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@getapojim

BluemixでRaspberryPi2のセンサーデータを拾う (5)センサーを付けてデータを拾う　温度・湿度・気圧まとめて採取編

Posted at

#概要
BluemixのRaspberryPi登録レシピに登場するデバイス用のsampleプログラムは、どんなにセンサーがたくさん付いていようが固定の4項目のデータのみをBluemixに送信する作りになっている。

Raspberry Pi 2にセンサーを付け加えて固定4項目以外のデータをBluemixで取得するには、sampleプログラムのソースコードを修正してビルドすれば良い。その方法を整理する。

整理している内に長くなってきたので、(1)Sampleプログラムの仕組みの整理と(2)どこをどのように変更すればよいのかを分けることにした。

(1)　仕組みの理解
(2)　センサーを付けてデータを拾う　温度センサーデジタル編
(3)　センサーを付けてデータを拾う　温度センサーアナログ編
(4)　センサーを付けてデータを拾う　温度センサーデジタル編（リベンジ）
(5)　センサーを付けてデータを拾う　温度・湿度・気圧まとめて採取編　(これ)
番外編 『ムック「日経Linux ラズパイマガジン 2015年春号 」電子工作入門キット パーツセット』に入っていたもの

#今回のポイント
##ポイント1：複数のデータを纏めて採取する
センサーを色々手に入れたつもりが実は温度センサーしか持っていないことが判明したので、
他のセンサーを試してみることにした。
以下の条件に見合うセンサーを探した結果、温度・湿度・気圧の3つのデータを採取可能な『BME280搭載　温湿度・気圧センサモジュール』というものを使うことにした。
　選定条件1：生活に密着したデータを採取できる（身近なところで気軽にデータを採取したい）
　選定条件2：放置しておくだけで、人がいなくても動きのあるデータを得たい（楽してデータを採取したい）
　選定条件3：Raspberry Pi 2で動く（or動きそう）という事例がある
　選定条件4：見た目やサイズ感がシンプルで小さい
　選定条件5：手ごろな値段

##ポイント2：はんだ付けから逃げない
『BME280搭載　温湿度・気圧センサモジュール』は「姉妹商品としてピンヘッダ実装済の物もある」とのことだが、「はんだづけカフェ」の存在を知ってしまったことと選定条件5（手ごろな値段）を考慮して、ピンヘッダ未実装の方を選択した。
（実際は差額の324円よりはんだづけカフェへの往復の交通費の方が高かった。。。）

##ポイント3：複数のデータを纏めてBluemixで確認
同時に採取するデータが増えた際に、RasPi上のソースコードやBluemix上のNode-REDの定義で何を増やせばよいかを実際に作って確認する。

#回路（ネタ）
今回はこちら↓をやってみる。
http://qiita.com/masato/items/027e5c824ae75ab417c1

過去にExcelで作った回路を真似して同じような書きっぷりで描いてみた。（Excelで作図）
温度・湿度・気圧を測定するための回路.png

#回路（設計）
元ネタの図の通りにFritzingで作ってみた。
BME280のパーツはここからから入手して、Fritzingにインポートした。
https://sites.google.com/site/takafuminakahrm1017/fritzing/
BME280 Barometric Pressure, Temperature and Humidity Sensor .fzpz
（ファイル名に空白を含む様なので注意）
温度・湿度・気圧を測定するための回路.png

#回路（実装）
Fritzingで作った絵の通りにつなげてみた。
BME280は、当然はんだ付けしてある　←ポイント2
温度・湿度・気圧デジタル_回路(実装).jpg

#Raspberry Pi 2上でI2Cの有効化
作業はRaspberry Pi 2にログインして行う。
実行時ユーザは次の通り
$ : pi
# : root

##WiringPiの導入
# cd /var/tmp
# git clone git://git.drogon.net/wiringPi
# cd wiringPi
# ./build

