使用Arduino大數(shù)據(jù)工具進(jìn)行溫度流式傳輸

描述

客觀的

該項(xiàng)目涵蓋了使用大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的開源技術(shù)部分在 Arduino 上部署一個(gè)簡(jiǎn)單架構(gòu)以實(shí)時(shí)和批處理溫度傳感器數(shù)據(jù)的過程。該解決方案的目的是舉例說明通過不同工具的數(shù)據(jù)流，從捕獲到轉(zhuǎn)換和洞察生成。

在所呈現(xiàn)的架構(gòu)中，數(shù)據(jù)的發(fā)布、傳輸和存儲(chǔ)服務(wù)與 Arduino 板發(fā)送數(shù)據(jù)的格式無關(guān)。這推動(dòng)了構(gòu)建集中式服務(wù)的想法，用于將消息從不同的發(fā)送設(shè)備分發(fā)到能夠使用這些數(shù)據(jù)的許多客戶端或服務(wù)。

在此前提下，該架構(gòu)的適用可能性與信息發(fā)射設(shè)備的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意成正比。

版本

• Arduino IDE 1.8.5

• 蜂巢 1.2.1

• 卡夫卡 0.10.0

• 火花 1.6.2

• 齊柏林筆記本 0.6.0

• NiFi 1.2.0

數(shù)據(jù)流

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1.- 從濕度/溫度傳感器生成數(shù)據(jù)

• 加載在 Arduino 平臺(tái)中的代碼每 3 秒通過 DHT 傳感器讀取一次，捕獲：

• 環(huán)境中的濕度百分比。

• 攝氏溫度 (°C)

• 華氏溫度 (°C)

• 計(jì)算熱量指數(shù)。這個(gè)度量決定了人們?nèi)绾胃鶕?jù)環(huán)境的濕度來感知溫度。

• 向外部 Web 服務(wù)發(fā)出請(qǐng)求，以根據(jù)預(yù)定義的時(shí)區(qū)確定閱讀時(shí)間。

2.- 數(shù)據(jù)發(fā)布到 MQTT 服務(wù)器

• 構(gòu)建將發(fā)送到 MQTT 服務(wù)器的消息或有效負(fù)載：

• 有效負(fù)載為 JSON 格式。

• 它包含傳感器捕獲的數(shù)據(jù)、計(jì)算的信息、讀數(shù)的日期/時(shí)間、自 Arduino 平臺(tái)啟動(dòng)以來經(jīng)過的毫秒數(shù)以及發(fā)射器設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)符。

• 驗(yàn)證 Internet 和 MQTT 代理連接。

• 有效負(fù)載在預(yù)定義的用戶名和密碼下發(fā)布到特定主題的 MQTT 代理。

• MQTT 代理有一個(gè)權(quán)限列表，定義了哪些用戶可以發(fā)布現(xiàn)有主題的信息。

3, 4 & 5.- 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

• Apache NiFi 服務(wù)有一組有組織的指令，可在捕獲數(shù)據(jù)時(shí)編排數(shù)據(jù)流：

• NiFi 連接或訂閱 Mosquitto 主題并實(shí)時(shí)捕獲消息。

• NiFi 通過在消息之外定義與消息和 MQTT 代理的技術(shù)方面相關(guān)的新字段來補(bǔ)充接收到的消息（JSON 字符串）。

• NiFi 將消息和新字段插入 Hive 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

• NiFi 在 Kafka 中發(fā)布原始消息。

• Hive 和 Kafka 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：

• Hive 允許對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理。

• Kafka 允許實(shí)時(shí)處理 Arduino 平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)。

6 & 7.- 數(shù)據(jù)處理

• Zeppelin 運(yùn)行代碼塊（Scala 和 SQL）：

• 可以查詢存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)。

• 可以實(shí)時(shí)訂閱Kafka主題，處理不同時(shí)間窗口下的消息。

• 代碼在 Spark 上執(zhí)行。

• 在每個(gè)時(shí)間窗口中獲得的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)在 Hive 表中。

