Bluetooth体重計とRaspberry Pi Zero Wで体重記録を残す

##　環境

• Windows 10
• Raspberry Pi Zero W(つなげるのが面倒だったのでキーボードマウスモニタレス)
• Raspbian
  Raspbian Buster
  　Version:September 2019
  　Release date:2019-09-26
  　Kernel version:4.19
• ブレッドボード
• I2Cディスプレイ
  OLEDモジュールSSD1306
• タクトスイッチ
  千石に売ってたちょっと大きいヤツ
• 10kΩ抵抗
• 配線もろもろ

• Zabbixサーバ → ConoHaでZabbix！
• Zabbix-Sender

Raspberry Piの設定

SSHでログインできるところまで設定

パッケージ更新
日本のサーバ(JAIST)に切り替えて利用すると少しは速かったです

/etc/apt/sources.list

#deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
deb http://ftp.jaist.ac.jp/raspbian buster main contrib non-free rpi

listを書き換えてから

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get -y upgrade

色々更新されているはずなので再起動

$ sudo reboot

I2Cディスプレイのセットアップ

Raspberry Piの設定

I2Cを利用できるように設定します。

$ sudo raspi-config

• 5 Interfacing Options
• P5 I2C
• Yes
• Finish

$ sudo reboot

確認

/etc/modules

i2c-dev

設定
最終行に追加

/boot/config.txt

dtparam=i2c_baudrate=50000

接続

ピン	端子	機能
1	VCC	I2C ボタン共用
3	SDA	I2C
5	SCL	I2C
9	GND	I2C ボタン共用
11	GPIO17	ボタン

ボタンはプルアップ型で繋ぎます

あとRaspberry Piのヘッダピンは雌型を取り付けています。

node.jsの更新とか準備

node.jsを一旦削除し、
nvmによるバージョン管理から指定のバージョンを用意します

# nodejs 全消し！
$ sudo apt-get autoremove nodejs
# nvmインストール
$ curl -o- https://raw.githubusercontent.com/nvm-sh/nvm/v0.35.1/install.sh | bash
$ export NVM_DIR="$([ -z "${XDG_CONFIG_HOME-}" ] && printf %s "${HOME}/.nvm" || printf %s "${XDG_CONFIG_HOME}/nvm")"
$ [ -s "$NVM_DIR/nvm.sh" ] && \. "$NVM_DIR/nvm.sh"
$ nvm --version
0.35.1
$ nvm ls-remote
        v0.1.14
        v0.1.15
        v0.1.16
        v0.1.17
   :
   :
   :
       v12.12.0
       v12.13.0   (LTS: Erbium)
       v12.13.1   (Latest LTS: Erbium)
        v13.0.0
        v13.0.1
        v13.1.0
        v13.2.0
        v13.3.0
# バージョンが大量に表示されます
# 今回はライブラリの関係で8系が使いたいので
$ nvm install v8.16.2
# インストール完了後バージョンチェック
$ node -v
$ npm -v
# しかしrootからはnodeが見れない
$ sudo node -v
# なので
$  n=$(which node); n=${n%/bin/node}; chmod -R 755 $n/bin/*; sudo cp -r $n/{bin,lib,share} /usr/local
# 見れる場所にコピーが必要
# これで見れる
$ sudo node -v

一応node.jsインストール完了

$ mkdir node
$ cd node
# 適当に初期設定
$ npm init
$ npm install raspi-io johnny-five oled-js oled-font-5x7
$ sudo ln -s /usr/local/lib/libpigpio*.so /usr/lib/
$ sudo reboot
# 再起動後
$ cd node
# OLEDにメッセージを出してみましょう
$ vi app.js

app.js

const five = require('johnny-five');
const font = require('oled-font-5x7');
const Oled = require('oled-js');
const Raspi = require('raspi-io').RaspiIO;
const board = new five.Board({io: new Raspi});
board.on('ready', () => {
  console.log('Connected to Raspberry, ready.');
  const opts = {
    width: 128,
    height: 64,
    address: 0x3c
  };
  const oled = new Oled(board, five, opts);
  oled.clearDisplay();
  oled.setCursor(1, 1);
  oled.writeString(font, 1,
    'Cats and dogs are really cool animals, you know.',
  1, true, 2);
  oled.update();
});

実行してみる。

sudo node app.js

ﾔｯﾀｰ

Bluetooth対応体重計の検索

Raspberry Piから検索するのも手でしたが
今回はAndroidスマホから検索してみます。

GATT検索ができるアプリであればなんだっていいのですが
ちょうどいいアプリがあったのでこいつを利用
BLE Scanner: Read,Write,Notify

