使用Node-RED和Raspberry Pi實(shí)現(xiàn)按下按鈕即可發(fā)布天氣信息

Node-RED是一種可視化編程工具，可以將Raspberry Pi的 GPIO引腳 上的組件與各種網(wǎng)站和在線服務(wù)進(jìn)行接合。該軟件由IBM開(kāi)發(fā)，具有開(kāi)源許可證，并且它的使用只需要編寫(xiě)很少的代碼。
為了向您展示該軟件是如何工作的，我們現(xiàn)在使用Node-RED創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，功能為按下按鈕即可獲悉廷巴克圖的溫度。

您還需要一些跳線或電線，以及一個(gè)Android或Apple OS手機(jī)。

Node-RED的工作原理

如果您在不了解的情況下點(diǎn)擊菜單中的Node-RED，所看到的只是一個(gè)終端窗口以及其中顯示的一些狀態(tài)消息。看起來(lái)并沒(méi)有什么，對(duì)嗎？
其實(shí)它正在做的工作是啟動(dòng)一個(gè)Node-RED服務(wù)器。您可以使用本地計(jì)算機(jī)或本地網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)機(jī)器上的Web瀏覽器對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。
Node-RED構(gòu)建在名為Node.js的服務(wù)器技術(shù)之上。這是一種用于物聯(lián)網(wǎng)的低代碼編程環(huán)境。
它提供了一個(gè)圖形化環(huán)境，可以讓您與項(xiàng)目中各種元素相對(duì)應(yīng)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。這些元素包括GPIO引腳上的組件或互聯(lián)網(wǎng)托管服務(wù)。

在Raspberry Pi上安裝Node-RED

Node-RED預(yù)裝在Raspberry Pi OS上的一些軟件中。請(qǐng)查看桌面上的菜單確認(rèn)是否有該選項(xiàng)。
如果沒(méi)有的話，您需要安裝該軟件。這要求您的Raspberry Pi連接互聯(lián)網(wǎng)。
您的操作系統(tǒng)應(yīng)為Raspbian Jesse及之后的版本。如果您的Raspberry Pi的操作系統(tǒng)是在2016年之前安裝的，需要注意這一點(diǎn)。
這些代碼很長(zhǎng)，所以直接復(fù)制和粘貼會(huì)更便捷一些。您可以通過(guò)SSH連接或通過(guò)在Raspberry Pi桌面環(huán)境中打開(kāi)終端窗口來(lái)執(zhí)行該程序。
如果需要的話，您可以通過(guò)輸入以下內(nèi)容來(lái)啟動(dòng)桌面：
startx
在此之前，我們先來(lái)確認(rèn)一下操作系統(tǒng)已經(jīng)更新。打開(kāi)終端窗口并輸入：
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
現(xiàn)在我們可以使用現(xiàn)成的腳本來(lái)安裝Node-RED了。要運(yùn)行該腳本，請(qǐng)輸入：
bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)
當(dāng)您運(yùn)行該腳本時(shí)，它可能會(huì)詢問(wèn)您是否要升級(jí)舊版本的node.js，以及是否要安裝特定于Pi的節(jié)點(diǎn)。對(duì)兩者都選擇“y”。
Node-RED現(xiàn)在已經(jīng)完成了安裝，可以進(jìn)行啟動(dòng)了。

啟動(dòng)Node-RED并在瀏覽器中對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)

您可以從桌面菜單中啟動(dòng)Node-RED，它位于“programming”目錄下。
您也可以從命令行執(zhí)行同樣的操作，輸入以下內(nèi)容：
node-red-pi –max-old-space-size=256
現(xiàn)在該程序正在運(yùn)行中，您可以使用本地網(wǎng)絡(luò)上的web瀏覽器，在端口1880上對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。如果您使用的是Raspberry Pi上的瀏覽器，則可以通過(guò)在地址欄中輸入http://127.0.0.1:1880來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。
如果您正在遠(yuǎn)程訪問(wèn)Raspberry Pi，請(qǐng)將其替換為您用于登錄SSH會(huì)話的IP地址。例如，在我的本地網(wǎng)絡(luò)上，我的Raspberry Pi地址為192.168.0.8，所以我可以通過(guò)在地址欄中輸入http://192.168.0.8:1880將Web瀏覽器定向到Node-RED。
最后，您將會(huì)看到Node-RED的界面。

