使用 Raspberry Pi 上的传感器在 Node.js 中创建一个 IoT Bluemix 应用程序

先决条件

• 一个IBM Bluemix 帐号，一个 Raspberry Pi 2 或 3，一个 PIR 运动传感器

适用于本文的 Github 存储库

如果您是一位精明的 Bluemix 开发人员，您可能只想看看如何在 node.js 中与 IoT 建立连接，或者只想了解如何从此 github 存储库中拉取我的代码。

git clone https://github.com/nicolefinnie/iot-nodejs-tutorial

以下是实现与 IBM IoT 平台连接在一起的 4 个 Raspberry Pi 上的多个传感器（加速计、运动传感器、湿度/温度传感器和雨滴传感器）的源代码。

git clone https://github.com/nicolefinnie/iot-disaster

否则，请继续阅读！

/************************************** WARNING ********************************************** * python scripts are every sensitive about indentation, the scripts below may not render * properly but the scripts in the git repository should be correct. ****************************************************************************************************/

让您的 Raspberry Pi 传感器正常工作！

物联网中最有趣的部分是连接您的 Raspberry Pi。运动传感器非常适合想要了解 Raspberry Pi 如何使用传感器的初学者。这也是我从一堆传感器中选择运动传感器的原因。我的 PIR 运动传感器的测试范围可达 7 米，由右至左的引脚分别代表 功耗、高低输出量、GND（地面） 。以下是我的 PIR 运动传感器的规格，您可能想验证您的传感器的规格是否与此类似：

https://www.mpja.com/download/31227sc.pdf

在本文中，我将蓝线连接到 5V 端口，将黄线连接到 GND，将绿线连接到 GPIO 端口 4。您可以参考下面的 GPIO 映射：

https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/

安装一个辅助库 wiring Pi ，它会让控制 GPIO 端口变得非常容易。

sudo apt-get update sudo apt-get upgrade  git clone git://git.drogon.net/wiringPi cd wiringPi ./build

在 Raspberry Pi 上安装 python 包管理器 和 IBM IoT 库 。

sudo apt-get install python-pip sudo pip install ibmiotf

在建立 Raspberry Pi 与 IoT 的连接之前，请确保硬件能够正常工作。可以运行以下脚本来测试您的运动传感器。

motionSensor.py

#!/usr/bin/python # Define setup() that initializes GPIO, and sample() that samples data  import RPi.GPIO as GPIO  gpioPort = 0  def setup(inputPort):  global gpioPort  gpioPort = inputPort  GPIO.setmode(GPIO.BCM)  GPIO.setup(gpioPort, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN)  def sample():  global gpioPort  data = {}  currentState = GPIO.input(gpioPort)  data['motionDetected'] = currentState  return data

testMotionSensor.py

#!/usr/bin/python # It samples the data from the motion sensor every half second  import motionSensor import json import time  gpioPort = 4 motionSensor.setup(gpioPort)  while True:  time.sleep(0.5)  try:  motionData = motionSensor.sample()  jsonData = json.dumps(motionData)  print "Current motion sensor data:", jsonData  except Exception as e:  print "Uh oh, exception!", e

发出以下命令来运行测试脚本，不要忘记挥动您的运动传感器。该脚本每隔 0.5 秒就会打印通过运动传感器检测到的当前状态。

pi@hhbear:~/iot-tutorial $ sudo python testMotionSensor.py  Current motion sensor data: {"motionDetected": 0} Current motion sensor data: {"motionDetected": 0} Current motion sensor data: {"motionDetected": 1} Current motion sensor data: {"motionDetected": 1}

在 IoT 平台上注册您的 Raspberry Pi ( Raspberry Pi <= IoT )

人们可能会问，IoT 平台如何才能与 Raspberry Pi 进行通话。由于 developerWorks 上提供了许多优秀文章，我将带您寻找下面的教程，该教程将引导您在 IoT 上注册您的 Raspberry Pi。

https://developer.ibm.com/recipes/tutorials/raspberry-pi-4/

之后，让我们看看您是否正确遵循该教程进行操作：

您应该已经下载并执行了 IoT 库 iot_1.0-1_armhf.deb。

curl -LO https://github.com/ibm-messaging/iot-raspberrypi/releases/download/1.0.2/iot_1.0-1_armhf.deb

