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使用 Grafana 构建您自己的天气仪表盘

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简介​

在这里，我们将向您介绍如何使用 Grafana 在您的 reTerminal 上制作自己的天气仪表盘，特别感谢 Michaelm Klementsk 的贡献。

InfluxDB 是由 InfluxData 公司开发的一个开源的时间序列数据库 (TSDB)。它使用 Go 编程语言 编写，用于存储和检索在操作监控、应用程序指标、物联网传感器数据以及实时分析等领域的时间序列数据。它还支持处理来自 Graphite 的数据。

Grafana 是一个多平台的开源分析和交互式可视化Web应用程序。当连接到支持的数据源时，它可以为Web提供图表、图形和警报。Grafana 还提供一个具有额外功能的授权企业版，可以作为自托管安装或 Grafana Labs 云服务上的账户使用。它通过一个插件系统进行扩展。终端用户可以使用交互式查询生成器创建复杂的监控仪表盘。Grafana 分为前端和后端，分别使用 TypeScript 和 Go 编写。

我们将使用 ESP32 来收集温度、湿度和气压数据。这些数据将被发送到 InfluxDB 中的时间序列数据库。InfluxDB 可以在 Raspberry Pi 上本地运行，也可以运行在其云服务器上，我们将使用其云服务器。然后，我们将使用一个名为 Grafana 的分析和可视化应用程序来显示存储在数据库中的信息。Grafana 也可以在我们的 Raspberry Pi（或本例中的 reTerminal）上本地运行，或者运行在其云服务器上。我们将把它安装并在我们的 reTerminal 上本地运行。您不需要为 InfluxDB 和 Grafana 使用单独的 Pi，如果您愿意，可以将两者都本地运行在您的 reTerminal 上——我只是希望不必让 reTerminal 一直运行以收集数据。

ESP32 和 Grafana 之间的数据处理

所需材料​

Azure 和 InfluxDB 设置​

我们需要先创建一个虚拟机。

  • 步骤 1. 打开以下页面并登录到您的 Microsoft Azure 服务。点击 Virtual machines，然后点击 Create。

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  • 步骤 2. 在虚拟机中选择 Ubuntu 18.04 系统作为默认系统。点击 Review + create 并进入下一页。

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  • 步骤 3. 所有配置选择完成后，点击 Create。

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该过程需要一些时间，完成后点击 Go to resource 按钮。

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然后会跳转到以下页面。点击 Networking，选择 Add inbound port rule 并添加 8086 端口，目标为任意。

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  • 步骤 4. 复制以下命令以安装 Docker 并启用它。
sudo apt udpate
sudo apt install docker docker-compose -y
sudo systemctl enable --now docker && sudo systemctl start docker
sudo systemctl status docker

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  • 步骤 5. 使用以下命令拉取 InfluxDB 镜像。
sudo docker pull influxdb:2.1.1

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  • 步骤 6. 使用以下命令在后台运行 InfluxDB。
sudo docker run -d --name influxdb -p 8086:8086 influxdb:2.1.1

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  • 步骤 7. 打开浏览器并输入 http://yourip:8086（您的 IP）。点击 "Get Started" 开始使用。

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  • 步骤 8. 记录您的 Organization Name 和 Bucket Name，然后点击 "Continue"。

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  • 步骤 9. 点击 Data > API Tokens。

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至此，Azure 和 InfluxDB 已设置完成，接下来我们将转到 ESP32 的设置。

ESP32 设置​

为了收集天气数据，我们将使用 ESP32，连接一个 DHT11 传感器到引脚 4，以及一个 BMP280 压力传感器到 I2C 接口（引脚 21 和 22）。这里的示例使用了 beginner kit 中的两个 Grove 传感器模块，因为它们已经内置了所有必要的电子元件（如额外的电阻等）。

ESP32 电路图

  1. 使用库管理器
1. 打开 Arduino IDE，点击 "Sketch" 菜单，然后选择 Include Library > Manage Libraries。
2. 在搜索框中输入 'influxdb'。
3. 安装 'InfluxDBClient for Arduino' 库。
  1. 手动安装
1. cd <arduino-sketch-location>/library。
2. git clone https://github.com/tobiasschuerg/InfluxDB-Client-for-Arduino
3. 重启 Arduino IDE。
  • 步骤 2. 将以下代码复制到草图中。
#include <Wire.h>                                                   // 导入所需库
#include "DHT.h"
#include "Seeed_BMP280.h"
#include <WiFiMulti.h>
WiFiMulti wifiMulti;
#define DEVICE "ESP32"

#include <InfluxDbClient.h>
#include <InfluxDbCloud.h>

#define WIFI_SSID "xxxxxxxx"                                            // 网络名称
#define WIFI_PASSWORD "xxxxxxxxxx"                                      // 网络密码
#define INFLUXDB_URL "http://xxxxxxxx:8086"                             // InfluxDB v2 服务器 URL，例如 https://eu-central-1-1.aws.cloud2.influxdata.com (使用: InfluxDB UI -> Load Data -> Client Libraries)
#define INFLUXDB_TOKEN "xxxxxxxxx"                                      // InfluxDB v2 服务器或云 API 令牌 (使用: InfluxDB UI -> Data -> API Tokens -> <选择令牌>)
#define INFLUXDB_ORG "xxxxxxx"                                          // InfluxDB v2 组织 ID (使用: InfluxDB UI -> User -> About -> Common Ids)
#define INFLUXDB_BUCKET "xxxxxxx"                                       // InfluxDB v2 存储桶名称 (使用: InfluxDB UI -> Data -> Buckets)
#define TZ_INFO "JST-9"                                                 // InfluxDB v2 时区

