张高兴的 .NET IoT 入门指南：（七）制作一个气象站

距离上一篇《张高兴的 .NET Core IoT 入门指南》系列博客的发布已经过去 2 年的时间了，2 年的时间 .NET 版本发生了巨大的变化，.NET Core 也已不复存在，因此本系列博客更名为 《张高兴的 .NET IoT 入门指南》，我也重新审阅了之前的内容进行了相应的更改以保证内容的时效性。

和单片机不同，使用 Linux 开发板、现成的传感器套件以及合适的后端技术几乎可以做成任何东西。为了更好的整合前面章节介绍的内容，本文将制作一个简单的气象站（也许叫环境信息收集装置更合适），至于为何选择制作一个气象站，因为难度不高制作不复杂，并且温湿度传感器花费较低的价格即可获得，可以以低廉的价格换取一个 cool stuff。本文将使用 .NET 6 编写一个控制台应用程序，通过本文你可以学到：

1. I2C I2cDevice 类的使用；
2. 摄像头设备 VideoDevice 类的使用；
3. Iot.Device.Bindings NuGet 包的使用；
4. 时序数据库 TimescaleDB 的简单使用；
5. Quartz 定时任务的使用；
6. 在控制台应用中进行依赖注入；
7. 使用 Docker 拉取镜像、部署应用。

• 硬件需求
• 电路
• 准备工作
  • 配置 TimescaleDB 数据库
  • 安装摄像头的依赖库
• 编写代码
  • 项目结构
  • 项目依赖
  • 数据库上下文与实体类
  • 配置文件
  • 初始化与依赖注入配置
  • 配置定时任务
• 部署应用
  • 发布到文件
  • 构建 Docker 镜像
• 后续工作

硬件需求

名称	描述	数量
Orange Pi Zero	Linux 开发板	x1
BME280	提供温度、湿度以及气压数据	x1
USB 摄像头	提供环境图像	x1
杜邦线	传感器与开发板的连接线	若干

电路

传感器	接口	开发板接口
BME280	SDA	TWI0_SDA (Pin 3)
	SCL	TWI0_SCK (Pin 5)
	VCC	5V (Pin 4)
	GND	GND (Pin 6)
USB 摄像头	USB	USB

准备工作

配置 TimescaleDB 数据库

TimescaleDB 是一款基于 PostgreSQL 插件的时序数据库。考虑到收集的环境数据是按时间进行索引，并且数据基本上都是插入，没有更新的需求，因此选用了时序数据库作为数据存储。TimescaleDB 是 PostgreSQL 的一款插件，可以通过先安装 PostgreSQL 之后再安装插件的形式部署 TimescaleDB，这里直接使用 TimescaleDB 的 Docker 镜像进行部署。

1. 拉取 TimescaleDB 镜像：

代码语言：javascript复制

docker pull timescale/timescaledb:latest-pg14

1. 创建卷，用于持久化数据库数据：

代码语言：javascript复制

docker volume create tsdb_data

1. 运行镜像，端口映射为 54321，密码配置为弱密码 @Passw0rd：

代码语言：javascript复制

docker run -d --name timescaledb -p 54321:5432 --restart=always -e POSTGRES_PASSWORD='@Passw0rd' -e TZ='Asia/Shanghai' -e ALLOW_IP_RANGE=0.0.0.0/0 -v tsdb_data:/var/lib/postgresql timescale/timescaledb:latest-pg14

1. 使用熟悉的数据库管理工具（如 Navicat）创建数据库 WeatherMetrics：

代码语言：javascript复制

CREATE DATABASE "WeatherMetrics"
WITH OWNER = postgres ENCODING = 'UTF8';

CREATE TABLE metrics (
   time TIMESTAMP WITHOUT TIME ZONE NOT NULL DEFAULT 'now()',
   device_id VARCHAR(50) NULL,
   weather_type VARCHAR(50) NULL,
   temperature DECIMAL(5, 2) NULL,
   humidity DECIMAL(5, 2) NULL,
   pressure DECIMAL(8, 2) NULL,
   image_base64 TEXT NULL
);

SELECT create_hypertable('metrics', 'time');

time 表示采集数据的时间，device_id 记录采集设备的 id，weather_type 记录从心知天气获取的天气名，temperature 记录传感器获取的温度，humidity 记录传感器获取的湿度，pressure 记录传感器获取的气压，image_base64 记录摄像头采集的图像。

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