IDCF主催のサバフェスのために、IoTハンズオンを実施 (2016/03/18)

1. 2016/03/21 2.0版
富士通）あしたのものづくり研究会
有山 隆史
IoTハンズオン
～ESP-WROOM-02+Node-RED

2. はじめに
▌ 本ハンズオンの目的
►ESP-WROOM-02の基本的操作
►IoT向けのサーバ構築
►マイコンに接続されたセンサー情報をサーバにアップする
ことによる、IoTの概要の理解
▌ お願い
►困ったときは、気兼ねなく、どうぞ。
►みんなで教えあって、ハンズオンを進めましょう。
“If you get, give. If you learn, teach.”
– Maya Angelou
1

3. 2
本ハンズオンの流れ
▌環境セットアップ
►PCの環境設定
►サーバの構築
▌やってみよう！
►Hands on 1: Lチカ
►Hands on 2: センサー情報をPCに表示
►Hands on 3: サーバにセンサー情報をアップロード

4. 3
配布物を確認しましょう
ESP-WROOM-02
(Wifiモジュール）
USBケーブル
(PC-ESP接続)
ジャンパー線
(相当品)
ブレッドボード
温湿度・気圧センサー
(BME280)
抵抗(10KΩ) 2本
(茶黒オレンジ)
抵抗(1KΩ) 1本
(茶黒赤) LED

5. 4
環境セットアップ

6. ハンズオン環境
【サーバ環境】
IDCFクラウド
Ubuntu 12.04
Node-RED
mosquitto
mongodb
【IoT環境】
コミュニティ
テンプレート
ESP-WROOM-02
<ライブラリ>
ArduinoJson.h
PubSubClient.h
LED+抵抗
温湿度・気圧センサー
(BME280)
Arduino IDE
(ESP開発環境）
TeraTermなど
USBケーブル
(A-microB)
WAN-LAN
5
【開発環境】

7. ＰＣの環境設定
▌ ①Arduino IDE(開発環境）をインストール
►http://qiita.com/arigadget/items/0c0a0c3ce4f0555c66a5
▌ ②必要なライブラリをインストール
►次ページの手順で２つのライブラリを追加
◘ MQTTクライアント(Nick O’Leary)
• PubSubClient.h
• http://pubsubclient.knolleary.net/
◘ JSON(Benott Blanchon)
• ArduinoJson.h
• https://github.com/bblanchon/ArduinoJson
▌ ③ハンズオン資材のダウンロード
6

8. ライブラリのインストール手順
▌ 「スケッチ」>「ライブラリをインクルード」を選んで「ラ
イブラリを管理」を選択
▌ 「Filter your search…」で、次のキーワードをいれ、該
当するライブラリをそれぞれ見つける。
►PubSubClient
►ArduinoJson
▌ 該当するライブラリの枠内をクリックすると、右下に
「インストール」と表示
▌ 「インストール」（2ライブラリ繰り返す）。
7

9. ハンズオン資材のダウンロード
• ハンズオン向け資材を以下のURLにある
「Download ZIP」よりダウンロードし解凍する。
– https://github.com/arigadget/esp-handson
• “blink.ino” （Hands-on No.1 ）
• “getbme280.ino” (Hands-on No.2)
• “sndbme280.ino” (Hands-on No.3)
• Node-RED用フロー(flow/node-red-bme280-flow.txt)
8

10. Githubの画面
9

11. サーバの環境設定
▌①仮想サーバ作成
► コミュニティテンプレート
◘「サバフェス2016年・ハンズオン用」
▌②サーバ設定
►ログインできるまで確認
▌詳細は、Qiitaのサイトを参照
►http://qiita.com/ymknsg/items/484d87b7a870f30ae0cd
10

12. コミュニティテンプレート
11

13. やってみよう！
12

14. ESP-WROOM-02開発ボード
▌ Wi-FiモジュールにUSB-シリアル変換ICを付加
▌ 二種類の使い方
► Wi-Fiモジュールとして、マイコンとシリアル接続
► ESP内に入っているマイコンをArduino化して使う
リセットボタン モード切替ボタンMicro USB
左 右
1 3.3V GND
2 EN IO16
3 IO14 TOUT
4 IO12 RESET
5 IO13 IO5
6 IO15 TXD
7 IO2 RXD
8 IO0 IO4
9 GND GND
10 VIN VOUT
13
本ボードは
3.3V稼動

15. Arduino UNO R3のレイアウト
PCと接続する
USBポート
DC電源プラグ
2.1mm 内径
アナログ入力ポート
デジタル入出力ポート
(D0～D13)
シリアル
通信
ポート
リセットボタン
LED
電源関連 14

16. ブレッドボードの仕組み
主に電源ライン
（＋ or －）
主に電源ライン
（＋ or －）
上下に23列
1列5ホール
15

17. プログラム構造
void setup() {
// 起動時に一度実行
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// 繰り返し実行
Serial.println(“Hello world!”);
delay(5000);
}
setup関数 + loop関数 + (複数のユーザ関数)
16

18. センサーの種類
▌ アナログセンサー
►紫外線センサー（ML8511)
►感圧センサー
►脈波センサー
►Cdsセンサー
►曲げセンサー
▌ デジタルセンサー(I2C通信が多い）
►光センサー（TSL２５６１）
►温湿度・気圧センサー（BME280)
►加速度センサー（MPU-6050)
17