左側(cè)的列項(xiàng)包含了一系列節(jié)點(diǎn)，我們可以將這些節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到工作區(qū)以構(gòu)建將我們的設(shè)備連接到在線服務(wù)的流（flows）。

If This, Then That

那么，接下來(lái)我們應(yīng)該如何使用Node-RED實(shí)現(xiàn)在手機(jī)上顯示消息通知呢？
我們可以向名為If This Then That（或IFTTT）的工具發(fā)送http請(qǐng)求。這將有助于應(yīng)用程序和設(shè)備之間的連接，對(duì)我們使用Node-RED和Raspberry Pi所構(gòu)建的DIY項(xiàng)目會(huì)很有用。
如果您還沒(méi)有IFTTT，請(qǐng)從應(yīng)用商城或play store進(jìn)行下載和安裝，并創(chuàng)建一個(gè)賬戶。這是免費(fèi)的。
現(xiàn)在切換回您的Raspberry Pi或您用來(lái)訪問(wèn)Node-RED的計(jì)算機(jī)。讓Node-RED頁(yè)面保持打開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)打開(kāi)一個(gè)新的頁(yè)面以前往 https://ifttt.com/ 并登錄您的賬號(hào)。單擊創(chuàng)建（Create）。您將會(huì)看到如下所示的屏幕：

“this”字段需要一個(gè)觸發(fā)器，即它所要響應(yīng)的事件?！皌hat”字段需要設(shè)置一個(gè)動(dòng)作，即它的響應(yīng)動(dòng)作。
我們將要使用的觸發(fā)器是Node-RED所發(fā)送的http請(qǐng)求。IFTTT會(huì)獲取這些“webhooks（鉤子）”，我們將其輸入搜索欄中，并進(jìn)行選擇。當(dāng)要求您對(duì)事件進(jìn)行命名時(shí)，輸入weather_button，并點(diǎn)擊“Create trigger”。

現(xiàn)在我們開(kāi)始設(shè)置響應(yīng)動(dòng)作。我們希望動(dòng)作為發(fā)送一個(gè)通知，所以搜索“notifications”并進(jìn)行選擇。使用一般通知就可以。當(dāng)要求輸入消息文本時(shí)，輸入：
The temperature in Timbuktu is {{Value1}} degrees

現(xiàn)在來(lái)測(cè)試一下此通知是否能出現(xiàn)在您的手機(jī)上。
點(diǎn)擊右上角的頭像打開(kāi)菜單，然后點(diǎn)擊“My Services”。瀏覽到底部，并選擇“Webhooks”，然后點(diǎn)擊右上角的“Documentation”鏈接。
您會(huì)看到一個(gè)快捷小表單，我們可以用它來(lái)測(cè)試所構(gòu)建的項(xiàng)目。我們的事件名稱為weather_button，因此在網(wǎng)址中輸入該事件名稱，然后在“value1”字段輸入數(shù)字42，最后點(diǎn)擊“test it”。
您的手機(jī)應(yīng)該會(huì)在幾秒內(nèi)受到一條通知，告訴您廷巴克圖的氣溫為42度。如果沒(méi)有收到通知，請(qǐng)檢查您手機(jī)上的IFTTT應(yīng)用程序是否安裝正確，以及是否具有發(fā)送通知的權(quán)限，然后重試。
不要關(guān)閉這個(gè)瀏覽器頁(yè)面，我們下面的操作中還會(huì)用到。

將Node-RED 與IFTTT連接

在此documentation頁(yè)面上，您將會(huì)看到有關(guān)如何通過(guò)一個(gè)特定URL的POST 或GET請(qǐng)求來(lái)觸發(fā)事件的說(shuō)明。POST和GET都是我們可以從Node-RED發(fā)送到IFTTT的http請(qǐng)求。
因此，將您的節(jié)點(diǎn)拖動(dòng)到工作區(qū)上的http請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)（http request node）。我們需要對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，雙擊節(jié)點(diǎn)會(huì)打開(kāi)一個(gè)窗口。對(duì)于方法，選擇一個(gè)POST請(qǐng)求（a POST request）；對(duì)于URL，復(fù)制IFTTT documentation頁(yè)面中的URL。
為了測(cè)試是否有效，我們需要另一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)發(fā)送包含溫度值的消息。將一個(gè)注入節(jié)點(diǎn)（inject node）拖到http請(qǐng)求左側(cè)的工作區(qū)，然后雙擊進(jìn)行配置。當(dāng)設(shè)置時(shí)間戳?xí)r，將其更改為JSON并輸入以下代碼： {“value1”:”16”}