• 在每個(gè)窗口上計(jì)算捕獲的溫度平均值。

圖書館

• Adafruit 統(tǒng)一傳感器 1.0.2

• DHT 傳感器庫 1.3.0

• 發(fā)布訂閱客戶端 2.6.0

• 時(shí)間 1.5.0

• NTP客戶端 3.1.0

ARDUINO IDE 配置

通用設(shè)置：

• 板：“ESP8266 通用模塊”

• 閃光模式：“DIO”

• 閃存大?。骸?12K（64 SPIFFS）”

• 調(diào)試端口：“已禁用”

• 調(diào)試級(jí)別：“無”

• 重置方法：“ck”

• 晶體頻率：“26 MHz”

• 閃光頻率：“40 MHz”

• CPU頻率：“80兆赫”

• 上傳速度：“115200”

• 程序員：“AVRISP mkII”

串口監(jiān)視器

• 自動(dòng)滾屏

• 安博斯 NL & CR

• 115200 波特

觀察

在這個(gè)項(xiàng)目中，指令沒有加載到 Arduino 板，而是加載到 ESP8266 模塊，因?yàn)檎沁@個(gè)模塊將操作、轉(zhuǎn)換和發(fā)送數(shù)據(jù)。

要將指令加載到 WiFi 模塊，必須在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入 Flash 模式，這是通過Pinout 圖（Flash 模式）中顯示的引腳配置來實(shí)現(xiàn)的。

建議 Arduino 板在對(duì) ESP8266 模塊進(jìn)行代碼加載時(shí)沒有加載指令。

執(zhí)行

在串口監(jiān)視器中，我們可以觀察到連接、捕獲和發(fā)布消息的過程。

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如果我們訂閱 Mosquitto 主題，我們可以看到消息是如何由 Arduino 板實(shí)時(shí)發(fā)布的。

NiFi 在 Kafka 和 Hive 上發(fā)布捕獲的消息。在后者中，與 MQTT 服務(wù)器相關(guān)的附加字段記錄在表中。

一旦 NiFi 模板啟動(dòng)，如果我們訂閱將消息重定向到的 Kafka 主題，我們將能夠觀察消息是如何在 Mosquitto 收到時(shí)立即發(fā)布的。在下圖中，我們可以看到 Mosquitto 主題（左）和 Kafka 主題（右）中的消息接收情況。

另一方面，如果我們定期查閱 Hive 表，我們會(huì)注意到寄存器的數(shù)量根據(jù) NiFi 捕獲的消息而增加。

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Scala開發(fā)的notebook是JSON格式，可以導(dǎo)入Zeppelin，分為7段：

1.- 設(shè)置。

2.- 數(shù)據(jù)采集。

3.- 按窗口計(jì)算溫度平均值。

4.- Kmeans 模型創(chuàng)建和訓(xùn)練。

5.- 數(shù)據(jù)分類（窗口）

6.- 數(shù)據(jù)分類（隨機(jī)數(shù)據(jù)）

7.- 數(shù)據(jù)檢查。

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使用 Zeppelin 和 Spark 從 Kafka 主題中實(shí)時(shí)捕獲數(shù)據(jù)。

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使用 Kmeans 訓(xùn)練模型進(jìn)行濕度和溫度數(shù)據(jù)分類。

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濕度和溫度 (°C & °F) 值變化的時(shí)間線。

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下一步改進(jìn)

該項(xiàng)目缺乏以下可以增加這些技術(shù)可能應(yīng)用價(jià)值的特征：

• Arduino 板與不同類型的傳感器集成。

• 多路復(fù)用發(fā)送到 WiFi 模塊的信號(hào)。

• 開發(fā)狀態(tài)和控制指示器（LED、警報(bào)、警報(bào)）。

• 閃光模式激活/停用按鈕。

資源

復(fù)制此項(xiàng)目的詳細(xì)說明可在此Github 存儲(chǔ)庫中找到，以及使用的草圖、模板、筆記本和測(cè)試數(shù)據(jù)。

目前它是西班牙語，所以當(dāng)它被翻譯成英語時(shí)，你可以用這種語言練習(xí)你的技能；）。