Rails Girls Guides物联网开发教程：连接真实世界
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/gu/guides.railsgirls.com 你是否曾想过让自己的Rails应用走出屏幕，与真实世界互动？想象一下，你的应用可以控制灯光、读取环境数据，甚至与智能家居设备对话。本文将带你探索如何使用Rails Girls Guides作为基础，构建连接物理世界的物联网应用。我们将从项目搭建开始，逐步实现传感器数据采集、设备控制和实时监控功能，无需深厚的硬件知识，只需基本的Rails开发经验。
为什么选择Rails进行物联网开发？
Ruby on Rails虽然以Web开发闻名，但它的灵活性和丰富的gem生态系统使其成为物联网项目的理想选择。通过Rails，你可以快速构建API接口、实时数据处理系统和用户友好的控制界面，而无需从零开始搭建后端架构。Rails Girls Guides提供的简化开发流程特别适合物联网初学者，让你能够专注于创意实现而非复杂的技术细节。
物联网开发的核心组件
物联网应用通常包含三个关键部分：
- 硬件设备：如传感器、执行器和微控制器
- 通信协议：连接设备与服务器的桥梁
- 后端系统：数据存储、处理和用户界面
本教程将重点介绍如何使用Rails构建后端系统，并提供与硬件设备集成的实用指南。
准备工作：搭建Rails物联网项目基础
首先，我们需要创建一个新的Rails应用作为物联网项目的基础。我们将使用Rails Girls提供的简化模板，它包含了构建Web应用所需的基本组件。
创建项目
打开终端，执行以下命令创建新的Rails应用：
mkdir projects
cd projects
rails new railsgirls_iot -m https://railsgirls.com/simple_scaffold.rb
cd railsgirls_iot
这条命令会创建一个名为railsgirls_iot的新项目，并使用Rails Girls的简化模板。该模板移除了一些复杂配置，更适合初学者使用。
启动服务器
创建项目后，启动Rails服务器：
rails server
打开浏览器访问http://localhost:3000，你应该能看到Rails的欢迎页面，这表示项目创建成功。
构建物联网数据模型
物联网应用的核心是处理来自设备的数据。我们需要创建一个模型来存储传感器读数，如温度、湿度或光照强度。
创建传感器数据模型
在终端中，使用Rails scaffold生成数据模型和界面：
rails generate scaffold SensorReading device_id:string temperature:float humidity:float timestamp:datetime
rails db:migrate
这条命令会创建：
- 一个
SensorReading模型，包含设备ID、温度、湿度和时间戳字段 - 对应的数据库表
- 用于CRUD操作的控制器和视图
查看数据界面
重启服务器后，访问http://localhost:3000/sensor_readings，你将看到一个可以添加、查看和管理传感器数据的界面。
连接物理设备：Arduino与Rails通信
现在我们需要让物理设备能够将数据发送到Rails应用。我们以Arduino为例，演示如何通过HTTP请求将传感器数据发送到Rails后端。
硬件准备
你需要：
- Arduino开发板（如Uno或Nano）
- 温度湿度传感器（如DHT11）
- 网络模块（如Ethernet Shield或ESP8266）
Arduino代码示例
以下是Arduino向Rails应用发送数据的简化代码：
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <DHT.h>
const char* ssid = "你的WiFi名称";
const char* password = "你的WiFi密码";
const char* server = "你的Rails应用IP";
const int port = 3000;
DHT dht(D2, DHT11);
void setup() {
Serial.begin(115200);
dht.begin();
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
}
void loop() {
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
if (isnan(h) || isnan(t)) {
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
return;
}
WiFiClient client;
if (client.connect(server, port)) {
String url = "/sensor_readings";
String data = "sensor_reading[device_id]=arduino1&sensor_reading[temperature]=" + String(t) + "&sensor_reading[humidity]=" + String(h) + "&sensor_reading[timestamp]=" + String(millis());
client.println("POST " + url + " HTTP/1.1");
client.println("Host: " + String(server));
client.println("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded");
client.println("Content-Length: " + String(data.length()));
client.println("Connection: close");
client.println();
client.print(data);
delay(5000); // 每5秒发送一次数据
}
}
这段代码会读取DHT11传感器的温湿度数据，并通过HTTP POST请求发送到Rails应用的sensor_readings接口。
实时监控：使用WebSocket实现数据推送
为了实现实时监控，我们需要让Rails应用能够主动向浏览器推送新数据。我们可以使用Action Cable来实现WebSocket通信。
添加Action Cable支持
在Gemfile中添加Action Cable依赖：
gem 'actioncable'
运行bundle install安装依赖。
创建实时频道
生成一个名为SensorDataChannel的Action Cable频道：
rails generate channel SensorData
修改生成的文件，实现数据广播功能：
# app/channels/sensor_data_channel.rb
class SensorDataChannel < ApplicationCable::Channel
