PiClima

Weather monitoring using raspberry pi and sensors as BMP180.

1 OBJETIVO

Este projeto visa capturar dados de sensores ligados a um raspberry pi e armazenamento em bases de dados para consulta online via frontend.

2 ARQUITETURA

Arquitetura (alto nível)

PiClima

3 INSTALAÇÃO

3.1 Pre-Requisitos

Software:

  • Python 3.9
    • mysqlclient
    • pymongo
    • dnspython
    • spidev
    • Adafruit Python BMP180
  • MySQL

Hardware:

  • Raspberry Pi (aqui na versão 3) com Raspbian (não testado com outras versões)
  • Sensor de Pressão Barométrica BMP180

3.1.1 OpenSSL > v1.1.0 (Opcional), apenas caso ocorra um erro de SSL ao utilizar o pip

Ao instalar alguma dependência do python via pip o erro abaixo é retornado impedindo a correta instalação.

pip is configured with locations that require TLS/SSL, however the ssl module in Python is not available.
Collecting mysqlclient
  Retrying (Retry(total=4, connect=None, read=None, redirect=None, status=None)) after connection broken by 'SSLError("Can't connect to HTTPS URL because the SSL module is not available.")': /simple/mysqlclient/
  Retrying (Retry(total=3, connect=None, read=None, redirect=None, status=None)) after connection broken by 'SSLError("Can't connect to HTTPS URL because the SSL module is not available.")': /simple/mysqlclient/
 [...]
  Could not fetch URL https://pypi.org/simple/numpy/: There was a problem confirming the ssl certificate: HTTPSConnectionPool(host='pypi.org', port=443): Max retries exceeded with url: /simple/numpy/ (Caused by SSLError("Can't connect to HTTPS URL because the SSL module is not available.")) - skipping
  Could not find a version that satisfies the requirement numpy (from versions: )
No matching distribution found for numpy
pip is configured with locations that require TLS/SSL, however the ssl module in Python is not available.
Could not fetch URL https://pypi.org/simple/pip/: There was a problem confirming the ssl certificate: HTTPSConnectionPool(host='pypi.org', port=443): Max retries exceeded with url: /simple/pip/ (Caused by SSLError("Can't connect to HTTPS URL because the SSL module is not available.")) - skipping

Para resolver definitivamente faz-se necessário a instalação ou upgrade do openssl para versão > 1.1.0 e a reinstalação do python3.9 passando como parametros o uso do novo openssl, para isso:

#checa versão atual
[email protected]:~$ openssl version

#baixa o openssl
[email protected]:~$ sudo wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.2o.tar.gz

#Descompacta e entramos no diretório
[email protected]:~$ tar -zxvf openssl-1.1.1i.tar.gz 
[email protected]:~$ cd openssl-1.1.1i/

#configuramos e instalamos
[email protected]:~$ ./config --prefix=/usr/local/openssl shared no-zlib
[email protected]:~$ make
[email protected]:~$ make install

#muda-se as configurações atuais
[email protected]:~$ ln -s /usr/local/openssl/include/openssl /usr/include/openssl
[email protected]:~$ ln -s /usr/local/openssl/lib/libssl.so.1.1 /usr/local/lib/libssl.so
[email protected]:~$ ln -s /usr/local/openssl/bin/openssl /usr/bin/openssl
[email protected]:~$ echo "/usr/local/openssl/lib" >> /etc/ld.so.conf

#checa a versão final
[email protected]:~$ openssl version

3.1.2 Python 3.9

Para este projeto utilizei o python3.9 para coleta dos dados dos sensores, para sua instalação pode-se utilizar o bom e velho sudo apt-get install python3.9 após adicionar seu correto ppa ou compilando e instalando conforme a seguir (para meu caso, devido ao erro do ssl optei por compilar).

