RasberryPi2のNode-REDにWatson Cognitive関連のノードを追加してみました

1. はじめに

Raspberry Pi用OSの最新RaspbianにはNode-REDがバンドルされて、Node-REDでの開発が可能です。
本投稿では、一から構築する場合の手順として、Rasbian OSの導入からNode-REDのバージョンアップ、Watsonノードの追加について手順をまとめました。

Watsonには、
(1)Watson Congnitive
(2)Watson Analytics
(3)Watson IoT
があり、最新RaspbianにはWatson IoTが提供されています。ただし、正常動作しない場合がありましたので、Node-Red,Watson IoTを最新した上で、Watson Cognitiveノードを追加しました。

2. 構成

(1)Raspberry Pi2 Model B
(2)Raspbian OS 2017年１月現在での最新版
(3)無線子機USB接続　Buffalo　WLI-UC-GNME

3. Raspbian関連のインストール

インストール方法は、
・「RAWイメージ」
・「NOOBS」
の２つの方法がありますが、今回は「RAWイメージ」でインストールしました。

3-1. 書込みツールのダウンロード

RAWディスクイメージをmicroSDに書き込むツールは、「Win32 Disk Imager」を使用。
ダウンロードサイト：
http://sourceforge.net/projects/win32diskimager/

3-2.Raspbianのダウンロード

ダウンロードサイト：
https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

Raspbian Jessie with PIXELダウンロード
ダウンロードファイル「2017-01-11-raspbian-jessie.zip」

3-3.RaspbianをmicroSDへ書込み

書込みに使用するWindowsPC側での操作です。
・microSDをWindowsPCで認識させる。

「Win32 Disk Imager」起動

①ダウンロードファイルを解凍したイメージファイル「2017-01-11-raspbian-jessie.img」
②PCで認識したmicroSDのドライブ
③書き込みます。

書込み完了です。

microSDカードを抜いて、Raspberry Piに挿入してから起動します。

3-4.Raspbianの基本設定

電源、ディスプレイ、キーボード、マウス、無線子機を接続して、電源ON。

OSの選択。

OS：Rasbian 、言語：日本語、キーボード：JPを選択。

「Y」入力。

Rasbianインストール中。

OSのインストールが完了しました。

OS起動後、サービスとネットワーク、サウンドの設定を行います。

「Preferances」⇒「Raspberry Pi Configuration」

ここでは、SSH, VNC, Serial, 1-WareをEnableに設定しました。

「OK」

Location設定-TimeZone

Location設定-Keyboard

「Yes」でリブート。

無線ネットワークの設定。

サウンドの設定。

3-5.Raspbianを最新にする

Raspianの最新バージョン（Raspbian Jessie）ではすでにNode-REDとWatson IoTが提供されていますが、一度すべてを更新します。

Raspbianをupdate

sudo apt-get -y update ⏎ 

念のため、パッケージ構成の変更のあとに従ってアップグレードします。
これをしないとNode-RED実行時に正常動作しない場合がありました。

Raspbianをdist-update

sudo apt-get dist-upgrade

下記メッセージで停止したら、”ｑ”で画面を閉じます。

3-6.Raspbianに日本語環境をインストール

日本語を表示・入力できるようにします。

日本語表示用

sudo apt-get install jfbterm

日本語入力用

sudo apt-get install ibus-anthy

再起動します。

3-7.音声再生用ALSAライブラリをインストール

今回、音声をイヤホンジャック経由で鳴らしたいので、ALSAライブラリーを
インストールします。

ALSAライブラリーのインストール

sudo apt-get install libasound2-dev

3-7.Raspbianにnpmをインストール

Raspbianにnpmが当然入っていると思ってましたが、入っていないのでインストール。

npmインストール

sudo apt-get install npm

3-8.RaspbianのNode-REDを最新にする

下記コマンドで現在のバージョンを確認。

Node-REDバージョン確認

sudo node -v

現在、V0.10.29 がインストールされていました。
このバージョンではNode-RED起動時やWatson Cognitiveノードを追加する際、エラーになりますのでバージョンアップします。

http://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi.html　
の”Upgrading”を参照してください。

nodejsとNode-REDのアップデート　途中"y"で答える

sudo update-nodejs-and-nodered

Node-REDを起動すると~/.node-redディレクトリーが自動的に作成されます。
ディレクトリーがない場合は、一度Node-REDを起動し自動作成するか、手作業で作成してください。

ディレクトリーの変更

cd ~/.node-red

Node-REDのノードを再構築します。

ノードの再構築

sudo npm rebuild

アップグレードマニュアルに記述がありましたので、とりあえず実行します。

インストールされたノードリストの確認

sudo npm ls --depth=0

バージョンの確認

Node-REDバージョン確認

sudo node -v

V4.7.2にバージョンアップされました。

3-9.初期状態のノード確認

初期状態でインストールされているノードを確認します。
Node-REDの開始。

Node-REDの開始

cd ~/.node-red
sudo node-red-start

Node-REDが開始されました。

Raspberry Pi のIPアドレスは”192.168.1.12”です。
クライアントPCよりポート番号”1880”を指定し、アクセスします。
http://192.168.1.12:1880/　