アプリのスキャナ画面を表示し
Bluetooth体重計をBLE待受状態にします。
※ 今回の体重計は乗ったタイミングでONになるようです

それらしい名前が出てきました。
Health Scale
らしいです

GATTサービスを表示してみます。

カスタムサービス辺りのNotifyに値がまとまっているらしいのでそいつを展開し、
Notifyをsubscribeしてみます。

この状態で体重計の上で動いてみます。
何やら3，4バイト目(頭が0バイト目)と最後の値が揺れています

この時26．0Kgを表示しているので
3，4バイト目のエンディアンをそれとなく計算すると
2600という値が取得でき
100で除算すると表記と同じ値となりました。

値が確定したタイミングで最後のデータとして全件データが入ったNotifyが飛んできた後切断されるみたいでその時の値が

その確定したタイミングでの3，4バイト目が1E 0A
値を0x0A1Eとし、計算すると2590となります。
この時体重計は25.9Kgで確定しているのでこの値が体重でよいでしょう。

というわけで
node.jsのnobleでデータを取得してみます。

Bluetoothのなにがしをインストール

sudo apt-get install bluetooth bluez libbluetooth-dev libudev-dev

デバイスを見つけてみましょうか

$ bluetoothctl
[bluetooth]# scan on
[NEW] Device xx:xx:xx:xx:xx:xx Health Scale

見つかりますね
blutoothctlを終わりましょう

[bluetooth]# scan off
[bluetooth]# exit

npmのなにがしもインストール
(こいつがバージョン指定が必要でnodeの8か9系でしか動いてくれないっぽい)

$ npm install noble

ソースを書いていくが先駆者を参考にさせて頂く。

体重計名をHealth Scaleとして確認…

：
：
：
(fff4):
Buffer [ 207, 0, 0, 148, 7, 0, 0, 0, 0, 1, 93 ]
(fff4):
Buffer [ 207, 0, 0, 148, 7, 0, 0, 0, 0, 1, 93 ]
(fff4):
Buffer [ 207, 98, 17, 148, 7, 70, 68, 150, 0, 0, 187 ]
(fff4):
Buffer [ 207, 98, 17, 148, 7, 70, 68, 150, 0, 0, 187 ]

計測完了のタイミングで通信が切れるのでその寸前で体重以外の情報を送信している様です。
しかし内容については調査が必要…
今回は体重を利用したいので3,4バイト目を利用し、
計測終了のフラグを9バイト目を利用します。

ボタン利用

Bluetoothを常時検索するのも無駄なのでボタンをトリガーとして検出を行いたいと思い実装。
無くても検出し続けたらそれはそれで動くと思う。

今回はrpi-gpio-buttonsでボタンの動作を検出します
このモジュールはプルアップ回路のボタンを検出するらしいです

GPIO pins with buttons must have a pull up resistor or be configured in the device tree overlay to use internal pull up.

ではパッケージのインストール

$ npm install rpi-gpio-buttons

button.js

var buttons = require('rpi-gpio-buttons')([11]);
// 長押し検出を1秒設定
buttons.setTiming({ pressed: 1000 });

buttons.on('pressed', function (pin) {
  console.log("pressed");
});
buttons.on('clicked', function (pin) {
  console.log("clicked");
});
buttons.on('clicked_pressed', function (pin) {
  console.log("clicked_pressed");
});
buttons.on('double_clicked', function (pin) {
  console.log("double_clicked");
});
buttons.on('released', function (pin) {
  console.log("released");
});
buttons.on('button_changed', function (pin) {
  console.log("button_changed");
});
buttons.on('button_press', function (pin) {
  console.log("button_press");
});
buttons.on('button_release', function (pin) {
  console.log("button_release");
});

 $ node button.js 
button_changed
button_press
button_changed
button_release
clicked
button_changed
button_press
button_changed
button_release
clicked

押したタイミングでbutton_changed、button_press
話したタイミングでbutton_changed、button_release
その後clickedが飛んで来ました

var buttons = require('rpi-gpio-buttons')([11]);
// 長押し検出を1秒設定
buttons.setTiming({ pressed: 1000 });

buttons.on('clicked', function (pin) {
  console.log("clicked");
});

これでボタンの対応を行います

zabbix-senderをインストール

マニュアルを見てインストール
今回は4.2です
OSはbusterを見て参考に…

$ cd
$ mkdir zabbix
$ cd zabbix
$ wget https://repo.zabbix.com/zabbix/4.2/raspbian/pool/main/z/zabbix-release/zabbix-release_4.2-2+buster_all.deb
$ sudo dpkg -i zabbix-release_4.2-2+buster_all.deb
$ sudo apt update
$ sudo apt install zabbix-sender
$ sudo chmod +x /usr/bin/zabbix_sender

