ESP32で始めようIoT開発ハンズオン

中村真理 ESP32で始めよう IoT開発ハンズオン

中村真理 Nakamura Shinri 診療放射線技師 Line API Expert 株式会社B&B Lab.
共同ファウンダー自己紹介株式会社 B&B Lab. 事業内容：IoTハードウェア及びサービスの開発

Nakamura Shinri http://b-and-b-lab.jp 手動ON 自動 ▪開発実績 SORACOM Air を活用した自動潅水システムの開発〇農業ハウス向け自動潅水システム（開発中）

爆発的な普及のために今日の流れ IoTとは何か使用する機材今日作成するものの概要開発環境通信方法実際の開発通信確認 ※用意したqiitaのページと一緒に使用してください
https://qiita.com/shinfrom/items/2f350d789a89b7086df3

爆発的な普及のために IoTとは IoTとはどのようなものでしょう？ IoTと聞いてどのようなものを思い浮かべますか？

爆発的な普及のために IoTとは IoTとは？ Internet of things モノが直接インターネットに接続

爆発的な普及のために IoTを実現する技術背景① スマートホンが普及センサーが安価に！

爆発的な普及のために IoTを実現する技術背景② コンピュータリソースやスケーラビリティの課題はクラウドの普及によって解消クラウドの普及

爆発的な普及のために技術要素は出そろってきた技術要素はある程度出そろってきた次の課題どのような課題に対して、どのような効果を出すことができるかを考えるほうが重要になってきたつまり繋いでみて、データが取れただけではダメ！

爆発的な普及のために IoTの価値とはイノベーティブな価値を起こすことを目指すのが本質モノをつなげるだけでなくモノをつなげることだけでなく、モノをつなぐことによって得られるデータをもっと利用できる仕組みや分析方法を構築する必要がある

爆発的な普及のために一般的なIoTのイメージサーバーモノ(デバイス) センサーネットワーククラウドネットワークアプリケーション https://www.rohm.co.jp/blog/-/blog/id/7405417

爆発的な普及のために IoTの通信方法 https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h29/html/nc133200.html 広域・遠距離低速低コスト省電力狭域・短距離高速高コスト
消費電力大 Wi-Fi LTE LPWA BLE RFID NFC ZigBee 5G

爆発的な普及のために今回作成するものデバイス側サーバー側

爆発的な普及のために今回の開発で使用するもの・マイコン・プログラム開発環境・センサー・ブレッドボードとジャンパワイヤ

爆発的な普及のためにマイコンとは組み込みエンジニアの教科書より引用一つのICチップにコンピュータが持つ基本機能一式を搭載した電子部品のことマイクロコントローラの略称 CPU：演算を行うメモリ：記憶領域ペリフェラル：入出力を行う

爆発的な普及のためによく使用されるマイコン Arduino Uno ESP32 マイクロビット M5stack

ESP32 ・Wi-Fi ・Bluetooth ・SPI ・I2C ・UART ・PWM ・GPIO ・電源電圧：2.2V~3.6V 今回使用するマイコン

爆発的な普及のためにセンサーについてアナログセンサー測定したデータを電気信号に変換したときに、それを電圧の連続データ（アナログデータ）で出力する。ディジタルセンサー測定したデータを電気信号に変換したときに、それを0と1のディジタルデータで出力する

爆発的な普及のためにセンサーの種類温湿度センサ超音波センサ CO2センサ人感センサ様々な種類のセンサーがある

爆発的な普及のために今回使用するセンサー土壌水分センサー CdS感光センサー

爆発的な普及のためにブレッドボードとジャンパワイヤブレッドボードプロトタイプを作成するための基板ブレッドボードの穴に部品を抜き差しすることではんだ付け不要で回路を構成できるジャンパワイヤブレッドボードで使用できる線材両端がブレッドボードにさせるようになっているものや、マイコンやセンサが挿せるように穴が開いているものがある

爆発的な普及のためにブレッドボード外側は横方向に、内側は縦方向に配線されている

爆発的な普及のためにプログラム開発環境① Arduino IDE クロス開発環境スケッチでプログラム対応しているマイコンが多い Cライクにプログラミング開発に必要なものがそろっている

爆発的な普及のためにプログラム開発環境② ビジュアルプログラミングツール Node-RED 処理をノードでブラックボックスにするネットワークはデータの流れを示す難しいことを考えずに使用できる

