Raspberry Pipanwit/IoT-61-003.pdfRaspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi 3 Model B The Raspberry Pi 3 is the third generation Raspberry Pi. It replaced the Raspberry Pi 2 Model B in February

โครงการจดอบรมพฒนาความรทกษะดานInternet of Things

ไดรบการสนบสนนจากงบประมาณแผนดน ป 2561ตามแผนบรณาการการพฒนาคนตลอดชวงวย

Raspberry Pi

What is Raspberry Pi

• The Raspberry Pi is a low cost, credit-card sized

computer that plugs into a computer monitor or TV, and uses

a standard keyboard and mouse. It is a capable little device

that enables people of all ages to explore computing, and to

learn how to program in languages like Scratch and Python.

Raspberry Pi 2 Model B

The Raspberry Pi 2 Model B is the second generation Raspberry Pi. It replaced

the original Raspberry Pi 1 Model B+ in February 2015. Compared to the

Raspberry Pi 1 it has:

A 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU

1GB RAM

Like the (Pi 1) Model B+, it also has:4 USB ports

40 GPIO pins

Full HDMI port

Ethernet port

Combined 3.5mm audio jack and composite video

Camera interface (CSI)

Display interface (DSI)

Micro SD card slot

VideoCore IV 3D graphics core

Because it has an ARMv7 processor, it can run the full range of ARM GNU/Linux

distributions, including Snappy Ubuntu Core, as well as Microsoft Windows 10



The Raspberry Pi 3 is the third generation Raspberry Pi. It replaced the

Raspberry Pi 2 Model B in February 2016. Compared to the Raspberry Pi 2 it

has:

A 1.2GHz 64-bit quad-core ARMv8 CPU

802.11n Wireless LAN

Bluetooth 4.1

Bluetooth Low Energy (BLE)

Like the Pi 2, it also has:

1GB RAM

4 USB ports

40 GPIO pins

Full HDMI port

Ethernet port

Combined 3.5mm audio jack and composite video

Camera interface (CSI)

Display interface (DSI)

Micro SD card slot (now push-pull rather than push-push)

VideoCore IV 3D graphics core


การทดลองท 1 ตดต �งระบบปฎบตการ Raspbian OS

• ระบบปฎบตการท เปน Official Support จาก Raspberry Pi

ช อวา Raspbian OS สามารถ Download ไดท

https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

• ตดต �งโปรแกรม Win32 Disk Imager

1. เลอก Image ไฟล2. เลอก Device ท ตองการจะลง OS

3. กด Write

Raspberry Pi Connect

• connect via a DVI connection, commonly

available on newer monitors and digital TVs.

Raspberry Pi Connect

• Raspberry Pi Remote Connections

Setting the Raspberry Pi’s IP address

• Quick Setup / Setting up when you don’t have a

monitor– Ensure the Raspberry Pi is powered off, and remove the SD-Card.

– Insert the SD-Card into a card reader and plug it into your laptop.

– Make a copy of cmdline.txt and rename it cmdline.normal

– Edit cmdline.txt and add the IP address at the end (be sure you don’t add any extra lines). 10.30.4.1XX XX = เบอรฝากลอง

ขอควรระวง บน Windows ไมควรใช Notepad ในการแก เพราะมปญหาเร องอ กขระพเศษและการเวนบรรทด ควรใช Editor ตวอ นๆ เชน Notepad++

Setting the Raspberry Pi’s SSH

• เน องจากระบบปฎบตการ Raspbian ตวลาสด (RASPBIAN STRETCH) ออกมาเม อวนท 7 กนยายน 2017 ไดทาการ Disable การ SSH จงไมสามารถทาการ Remote Shell เขาไปยง Raspberry Pi ได

• การแกไขทาไดโดย – นา SD card มาเสยบเขากบ Card Reader และตอกบคอมพวเตอร

– สราง file ช อวา ssh ลงใน SD Card (ไฟลไมม นามสกลใดๆ) ลงใน folder

boot ของ SD Card (folder เดยวกนกบท เกบไฟล cmdline.txt)

การทดลองท 2 เรมตนใชงาน Raspberry Pi

• นา SD Card ท ตดต �ง OS เสรจแลว และแกไข IP Address และสรางไฟล ssh

เรยบรอยแลว ไปตดต �งท Rasp Pi โดยเสยบเขาท ชอง SD card ของ Rasp Pi

• เสยบสาย LAN เขาท Rasp Pi

• เสยบ Adapter เพ อจายกาลงงานไฟฟา ใหกบ Rasp Pi

• ทดลองใชคาส ง ping ท เคร อง PC ไปยง IP Address ท กาหนดไวตอนตน วาสามารถตดตอกบ Rasp Pi ไดหรอไม


