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@kitazaki(Ayachika Kitazaki)

Node-RED MCU EditionでSensorノードを試してみた。

Last updated at Posted at 2022-10-16

はじめに

Node-RED MCU Edition独自のSensorノードを試してみました。

Sensorノードは以下のECMA-419 Sensor Class Patternに準拠したセンサークラスをサポートしています。

  • Accelerometer
  • Ambient light
  • Atmospheric pressure
  • Humidity
  • Proximity
  • Temperature
  • Touch

ECMA-419とは

ECMAとは、情報通信技術の標準を策定している欧州電子計算機工業会です。
ECMAScriptとは、ECMAによって標準化されたJavaScriptなどの元の規格となった言語です。
ECMAScriptに関する規格は以下のとおりです。

  • ECMA-262 ・・language specification
  • ECMA-402 ・・internationalization API specification
  • ECMA-414 ・・specification suite
  • ECMA-419 ・・embedded systems API specification

前提条件

ビルド・インストール環境

  • Intel MacBook Pro (2017)
  • macOS Big Sur (バージョン 11.7)

マイコンデバイス

  • M5Stick-C (MPU6886) (傾き・加速度 6軸センサー)
  • M5Stack Basic
  • M5Stack Gray (MPU9250) (傾き・加速度・磁気 9軸センサー)
  • M5Stack Core2 (MPU6886) (傾き・加速度 6軸センサー)

センサーデバイス

  • M5 ENV Ⅲ Unit (SHT30/QMP6988) (温度・湿度/気圧センサー)
  • M5 ENV Ⅱ Unit (SHT30/BMP280) (温度・湿度/気圧センサー)
  • M5 ENV Unit (DHT12/BMP280) (温度・湿度/気圧センサー)
  • M5 ENV Hat Ⅲ (SHT30/QMP6988) (温度・湿度/気圧センサー)
  • M5 ENV Hat Ⅱ (SHT30/BMP280/BMM150) (温度・湿度/気圧/磁気センサー)
  • M5 ENV Hat (DHT12/BMP280/BMM150) (温度・湿度/気圧/磁気センサー)
  • MLX90614 (非接触温度センサー)
  • LM75B (温度センサー)

クラウド上のNode-RED環境

  • HTTPサーバ、ダッシュボード (Node-RED, Dashboard)
  • MQTTサーバ (Aedes MQTT broker)

環境構築と動作確認については以下を参照してください。

GPIOの動作確認については以下を参照してください。

ネットワーク接続(HTTP, MQTT)については以下を参照してください。

組み合わせと連動(IoT)については以下を参照してください。

動作確認状況

センサーデバイス M5StickC / Plus M5Stack Basic M5Stack Gray M5Stack Core2 メモ
MPU6886 ◯ - - ◯ OK (I/OでSMBus、Busでinternalを指定)
MPU9250 - - ◯ - OK (I/OでSMBus、Busでdefaultを指定)
SHT30 ◯ ◯ ◯ ◯ OK (I/OでI2C、Busでdefaultまたはhatを指定)
BMP280 ◯ ◯ ◯ ◯ OK (I/OでI2C、Busでdefaultまたはhat、configurationで{"mode": 3,"temperatureSampling": 2,"pressureSampling": 5,"filter": 4,"standbyDuration": 4}を指定)
LM75B ◯ ◯ ◯ ◯ OK (I/OでSMBus、Busでdefaultを指定)
MLX90614 ◯ ◯ ◯ ◯ OK (I/OでSMBus、Busでdefaultを指定)

※ M5 ENV HatはI2CにGPIOポート(SDA:G0、SCL:G26)を使用しているためBusの指定ができずNG
※ M5Stack BasicのBusのdefaultはGroveポートでGPIO(SDA:G21、SCL:G22)を使用
※ M5Stack GrayのBusのdefault(Groveポート)とinternalは共通でGPIO(SDA:G21、SCL:G22)を使用
※ M5Stick-C、M5Stack Core2のBusのdefaultはGroveポートでGPIO(SDA:G32、SCL:G33)を使用
※ M5Stick-C、M5Stack Core2のBusのinternalはGPIOポート(SDA:G21、SCL:G22)を使用

手順

1-1. Node-REDをインストールする

$ mkdir node-red-mcu && cd node-red-mcu
$ npm init -y
$ npm install node-red

1-2. node-red-mcu-pluginをインストールする

$ npm install https://github.com/ralphwetzel/node-red-mcu-plugin

1-3. Sensorノードをインストールする

node-red-mcu-pluginをインストールすると、node-red-mcuもダウンロードされるため、それを使用してSensorノードをインストールする。

$ npm install node_modules/\@ralphwetzel/node-red-mcu-plugin/node-red-mcu/nodes/sensor

1-4. node-red-mcu/manifest_runtime.jsonにセンサードライバーを追加する

GitHubのREADMEにはnode-red-mcu/manifest.jsonにセンサードライバーを追加すると記載されているが、node-red-mcu/manifest.jsonはnode-red-mcu/manifest_runtime.jsonを読み込んでいるため、node-red-mcu/manifest_runtime.jsonにセンサードライバーを追加する。