def subscribed
stream_from "sensor_data_channel"
end
def unsubscribed
# Any cleanup needed when channel is unsubscribed
end
end
修改控制器
在SensorReadingsController的create方法中添加广播代码：
def create
@sensor_reading = SensorReading.new(sensor_reading_params)
respond_to do |format|
if @sensor_reading.save
ActionCable.server.broadcast 'sensor_data_channel', @sensor_reading
format.html { redirect_to @sensor_reading, notice: 'Sensor reading was successfully created.' }
format.json { render :show, status: :created, location: @sensor_reading }
else
format.html { render :new }
format.json { render json: @sensor_reading.errors, status: :unprocessable_entity }
end
end
end
前端实时显示
修改前端页面，添加WebSocket客户端代码，实时显示新数据：
# app/views/sensor_readings/index.html.erb
<script type="text/javascript">
App.sensor_data = App.cable.subscriptions.create("SensorDataChannel", {
received: function(data) {
// 添加新数据到页面
var table = document.getElementById('sensor_readings');
var row = table.insertRow(1);
row.insertCell(0).innerHTML = data.device_id;
row.insertCell(1).innerHTML = data.temperature;
row.insertCell(2).innerHTML = data.humidity;
row.insertCell(3).innerHTML = data.timestamp;
}
});
</script>
现在，当新的传感器数据到达时，页面会自动更新，无需手动刷新。
设备控制：从Rails应用发送命令
除了接收数据，我们还可以从Rails应用发送命令控制设备。我们将创建一个简单的界面来控制LED灯。
创建设备控制模型
生成一个Device模型来管理连接的设备：
rails generate scaffold Device name:string status:string ip_address:string
rails db:migrate
创建控制界面
在app/views/devices/show.html.erb中添加控制按钮：
<h1><%= @device.name %></h1>
<p>当前状态: <%= @device.status %></p>
<%= button_to "开灯", toggle_device_path(@device, action: 'on'), method: :post %>
<%= button_to "关灯", toggle_device_path(@device, action: 'off'), method: :post %>
添加控制器动作
在DevicesController中添加控制逻辑：
def toggle
@device = Device.find(params[:id])
@device.status = params[:action]
@device.save
# 发送命令到设备
send_command_to_device(@device.ip_address, params[:action])
redirect_to @device
end
private
def send_command_to_device(ip, action)
uri = URI.parse("http://#{ip}/control")
http = Net::HTTP.new(uri.host, uri.port)
request = Net::HTTP::Post.new(uri.path)
request.set_form_data({ action: action })
http.request(request)
end
设备端接收命令
设备端（如Arduino）需要运行一个简单的Web服务器来接收命令：
// Arduino代码片段
server.on("/control", [](){
String action = server.arg("action");
if(action == "on"){
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
server.send(200, "text/plain", "ON");
} else if(action == "off"){
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
server.send(200, "text/plain", "OFF");
}
});
现在，你可以通过Rails应用界面控制连接的LED设备了。
部署与扩展：让你的物联网应用走向世界
完成开发后，你需要将应用部署到互联网，以便在任何地方访问和控制你的设备。
部署选项
Rails Girls Guides提供了多种部署指南：
- 使用Heroku部署：适合快速部署小型应用
- 使用Digital Ocean部署：提供更多控制权和资源
- 使用OpenShift部署：开源PaaS平台
安全考虑
部署物联网应用时，安全至关重要：
- 使用HTTPS加密通信
- 为设备和API添加认证机制
- 限制设备可执行的操作
- 定期更新软件和依赖
下一步：扩展你的物联网项目
完成本教程后，你可以尝试以下扩展：
总结
通过本教程，你已经学会了如何使用Rails Girls Guides作为基础构建物联网应用。我们从创建Rails项目开始，构建了数据模型，实现了设备通信，并添加了实时监控和远程控制功能。这些知识为你打开了连接数字世界和物理世界的大门。
物联网开发充满可能性，从智能家居控制到环境监测，从农业自动化到工业监控。希望这个教程能激发你的创意，构建出更多有趣且实用的物联网项目！
如果你想深入学习，可以参考Rails Girls Guides中的其他资源：
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