正常動作が確認できました。尚登録されているノード一覧は下記。
入力、出力に”Watson IoT”ノードがあります。

Node-REDを終了します。

Node-REDの終了

cd ~/.node-red
sudo node-red-stop

4. Watson Cognitiveノードの追加

ノードやフロー情報は下記サイトで確認できます。
http://flows.nodered.org/

Watson関連のノード情報は、
http://flows.nodered.org/node/node-red-node-watson
にあります。

RaspberryのWatsonノードを追加します。

Watsonノードの追加

cd ~/.node-red
sudo npm install node-red-node-watson

Node-REDを起動して追加されたノードを確認します。

Watson Cognitive関連のノードが追加されているのが確認できました。
これを使用して簡単なプログラムを作成したいと思います。

5. 簡単なサンプルプログラム

Rasberry PiのCPU温度を取得し、”Text to Speech"で音声ファイルに変換したものを、Rasberry Piのイヤホンで再生する非常に簡単なプログラムです。

5-1. 使用するBluemixサービス

Bluemixの下記2つのサービスを使用します。
・Internet of Things Platform
・Watson Text to Speech

5-1-1. Internet of Things Platformの登録

Bluemixのカタログより、”Internet of Things Platform”を選択。

「作成」

「ダッシュボードを起動」

「デバイス」

「デバイスの追加」

「デバイスタイプの作成」

「デバイスタイプの作成」

ここでは、名前："Raspberry-DevType"　、説明：”My Raspberry Device”としました。⇒「次へ」

ここでは、モデルのみ登録しました。

「モデル」⇒「次へ」

ここでは、モデル："Raspberry Pi 2Model B"としました。⇒「次へ」

「次へ」

「次へ」

ここでは、デバイスID:”RaspberryPi2-001”としました。⇒「次へ」

「次へ」

ここでは、自動生成認証トークンを選択。⇒「次へ」

「次へ」

×で閉じる。

以上で作成完了。
構成をメモします。

構成

組織 ID ：e6vifg 
デバイス・タイプ：Raspberry-DevType 
デバイス ID ：Raspberrypi2-001 
認証方式 ：token 
認証トークン ：(7BrB3rp&93E5aW8gi

5-1-2. Watson Text to Speechの登録

Bluemixカタログより、Watson Text to Speechを選択。

ここでは、サービス名：”Text to Speech-el”、資格情報名：”Credentials-1”はシステムでアサインされたのを使用しました。⇒「作成」

「サービス資格情報」⇒「資格情報の表示 」
資格情報をメモします。

資格情報

{
  "url": "https://stream.watsonplatform.net/text-to-speech/api",
  "password": "FrFi27YxDMr8",
  "username": "1e629837-2c6d-4b0c-8b73-91fa127521db"
}

以上で登録完了です。

5-2. サンプルプログラム

Raspberry PiのCPU温度を取得し、"Text to Speech"で音声ファイルにしたものを、Rasberry Piのイヤホンから音を再生します。
また同時に、Bluemixの"Internet of Things Platform"のダッシュボードにイベントを書き込みます。

5-2-1. timestamp(入力：inject)

10秒毎にプログラムを開始。

5-2-2. CPU温度の入手(その他：exec)

Raspberry Piのコマンド ”vcgencmd" とCPUの温度を取得するパラメータ" measure_temp" を使ってCPU温度を入手します。

vcgencmd
CPU温度以外の情報も色々取得できます。
http://elinux.org/RPI_vcgencmd_usage

5-2-3. 入手したCPU温度の整形(機能：function)

"vcgencmd measure_temp"コマンド実行の結果は、”temp=47.6'C”といったフォーマットで出力されますので、これを数字だけの”47.6”に整形します。

function

msg.payload = {"d":{"temp":msg.payload.replace("temp=","").replace("'C\n","")}};
return msg;

5-2-4. msg.payload(出力：debug)

デバッグメッセージを出力します。

5-2-5. イベントを登録(出力：Watson IoT)

Bluemixの"Internet of Things Platform"のダッシュボードにイベントを書き込みます。
「5-1-1. Internet of Things Platformの登録」でメモした構成を登録します。
・組織 ID ：e6vifg
・デバイス・タイプ：Raspberry-DevType
・デバイス ID ：Raspberrypi2-001
・認証方式 ：token
・認証トークン ：(7BrB3rp&93E5aW8gi

5-2-6. テキストメッセージ作成(機能：function)

"vcgencmd measure_temp"コマンド実行の結果を数値だけ抜き出し、”現在のラズベリーパイのCPU温度は" 　 " 度です。"といったメッセージを付けて成形します。

function

msg.payload = "現在のラズベリーパイのCPU温度は" +  msg.payload.replace("temp=","").replace("'C\n","") + " 度です。";
return msg;

5-2-7. Text to Speech(IBM_Watson：Text to Speech)

「 5-1-2. Watson Text to Speechの登録」で入手した資格情報を登録します。
・"password": "FrFi27YxDMr8",
・"username": "1e629837-2c6d-4b0c-8b73-91fa127521db"
ここでは、日本語を選択しました。