インストール完了

$ zabbix_sender -z xxx.xxx.xxx.xxx -s ConoHa -k Weight -o 34.1

Zabbixサーバーにデータを送信してみます

受信できたようです

これで整いました

ソース仕上げ

const noble = require('noble');
const FAT_SCALE = 'Health Scale';

const ZABBIXSERVER = 'xxx.xxx.xxx.xxx'
const ZABBIXHOST = 'ConoHa'

const {exec} = require("child_process")

var buttons = require('rpi-gpio-buttons')([11]);
buttons.setTiming({ pressed: 1000 });

const five = require('johnny-five');
const font = require('oled-font-5x7');
const Oled = require('oled-js');
const Raspi = require('raspi-io').RaspiIO;
// 画面用意
const board = new five.Board({ io: new Raspi });
const opts = {
    width: 128,
    height: 64,
    address: 0x3c
};
const oled = new Oled(board, five, opts);

board.on('ready', () => {
    console.log('Connected to Raspberry, ready.');
    oled.clearDisplay();
    oled.setCursor(1, 1);
    oled.writeString(font, 1, `Push Button Please`, 1, true, 2);
    oled.update();
});

// Bluetooth のステータスを監視
noble.on('stateChange', (state) => {
    console.log(`\nstateChange: ${state}\n`);
})

buttoncheck = false;
buttons.on('clicked', function (pin) {
    if(!buttoncheck){
        // ボタン検出のブロック
        buttoncheck = true;
        console.log("clicked");
        oled.clearDisplay();
        oled.setCursor(1, 1);
        oled.writeString(font, 1, `BT Start Scan`, 1, true, 2);
        oled.update();
        noble.startScanning();
    }
});

// 周辺機器が見つかったら、接続後サービスを探査
noble.on('discover', (peripheral) => {
    const localName = peripheral.advertisement.localName
    if (localName === FAT_SCALE) {
        console.log(`discover peripheral: ${FAT_SCALE}\n`)

        // スキャンを停止
        noble.stopScanning();
        
        // 接続後サービス(0xfff0)を探査
        peripheral.once('connect', () => {
            peripheral.discoverServices(['fff0'])
        })
        // 切断イベントを検出
        peripheral.once('disconnect', onDisconnect);
        // 探査されたサービスを出力
        peripheral.once('servicesDiscover', onServiceDiscover)

        // 見つかった Health Scale に接続
        peripheral.connect()

    }
})

// 探査されたサービスの特性を探査
function onServiceDiscover(services) {
    services
        .forEach((service) => {
            console.log('Discover Service: Device Information\n')
            service.once('characteristicsDiscover', onCharacteristicsDiscover)
            service.discoverCharacteristics()
        })
}

function onCharacteristicsDiscover(characteristics) {
    console.log('Discover Characteristics:\n')

    oled.setCursor(1, 9);
    oled.writeString(font, 1, `Discover`, 1, true, 2);
    oled.update();

    scaleEnd = false;

    characteristics
        .forEach(characteristic => {
            // notify が許可されている場合
            if (characteristic.properties.includes('notify')) {
                characteristic.on('data', (data) => {
                    weight = (data[4] * 0x0100 + data[3]) / 100
                    console.dir(data)
                    if (!scaleEnd && data[9] == 0) {
                        // 0が2回送信されるため1回のみ利用する
                        scaleEnd = true;
                        if (weight > 0) {
                            oled.clearDisplay();
                            oled.setCursor(1, 1);
                            oled.writeString(font, 1, `Weight : ${(`00` + weight.toFixed(1)).slice(-4)}Kg`, 1, true, 2);
                            oled.update();
                            // ここで外部へ情報を記録する処理をおく
                            exec(`zabbix_sender -z ${ZABBIXSERVER} -s ${ZABBIXHOST} -k Weight -o ${weight}`)
                        }
                    }
                })

                // 通知を購読
                characteristic.subscribe((err) => {
                    if (err) throw err
                    console.log(`(${characteristic.uuid}): start subscribe`)
                })
            }
        })
}

function onDisconnect() {
    // Bluetooth切断で終了
    process.exit();
}

計測後体重計からBT切断されると
終了するようになっているため
シェルから永久ループで再起動するようにします

Scale.sh

while :
do
    sudo node bt.js
done

$ chmod +x Scale.sh

これで
起動したままでボタンを押せばBT接続状態になり
体重計に乗ってZabbixへ記録が飛ぶと言った物ができます。