$ vi node_modules/\@ralphwetzel/node-red-mcu-plugin/node-red-mcu/manifest_runtime.json

(追加する内容)

  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/sht3x/manifest.json"
  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/lm75/manifest.json"
  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mpu6886/manifest.json"
  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mpu9250/manifest.json"
  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/bmp280/manifest.json"
  • "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mlx90614/manifest.json"
manifest_runtime.json
{
        "include": [
                "$(MODDABLE)/examples/manifest_base.json",
                "$(MODDABLE)/modules/base/deepEqual/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/base/structuredClone/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/base/modules/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/data/base64/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/data/hex/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/examples/io/tcp/mqttclient/manifest_mqttclient.json",
                "$(MODDABLE)/modules/io/manifest.json",
                "./nodes/rpi-ds18b20/manifest.json",
                "./nodes/httpserver/manifest.json",
                "./nodes/httprequest/manifest.json",
                "./nodes/websocketnodes/manifest.json",
                "./nodes/lower-case/manifest.json",
                "./nodes/csv/manifest.json",
                "./nodes/delay/manifest.json",
                "./nodes/join/manifest.json",
                "./nodes/batch/manifest.json",
                "./nodes/sort/manifest.json",
                "./nodes/trigger/manifest.json",
                "./nodes/sensor/manifest.json",
                "./nodes/file/manifest.json",
                "./nodes/template/manifest.json",
                "./nodes/udp/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/tmp102/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/sht3x/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/lm75/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/bmp280/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mpu6886/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mpu9250/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mlx90614/manifest.json",
                "./nodes/openweathermap/manifest.json"
        ],
        "modules": {
                "*": [
                        "./nodered"
                ]
        },
        "preload": [
                "nodered"
        ],
        "defines": {
                "xs": {
                        "xsbug_hooks": 1
                }
        },
        "platforms": {
                "win": {
                        "error": "Node-RED MCU does not currently run on Windows "
                },
                "lin": {
                        "error": "Node-RED MCU does not currently run on Linux "
                }
        }       
}

1-5. Node-REDを起動する

Node-RED起動時のエラー(node-red-mcu-pluginがパッチを適用するutils.jsが存在しない)を回避するため、node_modules/node-redディレクトリで必要なモジュールをインストールします。

$ cd node_modules/node-red
$ npm install
$ cd ../..

Node-REDを起動します。

$ node node_modules/node-red/red.js -u ./

Node-REDフローを作成する

フローエディタの左側のパレットに「MCU」カテゴリと「Sensor」ノードが表示されます。

スクリーンショット 2022-10-17 0.09.10.png

「inject」ノードと「Sensor」ノードと「debug」ノードを使用し、以下のように接続します。
(正常に動作したSHT30を例に説明します)

b-1.jpg

(サンプルフロー)

flows.json
[{"id":"90b0adb349eca3b8","type":"tab","label":"フロー 7","disabled":false,"info":"","env":[],"_mcu":{"mcu":false}},{"id":"0aa93b017b18277a","type":"sensor","z":"90b0adb349eca3b8","name":"SHT3x","io":"I2C","bus":"default","module":"embedded:sensor/Humidity-Temperature/SHT3x","configuration":"{}","_mcu":{"mcu":false},"x":370,"y":160,"wires":[["9499bd663d296a7c"]]},{"id":"69c45bd08ca2cd3a","type":"inject","z":"90b0adb349eca3b8","name":"","props":[{"p":"payload"},{"p":"topic","vt":"str"}],"repeat":"5","crontab":"","once":false,"onceDelay":0.1,"topic":"","payload":"","payloadType":"date","_mcu":{"mcu":false},"x":170,"y":80,"wires":[["0aa93b017b18277a"]]},{"id":"9499bd663d296a7c","type":"debug","z":"90b0adb349eca3b8","name":"debug 8","active":true,"tosidebar":true,"console":false,"tostatus":false,"complete":"payload","targetType":"msg","statusVal":"","statusType":"auto","_mcu":{"mcu":false},"x":540,"y":160,"wires":[]}]

M5Stick-CとM5 ENV Ⅲ UnitをGroveケーブルで接続します。

IMG_2234.jpg

「Sensor」ノード

  • Module → センサー毎に指定します (M5 ENV Ⅲ UnitはSHT30を使用しているためSHT3xを指定)
    • embedded:sensor/Accelerometer-Gyroscope/MPU6886
    • embedded:sensor/Accelerometer-Gyroscope/MPU9250
    • embedded:sensor/Humidity-Temperature/SHT3x
    • embedded:sensor/Barometer-Temperature/BMP280
    • embedded:sensor/Temperature/LM75
    • embedded:sensor/Temperature/MLX90614
  • I/O → プルダウンメニューからI2C、または、SMBusを選択します (M5 ENV Ⅲ UnitはI2Cを選択します)
  • Bus → default、または、internalを指定します (M5 ENV Ⅲ Unitはdefaultを指定します)
  • Configure → センサーのパラメータを指定します (M5 ENV Ⅲ Unitは指定しません)

b-2.jpg

M5Stick-Cへインストールする

以下のページの手順とおりです。

  • M5Stick-Cへインストールする
    • node-red-mcu-pluginを使用する場合
    • Node-RED MCU Editionを使用する場合