爆発的な普及のためにハンズオンに入ります実際に手を動かします

爆発的な普及のために開発環境の構築 ※詳しい手順はこちらにまとめています・Arduino IDEをインストールする・ESP32のボード情報をArduino IDEに登録する esp32ボードマネージャ https://github.com/espressif/arduino-esp32

爆発的な普及のために LEDについて + LEDとは https://www.slideshare.net/chabudaigaeshi/02-hands-onpptx 発光ダイオードと呼ばれ順方向に電圧を加えると光る半導体素子カソード：外部回路へ電流が流れだす電極（ー）アノード：外部回路から電流が流れ込む電極（＋） -

爆発的な普及のために Lチカについて何も考えずに光らせてみましょう LEDのアノード側をGPIOの12番に接続します LEDのカソード側に抵抗、GNDと接続します

爆発的な普及のために Lチカのビルドと書き込み一度だけ実行される関数 ☑ボタンを押してコンパイルを行う →ボタンを押してビルドと書き込みを行う繰り返し実行される関数 LED点灯 LED消灯ソースコードの場所

爆発的な普及のためにセンサーを動かすアナログセンサーの読み込み analogRead()関数で読み込みを行う引数で使用するピン番号を指定します使用できるピンはADCと接続されているピンのみ

爆発的な普及のために CdS感光センサーの仕組み動作原理硫化カドミウムを使用した光センサーで、光の強さに応じて電気抵抗が低下する。人の目の特性に近いので明るさセンサーに向いている

爆発的な普及のために CdS感光センサーの配線 CdSセンサーの配線例です ※実際に使用するマイコンモジュールとは違いますがこの例を参考に配線してくださいセンサーと接続するピン番号は32番になります

爆発的な普及のために CdS感光センサーを動かしてみるまずは値を読み取ってみます void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println("start"); pinMode(CDS_PIN, INPUT);
} void loop() { int Measurevalue; Measurevalue = analogRead(CDS_PIN); Serial.print("Mesure value is : "); Serial.println(Measurevalue); delay(500); } GPIOのモードの変更値の読み出し

爆発的な普及のために感光センサーでLEDを操作する明るい暗い閾値（スレッショルド） th_light 閾値よりも暗いときはLEDを光らせる if (Measurevalue <
th_light ){ //LEDを点灯させる } else { //LEDを消灯させる } スレッショルドを変化させてみてください

爆発的な普及のために水分センサーの仕組み https://wiki.dfrobot.com/Capacitive_Soil_Moisture_Sensor_SKU_SEN0193 動作原理静電容量方式で土壌水分レベルを測定する水分量が上がると出力値が下がり水分量が下がると出力値が上がる定量的な測定はできない

爆発的な普及のために水分センサーを動かしてみるプログラムは光センサーとほぼ同じですピン番号を35番にして自分で作成してみてください配線 VCCを3.3V GNDをGND 信号線をD35に接続します

爆発的な普及のために Wi-Fiを利用した通信 MQTT CoAP HTTP 今回使用するので細かく説明します１対１の通信用のプロトコル IoT用の簡易版HTTPともいえるリアルタイムなセンサーデータの送受信に向いています機器同士の通信に向いています
HTML文書や画像、音声、動画等のコンテンツの送受信に用いられるプロトコル

爆発的な普及のために MQTTについて MQTT 二者間の非同期通信をサポートするプロトコル。メッセージの送信側と受信側を空間という点でも時間という点でも切り離すことができる。双方向通信ができるのにヘッダーが小さいのが特徴

爆発的な普及のために MQTTライブラリのインストール pubsubクライアントライブラリのインストール https://pubsubclient.knolleary.net/

爆発的な普及のためにファームウェアをマージさせる start ①set up サーバーとの接続確認データの作成 ②mqtt送信このような流れで実装しますソースコードと比較して、どのコード
がどの処理なのか考えてみましょう。ソースコードはこちらです

爆発的な普及のために JSONとは Javascriptのオブジェクトを文字列で表すデータフォーマット異なるプログラミング言語間のデータの受け渡しが楽になる Webアプリでは、サーバーとwebクライアント間でのデータの受け渡しにJSONがよく用いられる {“key” : value, “key2”
: value} ダブルクォーテーションには、オブジェクトのプロパティ名が入る

爆発的な普及のために Payloadの中身 {"DeviceID":"01",”moist”:%d,”light”:%d} “ ”はプロパティ名 %dは整数(int)を表す送受信されるデータの伝送単位（パケット等）のうち、宛先などの制御情報を除いた相手に送り届けようとしている正味のデータ本体のこと。 payloadとは