您应该已经通过运行在 Raspberry Pi 上的 IoT 库，利用唯一 Mac 地址生成唯一 设备 ID 。

b827eb80403e (for example, this is my device ID)

应该在将设备添加到 IoT 平台时生成一个身份验证令牌。

auth-token= abcdefg_12345 (the auth-token for your device)

您创建了一个未绑定的 IoT 平台服务，以下是您的 IoT 平台仪表板看起来的样子。设备类型 raspberrypi 是我自己定义的。我在我的组织中注册了 4 个 Raspberry Pi。

您已在 Bluemix 上注册了自己的设备。您可以在最底部查看我的设备 ID b827eb80403e 。

您在您的 Raspberry Pi 上创建了一个 device.cfg。

/etc/iotsample-raspberrypi/device.cfg

以下是我的 /etc/iotsample-raspberrypi/device.cfg 的一个示例，如果您按照建议的教程进行了正确操作，那么您现在应该使用自己的配置数据填充它。它允许通过交换身份验证令牌，将您的 IoT 平台连接到您的 Raspberry Pi。

org = 273pdc # The organization of your IoT platform service type = raspberrypi # Your Device Type defined when you add your device to IoT  id = b827eb80403e # Your Device ID auth-method = token auth-token = abcdefg_12345 # generated by your IoT platform service when you add a device to it

在 IoT 平台上生成一个 API 密钥 ( Raspberry Pi => IoT )

在前面的步骤中，您已经了解了 IoT 如何从地球上所有设备中寻找到您的 Raspberry Pi。但是，您的 Raspberry Pi 必须采用某种方式与 IoT 平台进行交流。要对您的 Raspberry Pi 进行身份验证，需要在 IoT 平台上生成一个 API 密钥，它会向您提供一个身份验证密钥和一个身份验证令牌。当您读到这里时，您可能会问，为什么有这么多密钥和令牌 – 地球是一个危险的地方，您不能相信任何您知道的 Raspberry Pi。

在您的 IoT 仪表板上，单击按钮 Generate API key 。

然后，生成了一个 API 密钥和身份验证令牌，您只需添加一条注释来命名该 API 密钥。请将这个窗口截图，因为您以后不会再有机会看到它。在下一个步骤中，您需要在您的 Raspberry Pi 上存储此 API 密钥和身份验证令牌。（当然，我已从我的 IoT 平台中删除此 API 密钥，否则您可能已将您的传感器数据发送到我的 IoT 平台。）

创建一个 Node.js Bluemix 应用程序并绑定 IoT 服务

在 Bluemix 上创建一个 node.js Web 应用程序，并将该应用程序绑定到您在第一步中创建的未绑定的 IOT 平台服务。好了！现在，您应该有一个启动并运行的 Node.js 应用程序。

我将跳过添加 git 仓库和编辑代码的步骤。如果您不知道如何解决所有问题，请单击此处： https://hub.jazz.net/tutorials/jazzeditor/ 。

建议您安装一个适用于 Bluemix 的 eclipse 插件，并将此应用程序作为一个 git 项目导入到 eclipse 工作区中。要获得有关如何使用此 git 存储库设置您的 eclipse 工作区的详细信息，请参阅此处： https://hub.jazz.net/docs/gitclient/#eclipse_using_egit 。

使用 ibmiotf 库创建一个 Node.js Web 应用程序

ibmiotf是由 IBM 实现的一个 node.js 库，它在幕后发送 MQTT 命令。它有助于订阅多个设备，并将事件发布到这些设备，所以此应用程序是使用 ibmiotf 实现的。要获得有关的更多细节，请参阅 http://iotf.readthedocs.io/en/latest/applications/libraries/nodejs.html 。

app.js是由 Bluemix 作为启动脚本而创建的。您可以在 package.json 中看到相关定义，还可以在 package.json 中导入 ibmiotf 库，因此 Bluemix 将在部署期间为我安装此库。

package.json

{  "name": "NodejsStarterApp",  "version": "0.0.1",  "private": true,  "scripts": {  "start": "node app.js"  },  "dependencies": {  "express": "4.13.x",  "cfenv": "1.0.x",  "ibmiotf":"~0.2.11"  },  "repository": {},  "engines": {  "node": "4.2.x"  }  }

