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@Noritama-Lab(のりたま)

MQTTが扱えれば何からでも制御できる。自作ESP32-S3ファームウェアをNode-REDで検証

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はじめに

esp32io-mqtt-firmware は、ESP32-S3開発ボード向けに自作したMQTTベースの汎用リモートI/Oファームウェアです。
Home AssistantのMQTT Discoveryに対応しており、デバイスをMQTTブローカーに繋ぐだけで、スイッチ・バイナリセンサー・数値センサー・ライトなどが自動的にエンティティとして登録されます。

以前の記事では、Home AssistantのMQTT Discoveryによって、LED点灯やNeoPixelの色制御、ボタン状態やセンサー値の監視までをYAML不要で自動的にエンティティ化できることを紹介しました。esp32io-mqtt-firmwareはHome Assistant専用ではなく、MQTTブローカーに接続できる環境なら何でも制御できる汎用設計になっています。

そこで今回は、Home Assistantと同じMosquittoブローカーに対して、Node-REDから直接デバイスを制御・監視してみます。回路や機材は以前の記事と全く同じものを流用しています。

  • デジタル出力LEDのON/OFF制御（ui_switch + mqtt out）
  • デジタル入力ボタンの状態表示（mqtt in + text）
  • BME280の温度に応じたオンボードNeoPixelの色制御（mqtt in + function + mqtt out）

をNode-RED上でノーコード〜ローコードで組んだ手順をまとめます。

Node-REDサーバやMQTT BrokerをRaspberry Pi上で構築する方法はこちらにまとめています。本記事ではこの記事で構築した環境を使用しています。

使用機材

項目 内容
マイコン ESP32-S3 開発ボード（ESP32-S3-DevkitC-1）
ファームウェア esp32io-mqtt-firmware
Node-RED Raspberry Pi 4B 8GB上で動作（Docker）
MQTTブローカー Mosquitto broker（Docker、Home Assistantと共用）
LED デジタル出力用LED × 1個、抵抗 220Ω × 1個
ボタン タクトスイッチ × 1個
I2Cセンサー BME280（温湿度・気圧）

回路・配線・ファームウェアの書き込み手順は以前のHome Assistant記事と完全に同じです。本記事ではNode-RED側の構築手順のみ扱います。

ピン配置（本ファームウェア固定）

機能 pin_id GPIO
Digital Input 0–5 4, 5, 6, 7, 8, 9
Digital Output 0–5 10, 11, 12, 13, 14, 15
ADC Input 0–1 1, 2
PWM Output 0–1 36, 37
ステータスLED（NeoPixel） - 38
I2C（SDA, SCL） - 40, 41
リセットボタン - 0（BOOT）

配線図

image.png

実際の写真

image.png

詳細は以前の記事をご参照ください。

1. MQTTブローカーへの接続設定

Node-RED上で mqtt in / mqtt out ノードから使うMQTTブローカーの接続（サーバ）設定を1つ作成します。

項目 値
サーバ Mosquittoブローカーのホスト（例: 192.168.0.8）
ポート 1883
プロトコル MQTT V3.1.1
自動接続 有効
キープアライブ時間 60
セッションの初期化 有効

image.png

esp32io-mqtt-firmwareは PubSubClient ライブラリを使用しており、デフォルトでMQTT V3.1.1で動作するため、Node-RED側もV3.1.1に合わせています。

デバイスの device_id は ESP32IO_MQTT_<MACサフィックス> の形式（例: ESP32IO_MQTT_34B584）です。ESP32IOのファームウェアを書き込むと自動で設定されるSSIDと同じです。

2. LED点灯（デジタル出力のON/OFF制御）

do/0 はcommandトピック esp32io/<device_id>/do/0/set に文字列 ON / OFF をpublishすることでLEDを制御できます。

ui_switch → mqtt out

image.png

  • ui_switch ノード
    • On Payload: 文字列 ON
    • Off Payload: 文字列 OFF

image.png

  • mqtt out ノード
    • サーバ: 上記で作成したMQTTブローカー接続
    • トピック: esp32io/<device_id>/do/0/set