5-2-8. Speechメッセージの引き渡し(機能：function)

speech変数の値をpayloadへ渡します。

function

msg.payload = msg.speech;
return msg;

5-2-9. WAVファイル書込み(ストレージ：file)

Rspberry Piの　”/home/pi/temp/speech.wav”に音声ファイルを保存します。

5-2-10. WAVファイル読込み(ストレージ：file)

デバッグ目的で追加しましたが、このノードは必要ないです。（あっても特に問題ない。）

Rspberry Piの　”/home/pi/temp/speech.wav”の音声ファイルを読込ます。

5-2-11. 音声出力(その他：exec)

Raspberry Piのコマンド ”aplay" と音声ファイル” /home/pi/temp/speech.wav"で音声を出力します。

5-3. プログラムの実行

timestampノードの左端(矢印のところ)をクリックすると、プログラムが動き出します。

5-4. Blumixの "Internet of Things Platform" ダッシュボードでの情報確認

該当のデバイス行をクリックすると各種情報が表示されます。

６.おわりに

音声が出ない場合、デフォルトではサウンド出力先は自動判別になっていますが、強制的にラインに変更する、下記コマンドを実行してみてください。
amixer cset numid=3 1
また、
https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/audio-config.md
が参考になります。

JSON形式のサンプルプログラムフローを下記に貼り付けます。
「読込み」⇒「クリップボード」からインポートできます。

JSON形式のサンプルプログラムフロー

[{"id":"3342d0f3.3ecb9","type":"inject","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"","topic":"","payload":"","payloadType":"date","repeat":"10","crontab":"","once":false,"x":105,"y":88,"wires":[["a8a36520.f85e98"]]},{"id":"a8a36520.f85e98","type":"exec","z":"9fe2dbf9.ca9c88","command":"vcgencmd","addpay":false,"append":"measure_temp","useSpawn":"","timer":"","name":"CPU温度の入手","x":297,"y":91.5,"wires":[["ca961fc1.0b5c1","dc56eab7.0559f8"],[],[]]},{"id":"982e136.59a0af","type":"debug","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"","active":true,"console":"false","complete":"payload","x":858,"y":81.5,"wires":[]},{"id":"ca961fc1.0b5c1","type":"function","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"入手したCPU温度の整形","func":"msg.payload = {\"d\":{\"temp\":msg.payload.replace(\"temp=\",\"\").replace(\"'C\\n\",\"\")}};\nreturn msg;","outputs":1,"noerr":0,"x":544,"y":81,"wires":[["982e136.59a0af","b008a017.de52a"]]},{"id":"b008a017.de52a","type":"wiotp out","z":"9fe2dbf9.ca9c88","authType":"d","qs":"false","qsDeviceId":"","deviceKey":"da074a04.5d72d8","deviceType":"","deviceId":"","event":"event","format":"json","name":"イベントを登録","x":868,"y":154.5,"wires":[]},{"id":"3601997e.99ad56","type":"watson-text-to-speech","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"Text to Speech","lang":"ja-JP","langhidden":"ja-JP","voice":"ja-JP_EmiVoice","voicehidden":"en-US_LisaVoice","format":"audio/wav","password":"FrFi27YxDMr8","x":795.5,"y":258.3499755859375,"wires":[["3525b7e5.88ccb8"]]},{"id":"dc56eab7.0559f8","type":"function","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"テキストメッセージ作成","func":"msg.payload = \"現在のラズベリーパイのCPU温度は\" +  msg.payload.replace(\"temp=\",\"\").replace(\"'C\\n\",\"\") + \" 度です。\";\nreturn msg;","outputs":1,"noerr":0,"x":541.5,"y":259.4499816894531,"wires":[["3601997e.99ad56"]]},{"id":"3525b7e5.88ccb8","type":"function","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"Speechメッセージの引き渡し","func":"msg.payload = msg.speech;\nreturn msg;","outputs":1,"noerr":0,"x":622.5,"y":383.4499816894531,"wires":[["2224815b.a605be"]]},{"id":"d3ee5d85.8bc71","type":"file in","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"WAVファイル読込み","filename":"/home/pi/temp/speech.wav","format":"","x":834.5,"y":493.75,"wires":[["65a90d38.7c16a4"]]},{"id":"65a90d38.7c16a4","type":"exec","z":"9fe2dbf9.ca9c88","command":"aplay /home/pi/temp/speech.wav","addpay":true,"append":"","useSpawn":"","timer":"","name":"音声出力","x":1085.5,"y":497.54998779296875,"wires":[[],[],[]]},{"id":"2224815b.a605be","type":"file in","z":"9fe2dbf9.ca9c88","name":"WAVファイル書込み","filename":"/home/pi/temp/speech.wav","format":"","x":567.5,"y":495.75,"wires":[["d3ee5d85.8bc71"]]},{"id":"da074a04.5d72d8","type":"wiotp-credentials","z":"","name":"","org":"e6vifg","devType":"Raspberry-DevType","devId":"Raspberrypi2-001"}]