• ทาการตดต �งโปรแกรม Putty เพ อทาการเช อมตอกบ Rasp Pi ผาน Secure

Shell V2 (SSH)

• ระบ IP Address ของ Rasp Pi

• เลอก SSH

• กดป ม Open


• จะปรากฏหนาจอ Console ของ Rasp Pi

• ใส username : pi และ Password คอ raspberry

• เม อ Login เสรจ จะปรากฏหนาจอดงรป

Basic Linux command


• ทดลองใชคาส ง basic command ของ Linux เชน – ls ในการแสดง รายช อไฟล– cd ในการเปล ยน directory เชน cd / , cd ..

– df –h ในการดขนาดของ file system

• ทาการ Enable SSH โดยใชคาส ง $sudo raspi-config – จากน �นเลอกหวขอ Interfacing Options

– Navigate to and select SSH

– Choose Yes

– Select Ok

– Choose Finish

• ทาการ Expand file system เพ อขยายพ �นท ใหเตมความจของ disk โดยใชคาส ง $sudo raspi-config – จากน �นเลอกหวขอ Expand FileSystem

– Choose Finish


• ทาการ Config Static IP Address ของ Raspi บน file system

• ใชคาส ง sudo nano /etc/dhcpcd.conf

• พมพขอมลตอไปน �ลงไป ตอทายบรรทดลางสด

interface eth0

static ip_address=10.30.4.1XX/24

static routers=10.30.4.1

static domain_name_servers=8.8.8.8

• ออกจากโปรแกรม nano โดยการกด Ctrl+x และ save file โดยการกด yes

Python เปนภาษาระดบสงภาษาหน ง ท มความสามารถสงถกสรางข �นในป 1989 โดย Guido van Rossum ซ งถกพฒนาข �นมาโดยไมยดตดกบแพลตฟอรม

เปนภาษาท Raspberry PI แนะนาใหใช สงเกตไดวามไลบราร ในการเช อมตอฮารดแวรออกมาเปนจานวนมากและตวอยางโปรแกรมของ Raspberry PI กมกจะเปนภาษา Python

สรป ภาษา python แบบรวบรด- การแสดงคา ใชคาส ง print เชน print “Hello”

- การประกาศตวแปร ไมตองระบประเภทตวแปร เชน varint = 10

- คาส งทางคณตศาสตร เชน + - * /

- คาส งในการเปรยบเทยบ เชน == , >= , <=, > , <

- คาส งการตดสนใจ if ..else เชนif x > 10:

print “x is large”

else:

print “x is small”

- คาส งวน loop เชนx = 0

while x < 10

print “Hello”

x = x+1

ข �นตอนการเขยนโปรแกรม python

• เปดไฟลเพ อเขยนโปรแกรม ใชคาส ง nano เชน

$nano helloworld.py

• Run ไฟลโปรแกรมท เขยน ดวย python interpreter โดยใชคาส ง python เชน

$python helloworld.py หรอ

$sudo python helloworld.py

การทดลองท 3 GPIO Blink

• ตอขา GPIO4 เขากบ LED และ ตวตานทาน 100 โอหม ดงรป

GPIO4

GND

LED

100 Ohm

1 23 4


• พพมคาส ง $nano led.py

• เขยนโปรแกรม python ดงน �

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode (GPIO.BCM)

LIGHT = 4

GPIO.setup(LIGHT,GPIO.OUT)

while True:

GPIO.output(LIGHT,True)

time.sleep(0.5)

GPIO.output(LIGHT,False)

time.sleep(0.5)

• Run โปรแกรมโดยใชคาส ง $sudo python led.py


อธบายโปรแกรมimport RPi.GPIO as GPIO # เรยก Library สาหรบควบคม GPIO Pin

import time # เรยก Library สาหรบสราง time delay

GPIO.setmode (GPIO.BCM) # Set the pin designation type to GPIO.BCM

to use BCM numbering convention

( ใชการกาหนดเลข Pin ตาม chip ของ BCM)

LIGHT = 4 # กาหนด GPIO4 เทากบตวแปร Light

GPIO.setup(LIGHT,GPIO.OUT) # กาหนด GPIO4 เปนขา Output

while True:

GPIO.output(LIGHT,True) # กาหนด GPIO4 มคา High

time.sleep(0.5) # delay 0.5 วนาทGPIO.output(LIGHT,False) # กาหนด GPIO4 มคา Low

time.sleep(0.5) # delay 0.5 วนาท

แบบฝกหดจงเข ยนโปรแกรมแสดงส 8 ส โดยเวนชวงสละ 1 วนาท กาหนดสเอง ตามใจชอบ

การทดลองท 4 GPIO Input

• ตอขา GPIO17 เขากบ Switch และ ตวตานทาน 10 กโลโอหม ดงรป

การทดลองท 4 GPIO Input

การกาหนดคาให GPIO17 เปน Input ใชคาส ง

GPIO.setup(17,GPIO.IN) # กาหนด GPIO17 เปนขา Input

และการอานคาจาก GPIO17 ใชคาส ง

val = GPIO.input(17) # คาท อานได มาเกบในตวแปร val โดยจะไดคาเปน 0 หรอ 1

แบบฝกหดเม อกดป ม ให LED ตด และเม อปลอยให LED ดบ

การตดต �ง Library สาหรบภาษา Python ใหใชงานโปรโตคอล MQTT ได

พมพคาส งในการตดต �งดงน �

$sudo apt-get install python-pip

$pip install paho-mqtt

ตวอยาง MQTT Publish โดยภาษา python

• พมพคาส ง $nano pub.py


import paho.mqtt.client as mqtt

import time

mqttc = mqtt.Client()

mqttc.connect("broker.mqttdashboard.com", 1883)

while True:

mqttc.publish(“test/pub", “Hello”)

time.sleep(2)

• Run โปรแกรมโดยใชคาส ง $sudo python pub.py

ตวอยาง MQTT Subscribe โดยภาษา python

• พพมคาส ง $nano sub.py


import paho.mqtt.client as mqtt

def on_connect(client, userdata, rc):

print("Connected with result code "+str(rc))

client.subscribe(“test/sub")

def on_message(client, userdata, msg):

print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

client = mqtt.Client()

client.on_connect = on_connect

client.on_message = on_message

client.connect("broker.mqttdashboard.com", 1883)

client.loop_forever()

• Run โปรแกรมโดยใชคาส ง $sudo python sub.py

แบบฝกหด

แบบฝกหด Raspberry Pi Publish ไปท Broker

• อานคาจาก ป มกด

• ถากดป ม ให Publish ไป Broker วา ON

แบบฝกหด Raspberry Pi ทาการ Subscribe จาก Broker

• รอรบคาจาก Broker

• ถารบไดคาวา ON ให LED ตด

• ถารบไดคาวา OFF ให LED ดบ

Public Brokerbroker.mqttdashboard.com

Internet

ภาพรวมของระบบในปจจบนต �งแตทา การทดลองต �งแตตน

ลองจนตนาการทาอะไรด ??

Web socket connection

การทดลองท 5 ตดต �ง MQTT Broker

ในทน �จะใช MQTT Broker ของ Mosquitto

ในการตดต �ง MQTT Broker จะตดต �ง package 2 ตวดงน �

• mosquitto is the MQTT broker (i.e. server)

• mosquitto-clients are the command-line clients

Mosquitto

An Open Source MQTT v3.1/v3.1.1 Broker

Repository

• โดยปกต เวลาเราตดต �งโปรแกรมบน Windows คอเราจะตองโหลดโปรแกรมมาตดต �งเอง จากเวบไหนกได ซ งบางทอาจไดของแถมมาดวย แตการตดต �งแอพพลเคช นบน Ubuntu หรอ OS ตระกล Linux จะตางกน โดย Ubuntu จะใชการตดต �งซ งดงไฟลแอพพลเคช นจากเวบไซตโดยตรง ซ งเราเรยก เวบท เกบโปรแกรมพวกน �นวา repository ซ งเวลามนกพฒนาแอพพลเคช นสงข �นไปบนเวบเหลาน �จะมการตรวจสอบกอนท จะปลอยใหผใชท วไปตดต �ง ซ งโดยปกตแอพพลเคช นท ถกสงไปบนrepository มกจะเปนโปรแกรมท สมบรณ ไมใชเวอรช น Alpha,Beta และเปนโปรแกรมท ถกรวมเขาไปใน default

repository

• ท�มา http://www.ubuntuthailand.com/

การตดต �ง package แบบ online

• ดาวนโหลด key ในการ install

• โหลดแลวใหใช key ดวยคาส ง $sudo apt-key add file.key

• apt-get คอ การตดต �ง package แบบออนไลน จาก Server ท ใหบรการไดโดยตรง

• ไฟลท ระบ Server ปลายทางท ใหบรการ น นกคอไฟล /etc/apt/sources.list

• กอนท จะตดต �ง package ควรจะเรยกใชคาส ง $sudo apt-get update เพ อupdate ฐานขอมลของ package ใหเปนปจจบน

