600029003b0053073c002867000309  => 原始資料
  • pm1_cf: 53         => PM1.0 在 CF=1 
  • pm25_cf: 72      => PM2.5 在 CF=1 
  • pm10_cf: 96       => PM10 在 CF=1 
  • pm1: 41               => PM1.0 在大氣環境下 
  • pm25: 59          => PM2.5 在大氣環境下  ==> 目標欄位
  • pm10: 83           => PM10 在大氣環境下
  • 424d00140035004800600029003b0053073c002867000309
  • pm1_cf: 53
  • pm25_cf: 72
  • pm10_cf: 96
  • pm1: 41
  • pm25: 59
  • pm10: 83

•  可參照 http://tw.taobao.com/item/43750623059.htm?spm=a1z3o.7695283.0.0.n47YP4 中的資料欄位的說明

  4.2 測試 DHT22 模組

•   DHT22 的訊號線 DOut 的接到 RPi 上第 11 個(GPIO17)接腳。
•   在 程式 https://github.com/MISNUK/RaspLASS/blob/master/DHT22/ReadDHT.py 中第 7 行
  • pin =17 (即表示 GPIO17)     參照 RPi 的接腳圖
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• 設定完後，可測試執行 ReadPM25_G3.py 程式:
•    root@raspberrypi:~/RaspLASS/DHT22# python ReadDHT.py
  • Temp=23.2*C  Humidity=69.3%
  • Temp=23.0*C  Humidity=71.6%
  • Temp=23.0*C  Humidity=71.6%
•  
• 附註: 若使用的為 DHT11  的模組可將程式 中第 5 行換成 DHT11 在輸出時以整數輸出即可(DHT11 溫溼度只到整數位)
  • sensor = Adafruit_DHT.DHT11

4.3 測試 GPS 模組