ArduinoからDHT11の温度と湿度データをMQTTを使ってMeshbluに送信する #Arduino

ArduinoのEthernetライブラリを使ってモバイルルーター経由でHTTPクライアントの実装を確認しました。またDHT11のデジタル温度センサーからAdafruitのライブラリを使い温度と湿度を計測できるようになりました。ようやく準備が整ったのでMeshbluブローカーにMQTT通信でセンシングデータを送信してみます。

参考

ArduinoのMQTTライブラリはNick O'Leary氏のArduino Client for MQTTを使います。またArduinoからMQTTを使うコードは以下の記事を参考にしました。

Mesubluサーバーでデバイスの登録

Mesubluのコンテナを起動しているDockerホストにログインして作業をします。デバイスのトークンはPythonでランダムな文字列を作成します。

>>> import random
>>> num = 8
>>> arr = list('0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ')
>>> print("".join([random.choice(arr) for i in range(num)]))
FwsFjZy4

ArduinoからDHT11のセンシングデータを送受信するためのデバイスを登録します。

$ curl -X POST \
  localhost \
  -d "name=freeboard&uuid=freeboard&token=FwsFjZy4"
  {"geo":null,"ipAddress":"172.17.42.1","name":"freeboard","online":false,"timestamp":"2015-04-20T02:51:31.841Z","uuid":"freeboard","token":"FwsFjZy4"}

Mosquittoのクライアントを使いArduinoからpublishされたデータを受信できるようにします。

$ mosquitto_sub \
  -h localhost \
  -p 1883 \
  -t freeboard \
  -u freeboard \
  -P FwsFjZy4 \
  -d

Arduino IDE

Arduino IDEのホストマシンはOSXを使います。

ライブラリのダウンロード

Arduino IDEのlibrariesディレクトリにライブラリをインストールします。
DHT11のライブラリはAdafruitのDHT-sensor-libraryリポジトリからgit cloneします。

$ cd ~/Documents/Arduino/libraries
$ git clone https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library.git DHTxx

MQTTクライアントはリポジトリのアーカイブページから最新版をダウンロードして解凍します。

$ cd ~/Documents/Arduino/libraries
$ wget https://github.com/knolleary/pubsubclient/archive/v1.9.1.tar.gz
$ tar zxvf v1.9.1.tar.gz
$ rm v1.9.1.tar.gz

メニューから、開く > libraries > pubsubclient-1.9.1 > PubSubClientにサンプルを選べるようになります。

mqtt_auth
mqtt_basic
mqtt_publish_in_callback

mqtt_authを例にしてスケッチを書いていきます。

スケッチの作成

Arduino IDEを使いスケッチを作成してArduino Unoに書き込みます。buildJson()関数でMQTT通信するメッセージをJSON形式で作成しています。MesubluブローカーにMQTT通信でメッセージを送信する場合、トピック名はmessageが固定になります。devicesキーに送信先デバイスのUUID(freeboard)を指定して、payloadキーにメッセージ本文を人にのJSON形式で記述します。

実際に送信するデータは文字列です。JSONを文字列にエスケープすると以下のようになります。

"{\"devices\": \"freeboard\", \"payload\": {\"humidity\":42,\"temperature\":26}}"

~/Documents/Arduino/mqtt_auth/mqtt_auth.ino

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

#define MQTT_SERVER     "{MESUBLU_BROKER}"
#define DEVICE_UUID     "freeboard"
#define DEVICE_PASSWORD "FwsFjZy4"
#define MAC_ADDRESS_STR  "90A2DA89C850"

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

byte MAC_ADDRESS[] = { 0x90, 0xA2, 0xDA, 0x89, 0xC8, 0x50 };
float humidity = 0.0;
float tempC = 0.0;

EthernetClient ethClient;
PubSubClient client(MQTT_SERVER, 1883, callback, ethClient);

void setup()
{
  Serial.begin(9600); 
  Serial.println("DHT11 and MQTT test");

  dht.begin();
  Ethernet.begin(MAC_ADDRESS);
}

void getData() {
  humidity = dht.readHumidity();
  tempC = dht.readTemperature();
}

String buildJson() {
  String json = "{";
    json +=  "\"devices\": \"freeboard\"";
    json += ",";
    json += "\"payload\":";
    json += "{";
    json += "\"humidity\":";
    json += humidity;
    json += ",";
    json += "\"temperature\":";
    json += tempC;
    json += "}";
    json += "}";

  return json;
}

void loop()
{  
  char clientStr[36];
  sprintf(clientStr,"%s/%s",DEVICE_UUID,MAC_ADDRESS_STR);

  getData();

  if (isnan(humidity) || isnan(tempC)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    return;
  }

  if (!client.connected()) {
    client.connect(clientStr,DEVICE_UUID,DEVICE_PASSWORD);
  }

  if (client.connected() ) {
    String json = buildJson();
    char jsonStr[200];
    json.toCharArray(jsonStr,200);

    boolean pubresult = client.publish("message",jsonStr);
    //boolean pubresult = client.publish("message","{\"devices\": \"freeboard\", \"payload\": {\"humidity\":42,\"temperature\":26}}");
    if (pubresult)
      Serial.println("successfully sent");
    else
      Serial.println("unsuccessfully sent");
  } else {
    Serial.println("not connected");
  }
  delay(5000);
}

// Handles messages arrived on subscribed topic(s)
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
}

シリアルモニタを開くと5秒間隔でDHT11から温度と湿度を計測して、MeshbluのMQTTブローカーにpublishします。

DHT11 and MQTT test
successfully sent
successfully sent
successfully sent

Mesubluサーバーでsubscribeの確認

さきほどmosquitto_subコマンドでsubscribeしたシェルをみるとデータの受信が確認できます。

...
{"topic":"message","data":{"devices":"freeboard","payload":{"humidity":40,"temperature":26},"fromUuid":"freeboard"}}
Client mosqsub/2903-minion1.cs received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'freeboard', ... (116 bytes))
{"topic":"message","data":{"devices":"freeboard","payload":{"humidity":40,"temperature":26},"fromUuid":"freeboard"}}
Client mosqsub/2903-minion1.cs received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, 'freeboard', ... (116 bytes))