クラウド上のNode-REDと連携する

スクリーンショット 2022-10-17 2.15.38.png

センサーノードの出力を「mqtt out」ノードと接続します。

b-80-1.jpg

クラウド上のNode-REDの「debug」ノードにセンサーデータが出力されることを確認します。

b-80-2.jpg

センサーデータの出力をダッシュボードの「chart」ノードで表示します。

b-80-2-1.jpg

b-80-3.jpg

参考

(2022年10月21日 追記)

M5 ENV Hatの使用方法がわかりました。
$MODDABLE/build/devices/esp32/targets/m5stick_c/host/provider.jsにHatで使用するI2C (GPIO G0, G26)の定義を追加する必要があります。

provider.js (抜粋)
const device = {
        I2C: {
                default: {
                        io: I2C,
                        data: 32,
                        clock: 33
                },
                internal: {
                        io: I2C,
                        data: 21,
                        clock: 22
                },
                hat: {
                        io: I2C,
                        data: 0,
                        clock: 26
                }
        },

SensorノードのBusで「hat」を指定すれば使用可能です。

hat_image_02.jpg

Moddable本家へプルリクエストを送ったので、マージされればprovider.jsの修正は不要になります。
Moddable本家へプルリクエストを送り、2022年10月22日にマージされましたので、provider.jsの修正は不要です。

hat_image_03.jpg

hat_image_04.jpg

hat_image_05_1.jpg

参考

(2022年10月20日 追記)

以下のセンサーについては毎回同じデータが表示され、正常に動作しませんでした。

  • BMP280 (Busはdefault、I/OはI2Cを指定)

mcu_image_ng_00.jpg

mcu_image_ng_01.jpg

Moddable SDKのサンプルコード($MODDABLE/examples/drivers/sensors/bmp280/main.js)を参照し、configurationを指定する必要があることがわかりました。

main.js
sensor.configure({
        mode: 3,                                        // NORMAL
        temperatureSampling: 2,         // X2
        pressureSampling: 5,            // X16
        filter: 4,                                      // X16
        standbyDuration: 4                      // MS_500
});

mcu_image_00.jpg

mcu_image_01.jpg

(2022年10月19日 追記)

以下のセンサーについては「no function!」と表示され、正常に動作しませんでした。

  • MPU6886 (Busはinternal、I/OはI2Cを指定)
  • MPU9250 (Busはdefault、I/OはI2Cを指定)
  • LM75B (Busはdefault、I/OはI2Cを指定)

b-90.jpg

ししかわ ( https://twitter.com/meganetaaan )さんからアドバイスをいただき、I/OでSMBusを指定したらデータを取得できるようになりました。

c-0.jpg

c-1.jpg

c-2_.jpg

d-1.jpg

e-1_.jpg

参考 (サンプルコードの動作確認)

(MPU6886)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/m5stickc-imu
$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-C152AAC745 mcconfig -d -m -p esp32/m5stick_c

b-99-1.jpg

(MPU9250)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/sensors/mpu9250/bounce

manifest.jsonの"platforms"に
"esp32/*": {},
を追加する。

$ vi manifest.json
manifest.json
{
        "include": [
                "$(MODDABLE)/examples/manifest_base.json",
                "$(MODDABLE)/examples/manifest_commodetto.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/ili9341/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/drivers/sensors/mpu9250/manifest.json",
                "$(MODDABLE)/modules/io/manifest.json"
        ],
        "modules": {
                "*": [
                        "./main"
                ]
        },
        "config": {
                "orientation": "180"
        },
        "preload": [
                "pins/*"
        ],
        "resources": {
                "*": "./ball",
                "*-mask": "$(MODDABLE)/examples/assets/fonts/OpenSans-Semibold-18"
        },
        "platforms": {
                "esp/moddable_one": {
                },
                "esp32/moddable_two": {
                },
                "esp32/*": {
                },
                "...": {
                        "error": "Untested on this platform"
                }
        }
}

$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-015F99BB mcconfig -d -m -p esp32/m5stack

b-99-2.jpg

(LM75B)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/sensors/lm75
$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-C152AAC745 mcconfig -d -m -p esp32/m5stick_c

b-100.jpg

(SHT30)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/sensors/sht3x
$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-C152AAC745 mcconfig -d -m -p esp32/m5stick_c

(BMP280)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/sensors/bmp280
$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-C152AAC745 mcconfig -d -m -p esp32/m5stick_c

mod_image_01.jpg

(MLX90614)

$ cd $MODDABLE/examples/drivers/sensors/mlx90614
$ UPLOAD_PORT=/dev/cu.usbserial-C152AAC745 mcconfig -d -m -p esp32/m5stick_c

mlx.jpg

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