爆発的な普及のために Payloadの作成の準備 sprintf 書式にのっとって変換した出力を文字列に格納する関数 int 整数を扱うデータ型 char 文字型を扱うデータ型変数の集まり
配列

爆発的な普及のために Payloadの作成 int light; int moist; char payload[120]; sprintf(payload, "{"light":%d,"moist":%d}",
light, moist); payloadの作成例です lightの値とmoistの値をpayloadに詰めています

爆発的な普及のために実用的なpayload なるべくデータを詰め込むデータを16進数に変換することでなるべくデータを詰め込む（例）明るさ16、湿度8、温度24 整数のデータ(4 Byte) 000F00080018 16
8 24

爆発的な普及のために enebularについて eneubularは、株式会社ウフルが提供するIoT製品・service作りを包括的に支援するサービスです https://www.enebular.com/ja/ 一定時間無料で試用することができますアカウント登録は必要ですが

爆発的な普及のために Enebularの登録とフローの開き方 Emailを登録するパスワードを登録するユーザー名を決めて

爆発的な普及のために enebularのフローの開き方プロジェクトの作成をする新規作成して名前を付ける

爆発的な普及のために Node-REDのフローの作成使いたいノードをドラッグして配置するデプロイする

爆発的な普及のためにデータの送信と受信確認サーバーのIPアドレスを入力しますトピックを入力して deployすると受信準備が整いました

爆発的な普及のためにデータの分割受信データの取り出し functionノードを利用してデータを取りだします var light = msg.payload.light var moist
= msg.payload.moist JSONオブジェクトからプロパティごとに取り出すことができます

爆発的な普及のために Node-REDの中でのJSONの作成 var light = 2000 var moist = 1000
msg.payload = { “light” : light, “moist” : moist } （例） functionノードの中で作成する出力 {“light” : 2000, “moist” : 1000}

爆発的な普及のために Kafkaとは https://oss.nttdata.com/kafka/kafka.html kafkaは大規模なストリームデータを扱うことができるオープンソースの分散メッセージングシステムは右図のようにデータが生成される機器やサーバとデータの処理サーバなどの間に配置され、生成されたストリームデータを受け取り、
一時的にデータを保存しつつ、都度または必要なタイミングで処理サーバにデータを受け渡します。 ※NTTデータソリューション紹介ページより

爆発的な普及のために Kafkaノードのインストール右上のハンバーガーメニューからパレットの管理を選択するノードの追加を選択して Kafkaで検索する 2番目のものを選択します node-red-contrib-kafka-manager

爆発的な普及のために Kafkaの送信テスト brokerサーバーとtopicを指定してタイムスタンプを送信してみる

爆発的な普及のためにデータの流れデバイス側サーバー側

爆発的な普及のために mqtt受信データをKafkaに送信 mqttで受信したデータをJSONに変換してKafkaに送信する

爆発的な普及のために参考情報 IoTとは？重要な4つの構成要素と活用事例、自作のための知識を紹介 https://www.rohm.co.jp/blog/-/blog/id/7405417 IoTを支える新たな通信技術 https://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h2 9/html/nc133200.html ESP32ボードマネージャー https://github.com/espressif/arduino-esp32
某社arduino勉強会ハンズオン https://www.slideshare.net/chabudaigaeshi/02-hands-onpptx Enebular公式ドキュメント https://docs.enebular.com/ja/?_ga=2.68803665.1133606832.1651 417791-389674778.1649496197 組み込みエンジニアの教科書渡辺登、牧野進二著 2019年4月26日初版発行株式会社シーアンドアール研究所 ISBN 978-4-86354-275-4 IoT開発スタートブック下島健彦著 2019年8月24日初版発行株式会社技術評論社 ISBN 978-4-297-10736-9 ｃ3055 Arduinoで学ぶ組み込みシステム入門猪俣俊光著 2018年3月30日第一版発行森光出版株式会社 ISBN 978-4-627-81831-6 ESP32&Arduino電子工作プログラミング入門藤本壱著 2020年4月20日初版発行株式会社技術評論社 ISBN 978-4-297-11205-9 ｃ3055

中村真理 Nakamura Shinri 診療放射線技師 Line API Expert 株式会社B&B Lab.
共同ファウンダー Appendix follow me 株式会社 B&B Lab. 事業内容：IoTハードウェア及びサービスの開発 https://www.facebook.com/nakamura.shinri/ @shinfrom1981

ESP32で始めようIoT開発ハンズオン

ESP32で始めようIoT開発ハンズオン

More Decks by shinrinakamura

Featured

Transcript