點(diǎn)擊Done，然后將注入節(jié)點(diǎn)的右側(cè)與http請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的左側(cè)點(diǎn)相連接。點(diǎn)擊Deploy（部署），然后點(diǎn)擊Confirm deploy（確認(rèn)部署）。

然后按下注入節(jié)點(diǎn)的左側(cè)按鈕以測(cè)試其是否工作正常。您的手機(jī)是否接收到了一條廷巴克圖氣溫為16度的通知？ 如果一切正常，您就可以關(guān)閉IFFT頁(yè)面了。需要該頁(yè)面的工作已經(jīng)完成。

獲取真實(shí)的天氣信息

既然我們有了獲得消息通知的功能了，現(xiàn)在讓我們來(lái)讀取真實(shí)的溫度信息。
首先，我們需要斷開(kāi)注入節(jié)點(diǎn)和http請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的連接，所以點(diǎn)擊連接了節(jié)點(diǎn)的那條線，按下delete鍵。
向下滾動(dòng)節(jié)點(diǎn)列表，直到出現(xiàn)天氣選項(xiàng)。現(xiàn)在將天氣節(jié)點(diǎn)（weather node）拖拽到工作區(qū)，并雙擊… 等一下！什么天氣節(jié)點(diǎn)？什么天氣選項(xiàng)？根本沒(méi)有這些內(nèi)容，不是嗎？
不用擔(dān)心，Node-RED會(huì)讓該節(jié)點(diǎn)（以及其他節(jié)點(diǎn)）的安裝變得輕松而快捷。
點(diǎn)擊右上角的菜單欄，然后選擇Manage Palette。點(diǎn)擊install，然后再搜索欄中輸入openweathermap。點(diǎn)擊node-red-node-openweathermap上的install按鈕，然后在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊install。
現(xiàn)在我們就有了天氣節(jié)點(diǎn)了。接下來(lái)，將一個(gè)天氣節(jié)點(diǎn)拖拽到工作區(qū)中，并雙擊進(jìn)行配置。在城市字段輸入Timbuktu（廷巴克圖），國(guó)家字段輸入ML（即馬里）。

我們現(xiàn)在需要獲取API密鑰。前往https://openweathermap.org/并注冊(cè)一個(gè)免費(fèi)賬號(hào)。確認(rèn)您的電子郵件地址后，點(diǎn)擊包含API密鑰的鏈接，并復(fù)制該密鑰。切換回Node-RED頁(yè)面，并將該密鑰粘貼到API Key字段中。
當(dāng)天氣節(jié)點(diǎn)被激活時(shí)，會(huì)獲取一個(gè)名為tempc的變量，但I(xiàn)FTTT正在尋找的是一個(gè)名為value1的變量。我們可以使用功能節(jié)點(diǎn)（function node）來(lái)分配該值。
因此，在天氣節(jié)點(diǎn)和http請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)之間拖入一個(gè)功能節(jié)點(diǎn)，雙擊該節(jié)點(diǎn)，并輸入以下代碼：
msg.payload.value1 = msg.payload.tempc

現(xiàn)在將注入節(jié)點(diǎn)連接到天氣節(jié)點(diǎn)，天氣節(jié)點(diǎn)連接到功能節(jié)點(diǎn)，功能節(jié)點(diǎn)連接到http請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)。然后再執(zhí)行一次上文中的部署流程。

按下注入節(jié)點(diǎn)上的按鈕，測(cè)試是否工作正常。這可能需要幾秒鐘的時(shí)間，如果一切正常，您應(yīng)該會(huì)收到帶有廷巴克圖實(shí)際溫度信息的IFTTT通知。

引入GPIO引腳

該功能也可以通過(guò)單擊鼠標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在我們嘗試通過(guò)實(shí)際觸摸按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。這里不再需要注入節(jié)點(diǎn)，所以雙擊該節(jié)點(diǎn)然后按下delete鍵。
然后我們連接面包板。首先，將3.3v電源引腳連接到沿著板底部部署的正電源軌。