连接到 IoT 非常简单。首先，您需要检索 IoT 服务的凭证，比如 iotCredentialsIdentifier、org、apiKey 和 apiToken。存储在 Bluemix 中的凭证非常类似于 Environment Variables VCAP_SERVICES 。

Bluemix 中的内部配置稍有不同（参见下文）。我添加了两种不同的方法来解析 app.js 中的凭证，这些凭证可以在前面提到的 github 库中找到。一种方法是解析 VCAP_SERVICES，以便在您的本地主机上测试您的 Node.js 应用程序和 IoT 服务。另一种方法是解析内部配置，以便在 Bluemix 上运行 Node.js 应用程序。不过，我只打算介绍在 Bluemix 中解析内部配置的方法。

Bluemix 中的内部配置（请注意，json 结构与上面截图中您的 VCAP_SERVICES 稍有不同）。

{  "iot-raspberrypi":  {  "name": "iot-raspberrypi",  "label": "iotf-service",  "plan": "iotf-service-free",  "credentials": {  "iotCredentialsIdentifier": "xxxxxxx",  "mqtt_host": "273pdc.messaging.internetofthings.ibmcloud.com",  "mqtt_u_port": 1883,  "mqtt_s_port": 8883,  "base_uri": "https://273pdc.internetofthings.ibmcloud.com:443/api/v0001",  "http_host": "273pdc.internetofthings.ibmcloud.com",  "org": "273pdc",  "apiKey": "xxxxxxxxxxxxxxxxx",  "apiToken": "xxxxxxxxxxxxxxxx"  }  } }

app.js– 检索上面定义的 IoT 服务的凭证。

//@attention iot-raspberrypi is the IoT platform service name in this example, you should replace it with yours var iotPlatformServiceName = 'iot-raspberrypi';  // IBM IoT service var Client = require('ibmiotf').IotfApplication;  // this iot service credentials  var iotCredentials;  //Loop through configuration internally defined in Bluemix and retrieve the credential from the IoT service var baseConfig = appEnv.getServices(iotPlatformServiceName); iotCredentials = baseConfig[iotPlatformServiceName];  var iotAppConfig = {  "org" : iotCredentials.credentials.org,  "id" : iotCredentials.credentials.iotCredentialsIdentifier,  "auth-method" : "apikey",  "auth-key" : iotCredentials.credentials.apiKey,  "auth-token" : iotCredentials.credentials.apiToken }

app.js– 连接到 IoT，并通过 Raspberry Pi 上的 client.py 订阅设备事件。

var appClient = new Client(iotAppConfig);  appClient.connect(); console.log("Successfully connected to our IoT service!");  // subscribe to input events  appClient.on("connect", function () {  console.log("subscribe to input events");  appClient.subscribeToDeviceEvents("raspberrypi"); });  var motionSensorData = {"motionPayload":{}};  // deviceType "raspberrypi" and eventType "motionSensor" are published by client.py on RaspberryPi appClient.on("deviceEvent", function(deviceType, deviceId, eventType, format, payload){  if (eventType === 'motionSensor'){  motionSensorData.motionPayload = JSON.parse(payload);  } }

将您的 Raspberry Pi 连接到 IoT 平台

现在，您拥有所需的全部身份验证密钥和令牌，让我们采用两种方法将您的 Raspberry Pi 连接到 IoT 平台。在 /home/pi/device.cfg 上（或其他地方）为您的 RaspberryPi 创建一个设备配置，以便连接到 IoT。此 device.cfg 用于 Raspberry Pi 与 IoT 平台之间的通话。

[application] org=273pdc # your org - same as /etc/iotsample-raspberrypi/device.cfg id=b827eb80403e # your device ID - same as /etc/iotsample-raspberrypi/device.cfg auth-method=apikey auth-key=a-273pdc-idj1eozloh                     # your API key generated in the step Generate API Key auth-token=zEu*MfYu@XGZSdxjjA                    # your Authentication token generated in the step Generate API Key type=raspberrypi # your device type - same as /etc/iotsample-raspberrypi/device.cfg