• ตดต �ง package โดยใชคาส ง $sudo apt-get install ช�อ package


1. add key repository ของ mosquitto โดยใชคาส ง

$wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key

$sudo apt-key add mosquitto-repo.gpg.key

2. เขาโฟลเดอร source.list.d เพ อเตรยมตดต �ง repository ใหมโดยใชคาส ง$cd /etc/apt/sources.list.d/


3. ส ง update apt information โดยใชคาส ง$sudo apt-get update

4. ตดต �ง package mosquitto โดยใชคาส ง$sudo apt-get install mosquitto

5. ตดต �ง package mosquitto-clients โดยใชคาส ง$sudo apt-get install mosquitto-clients

การทดลองท 6 ทดสอบการทางานของ MQTT Broker

• เปด Terminal หน งเพ อทาการ Subscribe โดยใชคาส ง

$mosquitto_sub -h 127.0.0.1 -t topic

• และเปดอก Terminal หน ง เพ อทาการ Publish

$mosquitto_pub -h 127.0.0.1 -t topic -m "Hello world“

• เม อทาการ Publish แลว ใหสงเกตผลลพธท หนาจอ Subscribe

Note:- h คอ host

- t คอ topic

- m คอ message

การทดลองท 7 การให Raspberry Pi เปน Client

ทาการทดลองให Raspberry Pi ทาการ Subscribe และ publish

ไปท Broker broker.mqttdashboard.com, 1883

โดยใช command mosquitto_pub , mosquitto_sub

broker.mqttdashboard.com, 1883

MQTT broker gets Websockets support

มองคประกอบคอ- Web Server ทาหนาท เกบไฟล html ท มโคด javascript

- Web Browser หรอ Web application ทาหนาท เรยกไฟล html จาก Web Server มาแสดงผล- MQTT Broker ท เปด Web Socket เพ อให Javascript ไปดงขอมล มาแสดงผล

MQTT broker gets Websockets support

ตดต �ง Websocket บน Raspberry Pi

Download โดยใชคาส ง$wget http://www.it.kmitl.ac.th/~panwit/mosquitto-ws.zip

ทาการ unzip ไฟล $unzip mosquitto-ws.zip

เขาไปยง folder ท unzip ไฟล$cd mosquitto-1_4-ws

ทาการตดต �ง $chmod +x install

$sudo service mosquitto stop

$sudo ./install

$sudo service mosquitto start

แบบฝกหด ทดสอบ Websocket ของ Rasp-pi

Web Browser

Local Broker

MQTT Client

( Arduino + Ethernet Shield)

ทดสอบ Websocket- แก website ท ไฟล control.html ใหระบ IP เปน IP ของ Raspberry Pi

- เขยนโปรแกรมบน Arduino ให Subscribe คาท รบมา เพ อมาปด-เปด LED และหร ไฟ LED ได

Web socket connection

แบบฝกหด : หลอด LED & R ปรบคาได

Local BrokerMQTT Client


วตถประสงค : ตองการให Arduino ท �งสองคยกนผาน Internet

- ใหจบค ทาดวยกน1. ปรบตวตานทาน ท ฝ ง Team A แลวใหไป หร ไฟ ท ฝ ง Team B 2. ใหฝ ง Team B หน งใช sensor แสง วดแสง แลวส งไปยง Team A โดยท

-เม อแสงนอย ใหหลอดไฟ LED ตด -เม อแสงมาก ใหหลอดไฟ LED ดบ

MQTT Client


Team A Team B

Bridge Broker

Configuring Bridges

• connection name

This variable marks the start of a new bridge connection. It is also used to give the

bridge a name which is used as the client id on the remote broker.

• address address[:port] [address[:port]], addresses address[:port] [address[:port]]

– Specify the address and optionally the port of the bridge to connect to. This must be given for

each bridge connection. If the port is not specified, the default of 1883 is used. Multiple host

addresses can be specified on the address config.

Configuring Bridges

• topic pattern [[[ out | in | both ] qos-level] local-prefix remote-prefix]– Define a topic pattern to be shared between the two brokers. Any topics matching the pattern

(which may include wildcards) are shared. The second parameter defines the direction that the messages will be shared in, so it is possible to import messages from a remote broker using in, export messages to a remote broker using out or share messages in both directions. If this parameter is not defined, the default of out is used. The QoS level defines the publish/subscribe QoS level used for this topic and defaults to 0.

– The local-prefix and remote-prefix options allow topics to be remapped when publishing to and receiving from remote brokers. This allows a topic tree from the local broker to be inserted into the topic tree of the remote broker at an appropriate place.