DHT dht(4,DHT11);                                                       // DHT 和 BMP 传感器参数
BMP280 bmp280;

int temp = 0;                                                           // 用于存储传感器读数的变量
int humid = 0;
int pressure = 0;

//InfluxDBClient client(INFLUXDB_URL, INFLUXDB_ORG, INFLUXDB_BUCKET, INFLUXDB_TOKEN, InfluxDbCloud2CACert); // 使用预配置的 InfluxCloud 证书的 InfluxDB 客户端实例
InfluxDBClient client(INFLUXDB_URL, INFLUXDB_ORG, INFLUXDB_BUCKET, INFLUXDB_TOKEN); 

Point sensor("weather");                                                // 数据点

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);                                                 // 启动串行通信
  
  dht.begin();                                                          // 连接到 DHT 传感器
  if(!bmp280.init())                                                    // 连接到压力传感器
    Serial.println("bmp280 init error!");

  WiFi.mode(WIFI_STA);                                                  // 设置 WiFi 连接
  wifiMulti.addAP(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  Serial.print("Connecting to wifi");                                   // 连接到 WiFi
  while (wifiMulti.run() != WL_CONNECTED) 
  {
    Serial.print(".");
    delay(100);
  }
  Serial.println();

  sensor.addTag("device", DEVICE);                                      // 添加标签 - 根据需要重复
  sensor.addTag("SSID", WIFI_SSID);

  timeSync(TZ_INFO, "pool.ntp.org", "time.nis.gov");                    // 准确的时间对于证书验证和批量写入是必要的

  if (client.validateConnection())                                      // 检查服务器连接
  {
    Serial.print("Connected to InfluxDB: ");
    Serial.println(client.getServerUrl());
  } 
  else 
  {
    Serial.print("InfluxDB connection failed: ");
    Serial.println(client.getLastErrorMessage());
  }
}

void loop()                                                             // 循环函数
{
  temp = dht.readTemperature();                                         // 记录温度
  humid = dht.readHumidity();                                           // 记录湿度
  pressure = bmp280.getPressure()/100;                                  // 记录压力

  sensor.clearFields();                                                 // 清除字段以重复使用数据点。标签将保持不变

  sensor.addField("temperature", temp);                                 // 将测量值存储到数据点
  sensor.addField("humidity", humid);                                   // 将测量值存储到数据点
  sensor.addField("pressure", pressure);                                // 将测量值存储到数据点

    
  if (wifiMulti.run() != WL_CONNECTED)                                  // 检查 WiFi 连接并在需要时重新连接
    Serial.println("Wifi connection lost");

  if (!client.writePoint(sensor))                                       // 写入数据点
  {
    Serial.print("InfluxDB write failed: ");
    Serial.println(client.getLastErrorMessage());
  }
  
  Serial.print("Temp: ");                                               // 在串行监视器上显示读数
  Serial.println(temp);
  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.println(humid);
  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.println(pressure);
  delay(1000);                                                          // 等待 60 秒
}

注意： 代码尚未完成。如果您设置了 API 令牌和存储桶，那么从 InfluxDB 仪表板访问的 Arduino 接口页面生成的代码将已经包含正确的设置信息，因此您只需将其复制到您的代码中即可。

InfluxDB Arduino 接口说明

  • 步骤 3. 上传代码并检查结果。

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过一段时间后，我们可以看到信息现在已经存储在我们的 InfluxDB 数据库中，这表明我们的 ESP32 工作正常。现在我们可以继续在 reTerminal 上安装 Grafana 并设置它以显示数据库中的信息。

在 reTerminal 上安装和设置 Grafana​

接下来，我们将按照其网站上关于在 Debian 或 Ubuntu 上安装的终端说明来安装 Grafana。然后我们只需启动 Grafana 并设置为开机自动启动。

安装 Grafana

  • 步骤 1. 通过在浏览器中打开一个新标签页，指向 localhost 的 3000 端口来访问 Grafana 的 Web 界面。您可以在 reTerminal 上打开浏览器并输入 http://localhost:3000

Grafana Web 界面 Localhost3000

然后我们需要配置它以从 InfluxDB 中读取数据，方法是输入服务器和身份验证信息。这些信息可以通过您的 InfluxDB Web 界面找到，并且与您的 ESP32 发布数据的目标信息非常相似。

  • 步骤 2. 点击 Setting 按钮并选择 Data sources。

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  • 步骤 3. 在过滤器中输入 InfluxDB 并选择 InfluxDB。

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现在我们已经在 reTerminal 上安装并设置了 Grafana。

配置 Grafana 使用 Flux​

在 InfluxDB 数据源中选择 Flux 作为查询语言后，我们将配置 InfluxDB 连接：

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Grafana 应该能够连接到 InfluxDB 2.0 数据源并返回测试结果。

  • 步骤 2. 在此处添加面板。

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  • 步骤 3. 返回 InfluxDB，按照以下说明创建脚本。

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  • 步骤 4. 复制脚本并将其粘贴到 reTerminal 中。

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  • 步骤 5. 在 reTerminal 上检查结果，信息应如下所示。

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