#Download da versão desejada
[email protected]:~$ wget https://www.python.org/ftp/python/3.9.0/Python-3.9.0.tar.xz
[email protected]:~$ tar -xvf Python-3.9.0.tar.xz
[email protected]:~$ cd Python-3.9.0

#Configure passando o openssl como parâmetro
[email protected]:~$ ./configure --with-openssl=/usr/local/openssl --enable-optimizations
[email protected]:~$ make
[email protected]:~$ make install

[email protected]:~$ sudo update-alternatives --install /usr/bin/python3 python3 /usr/bin/python3.4 0
[email protected]:~$ sudo update-alternatives --install /usr/bin/python3 python3 /usr/bin/python3.9 1

3.1.3 Dependencias Específicas

Algumas das dependências necessárias para o script rodar corretamente:

a. Mysqlclient, pymongo, spidev e dnspython Necessário para conectar com o mysql, mongoDB na nuvem

[email protected]:~$ sudo pip3 install mysqlclient pymongo dnspython spidev

b. Adafruit BMP180 Python Biblioteca necessária para coletar os dados através do sensor BMP180

[email protected]:~$ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_BMP.git
[email protected]:~$ cd Adafruit_Python_BMP
[email protected]:~$ sudo python3 setup.py install

3.2 Banco de Dados

3.2.1 Banco de Dados MySQL

Utualize o nome do database e table como desejado e atualize o arquivo .env conforme novos nomes.

Database: tempodg Table: log_temperatura

COLUMN_NAME COLUMN_TYPE COLUMN_KEY EXTRA
codTemperatura int(11) PK auto_increment
dataLog timestamp
temperatura decimal(4,2)
pressao decimal(7,2)
altitude int(4)
pressao_abs decimal(7,2)

Após instalado o mysql com o método preferido, faz-se necessário criar a tabela e o database, para isso, acesso pelo terminao o mysql e digite:

a. Criar database

create database tempodg;

b. Criar tabela

CREATE TABLE `log_temperatura` ( `codTemperatura` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `dataLog` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,  `temperatura` decimal(4,2) NOT NULL,  `pressao` decimal(7,2) NOT NULL, `altitude` int(4) NOT NULL, `pressao_abs` decimal(7,2) NOT NULL, PRIMARY KEY (`codTemperatura`)) ENGINE=MyISAM DEFAULT CHARSET=latin1;

c. Criar um usuário no mysql

create user 'USUARIO'@'localhost' IDENTIFIED BY 'SENHA';

d. Garantir acesso ao banco

grant all privileges on tempodg.* to 'USUARIO'@'localhost';

3.2.2 Banco de dados MongoDB

Para os serviços de banco de dados MONGO foi utilizado o MONGODB ATLAS.

Database: weather_dg (Atualizar no script posteriormente com o novo nome) Collection: log_temperatura (Atualizar no script com o novo nome)

COLUMN
_id: index
datahora
temperatura
pressao
pressao_abs
altitude

3.2.3 Executando e Agendando Execução automática

Copie o script para o raspberry pi e crie um arquivo no diretório chamado .env com o seguinte conteúdo:

SQLDBNAME= <SQL_DB_NAME>
SQLTABLENAME= <SQL_TABLE_NAME>
USER_SQL= <SQL_USER_LOGIN>
SECRET_SQL= <SQL_DB_PASSWORD>
USER_MONGO= <MONGO_USER_LOGIN>
SECRET_MONGO= <MONGO_PASSWORD>
LOCAL_ALTITUDE= <ALTITUDE_FROM_YOUR_LOCATION>

Após, para executar basta digitar o comando python3 main.py no terminal.

Para realizar coleta de forma automática de tempos em tempos, basta realizar o agendamento para execução automática utilizando o crontab.

No terminal digite:

[email protected]:~$ crontab -e

E insira a seguinte linha no final do arquivo para agendar a execução a cada 30 minutos o script localizado no diretorio home

*/30 * * * * python3 ~/main.py

Checklist - Macro

  • Criar bancos: local mysql e mongodb (utilizando serviço cloud Mongo Atlas);
  • Criar script python raspberry pi para coleta de dados e envio aos BD;
  • Criar página web interna (php) com gráficos para uso rede interna (redundância visto quedas de internet constantes devido nossas ótimas operadoras);
  • Criar página web em node.js para consulta online via internet;
  • Criar APIs para consulta de dados;
  • Criar mecanismo para caso de falha no upload no mongoDB na nuvem, poder enviar os dados posteriormente represados;

GitHub

https://github.com/dgeraldi/PiClima