19. センサー/PCとつなぐには
 シリアル通信機能
 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
 I2C(Inter IC Bus)
 SPI（Serial Peripheral Interface）
種類 UART I2Cバス SPIバス
同期方式 非同期 同期 同期
複数接続 Serial
Serial1(TXのみ)
複数可能
(I2Cアドレスに注意）
複数可能
（SS線増える）
使用ポート IO1: TXD
IO3: RXD
IO4: SDA(ｼﾘｱﾙﾃﾞｰﾀ）
IO5: SCL(ｼﾘｱﾙｸﾛｯｸ）
IO14: CLK
IO12: MISO
IO13: MOSI
IO15: CS
ライブラリ SoftwareSerial Wire SPI
18

20. PCとESPを接続してみよう
19
▌ PCとESPをUSBケーブルで接続
►USBの差込は最後まで入れるようにしてください。通電だ
けで通信ポートが不完全なことがあります。
▌ ドライバーをインストールし、シリアルポートとして認識するま
で、ケーブルを抜かずにしばらく待つ。
►IDEを起動して、シリアルポートが認識されない場合には、
手をあげてください。
▌ （参考)
►USBドライバの手動インストール
►http://www.ftdichip.com/FTDrivers.htm

21. Hands On 1: Lチカ
▌ ハンズオン内容
►ここでは、ブレッドボードに配線したLEDが１秒ごとに
点滅することをやります。
▌ 部品を確認しましょう。
►ブレッドボード
►LED 1本
►抵抗(1KΩ) 1本
▌ 配線しましょう。
▌ PCとESPをUSBケーブルで接続
▌ コンパイル
20

22. Lチカの配線をしてみよう
IO13 3.3V LED(+,長い方)
LED(-,短い方)
抵抗(1KΩ)
茶黒赤
GND
21

23. Lチカのスケッチ（ソース）
#define LED 13
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(1000);
}
GPIO13ピンを出力モードにします
GPIO13をHIGH(3.3V)にします
一秒(1000ms)待ちます
GPIO13をLOW(０V)にします
一秒(1000ms)待ちます
22

24. Hands On 2: センサー情報表示
▌ハンズオン内容
►温湿度・気圧センサーを、I2C通信により接続。
►定期的にセンサー情報を取り出す。
►そのセンサー情報をシリアル通信(UART)を経由して
PCのIDEの右上の「Serial Monitor」に表示。
▌部品を確認しましょう。
►ブレッドボード
►温湿度・気圧センサー(BME280)
►抵抗(10KΩ) 2本 23
ここです

25. 配線の説明(I2C接続)
GND - GND
Pull up抵抗
(10KΩ) 2本
SDI – IO04
GND
3.3V
SDO - GND
SCK – IO05
CSB/Vcore/Vio
3本とも3.3V 24

26. シリアルモニタ表示
ここを押す
▌ スケッチを読み込もう
►getbme280.ino
▌ コンパイルが終わったら、下図のボタン「シリアルモニタ」を押す。
▌ シリアルモニタに、温度、湿度、気圧が表示。
25
シリアルモニタ

27. Hands On 3: センサー情報送信
▌ハンズオン内容
►センサー情報を、クラウドへアップロード。
►サーバ側では、センサー情報の受信を待ち受け、
サーバ時刻を付加して、Debugノードに出力。
►Debugタブに５秒間隔で、センサー情報が表示さ
れることを確認。
26

28. データの流れ
【サーバ環境】
【IoT環境】
ESP-WROOM-02
BME280
温度
湿度
気圧
MQTT publish
(sensor/esp10)
Node-RED
mosquitto
①
③
②
MQTT
subscribe
④
時刻追加
Debug表示
5秒間
待って
ループ
LAN-WAN接続
27

29. Node-REDとは
28
▌Node-REDのフローにより制御
►参考: http://nodered.org/

30. PC側の操作
▌スケッチの修正(赤字の部分）
“sndbme280.ino”
◘Wifiルーター(SSID/PW)
◘サーバIPアドレス
// Wi-Fi APのSSID/Password
const char *ssid = “xxxxxxxxxxxxxxxx";
const char *password = “xxxxxxxxxxxxx";
// Server環境に関する設定
const char *server = "xxx.xxx.xxx.xxx";
const char *topic = "sensor/esp10";
29

31. サーバ側の操作
▌ SSHリモートログイン
▌ Node-RED起動(# node-red)
▌ ブラウザから、Node-REDを起動
►http://xxx.xxx.xxx.xxx:1880/
30

32. サーバ側の操作
▌ Flowフォルダにあるフローを
「Import」→「Clipboard」で貼り付
ける。（図右上、三線）
▌ Deploy（図左上、赤いボタン）
▌ Debugタブに表示されればOK!
31

33. ▌現在の温度を判定して、twitterへ
32
Node-RED活用例
▌Yahoo!の天気予報と比較して、メール送信
YOLP(気象情報API)想定

34. Appendix: AD変換
▌配線(MCP3002)
33
Analog In

35. ▌ Arduino IDEインストール
►Arduino IDE開発環境(ESP-WROOM-02開発ボード編)
►http://qiita.com/arigadget/items/0c0a0c3ce4f0555c66a5
▌ コミュニティテンプレートによるサーバ構築手順
►IDCFクラウドでコミュニティテンプレートから仮想マシンを作成しよう
►http://qiita.com/ymknsg/items/484d87b7a870f30ae0cd
▌ ハンズオン資材
►https://github.com/arigadget/esp-handson
▌ IoTハンズオン用サーバ構築手順(手動構築）
►IoTハンズオン向けサーバ構築手順(IDCFクラウド)
►http://qiita.com/arigadget/items/7a157a631f6a347d52e7
34
【ご参考】 関連URL