此时，您的 Raspberry Pi 已准备好与您的 IoT 服务进行交谈。这个 python 脚本通过调用 motionSensor.py 中定义的 sample() 对数据进行抽样。而且它会将您的 Raspberry Pi 连接到 IoT，并以 JSON 形式发布 motionSensor 事件。

client.py

#!/usr/bin/python # This is only executed on the device client e.g. Raspberry Pi import time import os, json import ibmiotf.application import uuid import motionSensor  client = None  motionSensorGPIOPort = 4   try:  options = ibmiotf.application.ParseConfigFile("/home/pi/device.cfg")  options["deviceId"] = options["id"]  options["id"] = "aaa" + options["id"]  client = ibmiotf.application.Client(options)  print "try to connect to IoT"  client.connect()  print "connect to IoT successfully"   motionStatus = False  motionSensor.setup(motionSensorGPIOPort)    while True:  motionData = motionSensor.sample()  jsonMotionData = json.dumps(motionData)  client.publishEvent("raspberrypi", options["deviceId"], "motionSensor", "json", jsonMotionData)   if motionData['motionDetected'] != motionStatus:  motionStatus = motionData['motionDetected']  print "Change in motion detector status, motionDetected is now:", motionStatus    time.sleep(0.2)   except ibmiotf.ConnectionException as e:  print e

查看 IoT 平台的仪表板，您会看到不断传入的大量 motionSensor 事件。

通过实现 RESTful API 将传感器数据返回给客户端（视图）

在订阅设备事件后，我们需要注册 RESTful API，以下是一个简单的 GET 示例，该示例允许我们的客户端（视图）向我们的应用程序发送一个 GET 请求。在此 GET API 中，我们返回了我们在前面步骤中订阅的运动传感器数据。

app.js

app.get('/sensordata', raspberryPiServer.returnCurrentSensorData(motionSensorData));

而且这个 API 是在 express JS 中实现的，只用于返回运动传感器数据。

raspberryPiServer.js

/*eslint-env node */  /**  * Server side - express JS - where you should define REST APIs of the server side.   */ // client asks server for the sensor data, and server sends back the sensor data exports.returnCurrentSensorData = function(sensorData){  return function(req, res){  res.send(sensorData);  }; };

客户端（视图）请求获得传感器数据

客户端代码是用 angular.JS 编写的，angular.JS 在 Web 前端实现中很受欢迎。在这个代码段中，您可能已经猜到，它经常运行间隔性任务。在执行间隔性任务期间，客户端通过调用前面步骤中实现的 GET API 来请求获得传感器数据。检测到运动时，就会切换视图中的一个开关。

home.client.html

<section>  <div ng-controller="HomeController" > <div class="switch"> <label>  No Motion <input id="switch" type="checkbox"> <span class="lever"></span>  Motion Detected </label> </div> </div>  </section>

client.controller.js

/** Client side - angularJS - where controllers are defined.  * HTML talks to these controllers.  */  var homeControllers = angular.module('HomeControllers', []);  homeControllers.controller('HomeController', ['$scope', '$rootScope', '$http', '$interval',  function ($scope, $rootScope, $http, $interval) {    // Set of all tasks that should be performed periodically  var runIntervalTasks = function() {  $http({  method: 'GET',  url: '/sensordata'  }).then(function successCallback(response) {    if (response.data.motionPayload !== undefined) {  // switch on when motion is detected  if(Object.keys(response.data.motionPayload).length > 0){  var payload = JSON.parse(response.data.motionPayload);  $('#switch').prop('checked', payload.motionDetected);   }  }  }, function errorCallback(response) {  console.log("failed to listen to sensor data");  });   }; } ]);

一个现实生活中的测试

那么，让我们在实际生活中测试该应用程序。登录到您的 Raspberry Pi，并启动脚本 client.py 。

sudo python client.py

很好，现在未检测到任何运动。

突然，检测到一个入侵者！借助入侵检测程序，我敢肯定，您现在应该感觉安全多了。

这只是一个基本的示例。您可以将此应用程序扩展到多个 Raspberry Pi 和不同的传感器，并建立更复杂的 GUI。