接下來(lái)，將按鈕放在板的中間。將一個(gè)引腳連接到GPIO引腳13，并將對(duì)角相對(duì)的引腳連接到正電源軌。

所有的連接已經(jīng)完成！接下來(lái)要在Node-RED中進(jìn)行配置了。向下滾動(dòng)節(jié)點(diǎn)列表，直到看到rpio gpio。將其拖拽到您的工作區(qū)。雙擊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置，并選擇GPIO13。
現(xiàn)在我們已經(jīng)連接了按鈕，當(dāng)按鈕被按下時(shí)，它會(huì)閉合連接了3.3V電源軌的電路，所以我們希望在引腳上有一個(gè)下拉電阻，以確保電路斷開(kāi)時(shí)它的讀取值為0。為此，請(qǐng)?jiān)陔娮璨藛沃羞x擇pulldown（下拉電阻）。

接下來(lái)，將gpio節(jié)點(diǎn)連接到天氣節(jié)點(diǎn)，并再次部署。

按下面包板上的按鈕。如果您完成了所有的連接，手機(jī)上應(yīng)該會(huì)接收到通知。

為什么會(huì)發(fā)送兩條相同消息？

您可能會(huì)注意到，按一次按鈕，會(huì)出現(xiàn)幾乎同時(shí)到達(dá)的兩個(gè)通知。
由于gpio節(jié)點(diǎn)直接連接到了天氣節(jié)點(diǎn)，每次邏輯電平發(fā)生變化都會(huì)觸發(fā)事件。而按下按鈕時(shí)邏輯電平會(huì)發(fā)生一次變化，釋放按鈕時(shí)會(huì)發(fā)生另一次變化。
為了僅發(fā)送這些消息中的一個(gè)，我們需要在這些節(jié)點(diǎn)中插入另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。我們可以利用一個(gè)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)（switch node）將消息發(fā)送到不同節(jié)點(diǎn)。
首先刪除gpio節(jié)點(diǎn)和天氣節(jié)點(diǎn)之間的連接，然后在它們之間放置一個(gè)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。雙擊進(jìn)行配置，然后在“==”旁邊的文本字段寫(xiě)入數(shù)字1。

點(diǎn)擊Done，然后將其連接到gpio節(jié)點(diǎn)和天氣節(jié)點(diǎn)，再次部署。

現(xiàn)在，當(dāng)您按下按鈕時(shí)，應(yīng)該只會(huì)收到一條通知了。

顯然，這是一個(gè)專為練習(xí)而構(gòu)建的項(xiàng)目

通過(guò)在手機(jī)上安裝一個(gè)預(yù)報(bào)天氣的應(yīng)用程序來(lái)獲取廷巴克圖（或其他任何城市）的天氣信息會(huì)容易得多。
但是我們?cè)谶@里所探索的工作原理會(huì)很有用。例如，您可以配置一個(gè)設(shè)備，來(lái)為網(wǎng)站或應(yīng)用程序提供實(shí)時(shí)消息。
您還可以通過(guò)其他方式來(lái)進(jìn)行連接，并使用來(lái)自線上服務(wù)的消息來(lái)控制您的設(shè)備，比如通過(guò)使用天氣報(bào)告和預(yù)報(bào)來(lái)為家庭或花園進(jìn)行自動(dòng)化工作。

Node-RED是一種將事物相接合的一種快捷方法

Node-RED經(jīng)常被描述為一種讓沒(méi)有編程背景的人入門物聯(lián)網(wǎng)的工具。但是，雖然它只需要編寫(xiě)很少的代碼，您仍然需要掌握在使用編程語(yǔ)言時(shí)所用到的Web和嵌入式系統(tǒng)的概念。
在這個(gè)介紹性的項(xiàng)目中，我們涉及到了http請(qǐng)求、API、JSON數(shù)據(jù)、邏輯電平、上拉和下拉電阻。我們還需要編寫(xiě)一個(gè)非常簡(jiǎn)短的函數(shù)。
了解這些內(nèi)容并不需要您具有相關(guān)專業(yè)的學(xué)位。但是，如果您以前從來(lái)沒(méi)有作過(guò)相關(guān)的工作，那么使用更傳統(tǒng)的環(huán)境（Python）來(lái)入門確實(shí)會(huì)更合適，也更容易。
如果您已經(jīng)克服入門時(shí)的一些障礙，那么Node-RED將會(huì)是很棒的選擇。您可以快速地將所有事物連接在一起，并且明晰地知道它們之間的聯(lián)系。這是一個(gè)用于快速原型設(shè)計(jì)以及協(xié)調(diào)不同設(shè)備的出色工具。

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛(ài)電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