導入確認のためにバージョンを確認してみる。
# gpio -v
IMG_3201.png
バージョンが表示されること。

##I2C有効化
Raspberry Pi 2はraspi-configから設定する。
# raspi-config

「8 Advanced Options」を選択して、「Select」を押下
I2C有効化1.png

「A7 I2C」を選択して、「Select」を押下
I2C有効化2.png

「はい」を押下
I2C有効化3.png

「了解」を押下
I2C有効化4.png

「はい」を押下
I2C有効化5.png

「了解」を押下
I2C有効化6.png

「Finish」を押下。どれが選択されていても良い。
I2C有効化7.png

「はい」を押下。再起動される。
I2C有効化8.png

再起動後にI2C用のモジュールが読み込まれていることを確認する。
$ lsmod | grep i2c
「i2c_bcm2708」が表示されること。

##I2C用ツールのインストール
# apt-get -y install i2c-tools
# reboot

##デバイスのアドレス確認
# i2cdetect -y 1

IMG_3203.png
アドレス(76)が表示されること。

##PythonからI2Cバスをコントロールするためのツールのインストール
# apt-get -y install python-smbus

IMG_3205.png

#Raspberry Pi 2上で気温・気圧・湿度を読んでみる

参考サイトの通りに、スイッチサイエンスのBMEリポジトリにあるpythonのサンプルコード「bme280_sample.py」をダウンロード・実行してみる。
画面に気温・気圧・湿度をまとめて出力する。
実行にはroot権限が必要

$ mkdir -p ~/bin
$ cd ~/bin
$ wget https://raw.githubusercontent.com/SWITCHSCIENCE/BME280/master/Python27/bme280_sample.py
$ ll bme280_sample.py
$ sudo python ./bme280_sample.py

IMG_3206.png

画面出力例）

temp : 25.59  ℃
pressure : 1007.20 hPa
hum :  54.82 ％

temp　　　：　気温
pressure　：　気圧
hum　　　：　湿度

#Raspberry Pi 2上で気温・気圧・湿度を個別に読んでみる
３つのデータを個別に読めるようにするため、サンプルコード「bme280_sample.py」を手直しして以下の３つのプログラムを作成する。

$ cd ~/bin
$ cp bme280_sample.py bme280_temp.py
$ cp bme280_sample.py bme280_presssure.py
$ cp bme280_sample.py bme280_hum.py
$ vi bme280_temp.py
$ vi bme280_presssure.py
$ vi bme280_hum.py

IMG_3207.png

気温を取得するプログラム

bme280_temp.py(修正前　69～71行目)
	compensate_T(temp_raw)
	compensate_P(pres_raw)
	compensate_H(hum_raw)
bme280_temp.py(修正後)
	compensate_T(temp_raw)
	# compensate_P(pres_raw)
	# compensate_H(hum_raw)
bme280_temp.py(修正前　103行目)
	print "temp : %-6.2f ℃" % (temperature)
bme280_temp.py(修正後)
	print "%-6.2f" % (temperature)

気圧を取得するプログラム

bme280_presssure.py(修正前　69～71行目)
	compensate_T(temp_raw)
	compensate_P(pres_raw)
	compensate_H(hum_raw)
bme280_presssure.py(修正後)
	# compensate_T(temp_raw)
	compensate_P(pres_raw)
	# compensate_H(hum_raw)
bme280_presssure.py(修正前　95行目)
	print "pressure : %7.2f hPa" % (pressure/100)
bme280_presssure.py(修正後)
	print "%7.2f" % (pressure/100)

湿度を取得するプログラム

bme280_hum.py(修正前　69～71行目)
	compensate_T(temp_raw)
	compensate_P(pres_raw)
	compensate_H(hum_raw)
bme280_hum.py(修正後)
	# compensate_T(temp_raw)
	# compensate_P(pres_raw)
	compensate_H(hum_raw)
bme280_hum.py(修正前　117行目)
	print "hum : %6.2f ％" % (var_h)
bme280_hum.py(修正後)
	print "%6.2f" % (var_h)