image.png

http://<Node-REDのIP>:1880/uiに接続し、ダッシュボード上のスイッチをトグルすると、LEDが点灯/消灯します。

image.png
image.png

3. ボタン入力（デジタル入力の状態表示）

di/0 はタクトスイッチの押下状態を esp32io/<device_id>/di/0/state にpublishします（文字列 ON / OFF）。

mqtt in (di/0/state) → text

image.png

  • mqtt in ノード
    • トピック: esp32io/<device_id>/di/0/state
    • 出力: 自動判定

image.png

  • text ノード
    • Value format: {{msg.payload}}

image.png

ボタンを押すと、ダッシュボード上のテキスト表示が即座に OFF → ON に切り替わります。制御は行わず監視のみのシンプルな構成です。

image.png
image.png

4. I2Cセンサー値の表示

BME280の温度・湿度・気圧は、以下のトピックにそれぞれpublishされます。

esp32io/<device_id>/bme280/temp
esp32io/<device_id>/bme280/hum
esp32io/<device_id>/bme280/press

image.png

mqtt in (bme280/temp)  → gauge（温度、0〜40℃）
mqtt in (bme280/hum)   → gauge（湿度、0〜100%）
mqtt in (bme280/press) → text（気圧）

温度によってゲージの色が変わるように設定しています。使用環境で試しやすい温度に変更してください。

image.png
image.png

温度・湿度は gauge ノードでメーター表示、気圧は text ノードでそのまま数値表示にしています。ダッシュボードの各Group内でのウィジェット表示順は、Node-RED右サイドバーの「dashboard」→「配置」タブからドラッグ&ドロップで並び替えられます。

image.png

センサを温めると、温度によって色が変わることが確認できます。
image.png

5. 温度に応じたオンボードNeoPixelの色制御

ここまではHome Assistant版と同じく「監視」の範囲でしたが、ここからはNode-REDならではの制御ロジックです。BME280の温度値をトリガーに、しきい値で色を切り替えてオンボードNeoPixel（rgb/set）に反映し、ダッシュボードの温度ゲージの色と連動させます。

mqtt in (bme280/temp) → function（温度→カラーコード変換） → mqtt out (rgb/set)

image.png

function ノードの中身は次のようになります（しきい値は室温に合わせて調整）。

const temp = parseFloat(msg.payload);
let color;

if (temp < 30.5) {
    color = { r: 0, g: 100, b: 255 };   // 低温: 青
} else if (temp < 32) {
    color = { r: 0, g: 255, b: 0 };     // 中間: 緑
} else {
    color = { r: 255, g: 0, b: 0 };     // 高温: 赤
}

msg.payload = JSON.stringify({
    state: "ON",
    color: color
});

return msg;

rgb/set は light（JSON schema）としてDiscoveryに登録されているエンティティ用のcommandトピックで、state と color(r/g/b) を持つJSONをpublishすることで色や点灯状態を制御できます。

mqtt out ノード
  サーバ: MQTTブローカー接続
  トピック: esp32io/<device_id>/rgb/set

温度がしきい値をまたぐと、NeoPixelの色が自動的に切り替わります。「センサー値を条件に別のアクチュエータを動かす」という制御の一例です。

指でセンサを温めると、NeoPixelの色が青→緑→赤と変化します。4章で試した温度ゲージの色と連動していることが確認できます。

image.png

まとめ

esp32io-mqtt-firmwareは、Home Assistant専用ではなく、MQTTブローカーに接続できる環境であれば何でも制御・監視できることを、Node-REDを使って確認しました。

  • LED点灯 → ui_switch + mqtt out でON/OFF制御
  • ボタン入力 → mqtt in + text で状態表示
  • I2Cセンサー値 → mqtt in + gauge/text でダッシュボード表示
  • 温度連動制御 → function で条件分岐し mqtt out でNeoPixelの色を変更

Home Assistantが「エンティティとして自動登録・可視化する」ことに強みがある一方、Node-REDは「センサー値を条件に別の出力を動かす」ようなロジックを、コードをほとんど書かずに(あるいは数行のfunctionノードだけで)柔軟に組めるのが特徴だと感じました。

今回は温度としきい値による単純な色分けでしたが、複数センサーを組み合わせた条件分岐や、複数デバイスをまたいだ連携などにも応用できそうです。

質問や不明点、「こういう使い方はできる?」といったご要望があれば、コメント欄で気軽に聞いてください。可能な範囲でお答えします。

参考リンク

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