– For incoming topics, the bridge will prepend the pattern with the remote prefix and subscribe to the resulting topic on the remote broker. When a matching incoming message is received, the remote prefix will be removed from the topic and then the local prefix added.

– For outgoing topics, the bridge will prepend the pattern with the local prefix and subscribe to the resulting topic on the local broker. When an outgoing message is processed, the local prefix will be removed from the topic then the remote prefix added.

การทดลองท 8 Bridge Broker Configuration

เปนการทดลองเชอม Rasp pi เขากบ Broker ของคณะ แบบ Single Direction

• เปดไฟล mosquitto.conf โดยใชคาส ง sudo nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

– แกไขไฟลดงน � connection bridge_test address 161.246.38.194:1883

topic local

• ทาการ Restart โดยใชคาส งsudo /etc/init.d/mosquitto stop

sudo /etc/init.d/mosquitto start

• ทดสอบโดยการ – Subscribe ท Broker คณะ ดวย Topic local

– Publish ไปท Raspberry Pi Broker ดวย Topic local

Note:ช อ Connection ตองไมซ �ากนAddress คอ address ของปลายทางท ไปเช อมตอ

การทดลองท 8 Bridge Broker Configuration

เปนการทดลองเชอม Rasp pi เขากบ Broker ของคณะ แบบ Dual Direction

• เปดไฟล mosquitto.conf โดยใชคาส ง sudo nano /etc/mosquitto/mosquitto.conf

– แกไขไฟลดงน � connection bridge_test address 161.246.38.194:1883

topic # both 2 local/topic/ remote/topic/

• ทาการ Restart โดยใชคาส งsudo /etc/init.d/mosquitto stop

sudo /etc/init.d/mosquitto start

• ทดสอบโดยการ – Subscribe ท Broker คณะ ดวย Topic remote/topic

– Publish ท Raspberry Pi ดวย Topic local/topic

– Subscribe ท Raspberry Pi ดวย Topic local/topic

– Publish ท Broker คณะ ดวย Topic remote/topic

local remote

map an entire topic tree

แบบฝกหด

- ทาการ Bridge ระหวาง Local Broker กบ Public Broker

- Arduino ทาการ Publish คาแรงดนท อานได จากการปรบตวตานทานปรบคาได ไปยง Local

Broker

- NodeMCU ทาการ Subscribe คาท ไดรบมา และทาการ หร หลอดไฟ LED ตามคาท ไดรบ โดย Subscribe จาก Public Broker

- Web Browser แสดงผลกราฟคาแรงดนท รบมาจาก Public Broker ผาน Websocket

Public Broker

Local Broker

Private Network

Bridge

Public Network

Internet

การเชอมตอ Wi-Fi ของ Raspberry Pi

• ทาการ Scan หา SSID โดยใชคาส ง $sudo iwlist wlan0 scan

• ทาการ Config file system โดยใชคาส ง $sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

• พมพขอมลตอไปน �ลงไป

network={

ssid="The_SSID_from_earlier" psk="Your_wifi_password"

}

• ออกจากโปรแกรม nano โดยการกด Ctrl+x และ save file โดยการกด yes

• หากตองการด IP Adress ใชคาส ง $ifconfig

Low-power, Long-range WAN for IoT




Typical Scenario : LPWAN

usecase ของ IoT

Introduction to LoRaWAN

LoRaWAN ในประเทศไทย

โครงการ Smart Parking อานวยความสะดวกในการจอดรถ โครงการ Smart Pollution ตรวจสอบมลภาวะทางอากาศ โดยจะมเซนเซอรตดท รถซต �บส จานวน 10 คน เพ อจะเกบรวบรวมขอมลในขณะรถว ง วาพ �นท ใดของเมองมคาฝ นละอองสง และ

โครงการแกไขปองกนน �าทวม โดยจะใชมเซนเซอรตดต �งภายในทอระบายน �า เพ อบอกสถานะพ �นท เส ยงประสบปญหาน �าทวมซ �าซาก เม อระดบน �าสงข �น เซนเซอรจะสงขอมลเพ อเตรยมการปองกนน �าทวม


อจฉรยะท มเซนเซอรตรวจวดปรมาณขยะแบบเรยลไทม โดยปลอยคล นอลตราโซนคสะทอนกบขยะ

อกท �งสามารถตรวจวดกล นและคณภาพอากาศในพ �นท


ขอขอบคณทกๆ ทาน มากๆ ครบ

หากมขอสงสยประการใด ตดตอสอบถามไดท

[email protected]

Documents

Raspberry Pipanwit/IoT-61-003.pdfRaspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi 3 Model B The Raspberry Pi 3 is the third generation Raspberry Pi. It replaced the Raspberry Pi 2 Model B in February