実行してみる。
それぞれ画面に気温・気圧・湿度を個別に出力する。
実行にはroot権限が必要

$ cd ~/bin/
$ ll bme280_temp.py bme280_pressure.py bme280_hum.py
$ sudo python ./bme280_temp.py
$ sudo python ./bme280_pressure.py
$ sudo python ./bme280_hum.py

IMG_3208.png

#プログラムの改修内容

BluemixのRaspberryPi登録レシピに登場するデバイス用のsampleプログラムを次の通り修正する。
修正前のソースコードはこちらで参照可能

修正するファイル 新規で追加するファイル
iotmain.c
iot.h
jsonator.c
Makefile		 bme280.c

追加・修正内容は以下の通り。

修正内容1

iotmain.c(修正前　61行目)
iotmain.c(修正後)
//bme280_temp.py
float getBme280Temp();

//bme280_pressure.py
float getBme280Pressure();

//bme280_hum.py
float getBme280Hum();

修正内容2

iotmain.c(修正前　152～153行目)
		JsonMessage json_message = { DEVICE_NAME, getCPUTemp(), sineVal(
				MIN_VALUE, MAX_VALUE, 16, count), GetCPULoad() };
iotmain.c(修正後)
		JsonMessage json_message = { DEVICE_NAME, getCPUTemp(), sineVal(
				MIN_VALUE, MAX_VALUE, 16, count), GetCPULoad(), getBme280Temp(), getBme280Pressure(), getBme280Hum() };

修正内容3

iot.h(修正前　22～27行目)
  struct json {
	  char myname[100];
	  float cputemp;
	  float sine;
	  float cpuload;
  };
iot.h(修正後)
  struct json {
	  char myname[100];
	  float cputemp;
	  float sine;
	  float cpuload;
	  float bme280temp;
	  float bme280pressure;
	  float bme280hum;
  };

修正内容4

jsonator.c(修正前　50行目)
jsonator.c(修正後)
	strcat(jsonReturned, ",");

	strcat(jsonReturned, "\"bme280temp\":");
	sprintf(buffer, "%.2f", passedrpi.bme280temp);
	strcat(jsonReturned, buffer);
	strcat(jsonReturned, ",");

	strcat(jsonReturned, "\"bme280pressure\":");
	sprintf(buffer, "%.2f", passedrpi.bme280pressure);
	strcat(jsonReturned, buffer);
	strcat(jsonReturned, ",");

	strcat(jsonReturned, "\"bme280hum\":");
	sprintf(buffer, "%.2f", passedrpi.bme280hum);
	strcat(jsonReturned, buffer);

修正内容5

Makefile(修正前　12～14行目)
iot: iotmain.c cpustat.c mac.c mqttPublisher.c jsonator.c iot.h jsonReader.c
	export LIBRARY_PATH=$(COMPILELIBDIR):$(LIBRARY_PATH)
	$(CC) iotmain.c cpustat.c mac.c mqttPublisher.c jsonator.c cJSON.c jsonReader.c -o $@ -l$(LIBNAME) -lpthread -lssl -lm -L $(COMPILELIBDIR) -I .
Makefile(修正後)
iot: iotmain.c cpustat.c mac.c mqttPublisher.c jsonator.c iot.h jsonReader.c bme280.c
	export LIBRARY_PATH=$(COMPILELIBDIR):$(LIBRARY_PATH)
	$(CC) iotmain.c cpustat.c mac.c mqttPublisher.c jsonator.c cJSON.c jsonReader.c bme280.c -o $@ -l$(LIBNAME) -lpthread -lssl -lm -L $(COMPILELIBDIR) -I .

追加内容1

bme280.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define BUF 256
 
float getBme280Temp();
float getBme280Pressure();
float getBme280Hum();

float getBme280Temp(){
	FILE	*fp;
	char	*cmdline = "python /home/pi/bin/bme280_temp.py";
	if ( (fp=popen(cmdline,"r")) ==NULL) {
		perror ("can not exec commad");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	char buf[BUF];
	fgets(buf, sizeof(buf), fp);
	(void) pclose(fp);
 
	return atof(buf);
}

float getBme280Pressure(){
	FILE	*fp;
	char	*cmdline = "python /home/pi/bin/bme280_pressure.py";
	if ( (fp=popen(cmdline,"r")) ==NULL) {
		perror ("can not exec commad");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	char buf[BUF];
	fgets(buf, sizeof(buf), fp);
	(void) pclose(fp);
 
	return atof(buf);
}

float getBme280Hum(){
	FILE	*fp;
	char	*cmdline = "python /home/pi/bin/bme280_hum.py";
	if ( (fp=popen(cmdline,"r")) ==NULL) {
		perror ("can not exec commad");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	char buf[BUF];
	fgets(buf, sizeof(buf), fp);
	(void) pclose(fp);
 
	return atof(buf);
}

#プログラムの改修手順
作業はRaspberryPi2にログインして行う。
実行時ユーザは次の通り
$ : pi
# : root

  1. 設定ファイルの退避
    # cd /etc/iotsample-raspberrypi/
    # cp -p device.cfg device.cfg.`date +%Y%m%d`_1
    ※これで、アンインストール(dpkg -P)してもフォルダとバックアップファイルが残るので安心。

  2. 必要パッケージのインストール
    # apt-get install dpkg-dev build-essential devscripts
    # apt-get install libssl-dev

  3. ソースコード一式を入手
    $ cd ~
    $ git clone https://github.com/ibm-messaging/iot-raspberrypi.git

  4. ソースコード修正・追加
    $ cd ~/iot-raspberrypi/samples/c/
    $ vi iotmain.c
    $ vi iot.h
    $ vi jsonator.c
    $ vi Makefile
    $ vi bme280.c

  5. ビルド
    $ debuild -b
    署名のエラーは無視する。

#iotサービスの再インストール

  1. アンインストール（古いのを）
    # dpkg -P iot

  2. インストール
    # cd /home/pi/iot-raspberrypi/samples/
    # dpkg -i ./iot_1.0-1_armhf.deb

  3. サービスの確認
    # service iot status
    ※起動している(okが表示される)こと。

  4. 設定ファイル作成
    # cd /etc/iotsample-raspberrypi/
    # cp -p device.cfg.`date +%Y%m%d`_1 device.cfg
    ※6.でいったん削除されてしまうので、1.で退避したファイルで復元

  5. サービスの再起動
    # service iot restart
    ※起動している(okが表示される)こと。

  6. 起動モードの確認
    # service iot getdeviceid
    ※registerd mode で起動している(registerd modeが表示される)こと。

#Bluemix IoT Foundationサービスで確認
IoT Foundationのダッシュボードで、センサー情報欄にて確認する。
センサーの温度データを受信できた！
BluemixでBME280の気温・気圧・湿度を表示.png

#所感
BME280のデータをC言語で採取する方法が分からず、先駆者のpythonサンプルが標準出力に出力する情報をCで拾う形にした。
pythonは初めて触った。
コマンドの出力(返り値ではなく標準出力)をCで拾う方法が分かったので、できることが随分広がったと思う。

#環境

Raspberry Pi 2 Model B
Raspbian
BME280搭載　温湿度・気圧センサモジュール

#参考
Fritzingダウンロード
http://fritzing.org/download/

Fritzing用のBME280のパーツ
https://sites.google.com/site/takafuminakahrm1017/fritzing/
BME280 Barometric Pressure, Temperature and Humidity Sensor .fzpz
（ファイル名に空白を含む様なので注意）

はんだづけカフェ
http://handazukecafe.com/

popenでコマンドの出力を読み込む
http://kaworu.jpn.org/c/popenでコマンドの出力を読み込む

C言語アプリケーションに Pythonを組み込む
http://d.hatena.ne.jp/Wacky/20060103/1136292735

Google （検索文字列：python C言語 popen()）
https://www.google.co.jp/search?q=python+C言語+popen()

Python3の文字列について。%記法とformat()記法の対応関係
http://auewe.hatenablog.com/entry/2013/10/16/083627

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