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CO2センサーの値をESP32-WROVER-E経由でAWS IoTに送ってみる

Last updated at 2021-05-25Posted at 2021-05-04

はじめに

CO2センサー（MH-Z19C）を購入したので、AWS IoTのお勉強も兼ねて、値を送ってみました。
なお。今回は送った値をS3に保存するようにしました。

準備

ハードウェア

今回使用したハードは以下の通りです。

ESP32-WROVER-E開発ボード（8MB）
- 【注意】ハードウェアシリアルポートが1つしかないため、今回はPWMで接続しています
  ソフトウェアシリアル版はこちら
MH-Z19C
ブレッドボード
ジャンパーケーブル
USBケーブル
PC（Windows）

ソフトウェア

ArduinoIDEを使用するに当たり、いくつかライブラリをインストールしました。

MHZ19（githubからzipをダウンロードし、インストール）
ArdionoJson
PubSubClient
WiFiClientSecure
EspSoftwareSerial

配線

ESP32とMH-Z19Cの接続は以下の通りです。

ESP32のIO14番をMH-Z19CのPWMに接続
ESP32の5VをMH-Z19CのVinに接続
ESP32のGNDをMH-Z19CのGNDに接続

プログラム

まず、MH-Z19ライブラリを修正します。
オリジナルでは、計測範囲が2,000PPM固定になっているため、今回使用するMH-Z19Cに合わせ、5,000PPMまで測れるようにします。

MHZ19.h

（途中省略）

	// Pwm Data Flag
	uint8_t PWM_DATA_SELECT = MHZ19_PWM_DATA::CALC_5000_PPM; // 2000→5000
};

#endif

Ardiono側のプログラムは以下の通りです。

awsiot.ino

#include <WiFiClient.h>
#include <WiFiClientSecure.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Arduino_JSON.h>

#include <MHZ19.h>

// WiFi設定情報（自分の無線LAN環境）
const char* SSID = "mySSID";  // 変更すること
const char* PASSWORD = "myPASSWORD";  // 変更すること

// AWS IoT設定情報
const char* AWS_ENDPOINT = "xxx.iot.ap-northeast-1.amazonaws.com";  // 変更すること
const int   AWS_PORT     = 8883;
const char* PUB_TOPIC    = "topic/fromDevice";
const char* SUB_TOPIC    = "topic/fromCloud";
const char* CLIENT_ID    = "esp32";

const char* ROOT_CA = "-----BEGIN CERTIFICATE-----\n" \
"****************************************************************\n" \
"-----END CERTIFICATE-----\n";  // 変更すること

const char* CERTIFICATE = "-----BEGIN CERTIFICATE-----\n" \
"****************************************************************\n" \
"-----END CERTIFICATE-----\n";  // 変更すること

const char* PRIVATE_KEY = "-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----\n" \
"****************************************************************\n" \
"-----END RSA PRIVATE KEY-----\n";  // 変更すること

// MQTT設定
#define QOS 0 // 届こうが届くまいが1回だけメッセージをPublishする（0か1を指定可）
WiFiClientSecure httpsClient;
PubSubClient mqttClient(httpsClient);

// MH-Z19C
const int pwm_pin = 14;
MHZ19* myMHZ19 = new MHZ19(pwm_pin);
char pubMessage[128];

void setup_wifi(){
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(SSID);

  // ESP32でWiFiに繋がらなくなるときのための対策
  WiFi.disconnect(true);
  delay(1000);

  WiFi.begin(SSID, PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void setup_awsiot(){
  httpsClient.setCACert(ROOT_CA);
  httpsClient.setCertificate(CERTIFICATE);
  httpsClient.setPrivateKey(PRIVATE_KEY);
  mqttClient.setServer(AWS_ENDPOINT, AWS_PORT);
  mqttClient.setCallback(mqttCallback);
}

void connect_awsiot() {
  while (!mqttClient.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    if (mqttClient.connect(CLIENT_ID)) {
      Serial.println("Connected.");
      mqttClient.subscribe(SUB_TOPIC, QOS);
      Serial.println("Subscribed.");
    } else {
      Serial.print("Failed, rc=");
      Serial.print(mqttClient.state());
      Serial.println(" Try again in 5 seconds");
      // 5秒後にリトライ
      delay(5000);
    }
  }
}

void mqttCallback (char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
    Serial.print("Received. topic=");
    Serial.println(topic);

    char subMessage[length];
    for (int i=0; i < length; i++) {
      subMessage[i] = (char)payload[i];
    }
    Serial.println(subMessage);

    // JSON前提でパースする
    JSONVar obj = JSON.parse(subMessage);
    // 今は受け取っても何も処理しない
}

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  delay(100);
  
  setup_wifi();
  setup_awsiot();
}

void loop(){
  // CO2取得
  int CO2 = myMHZ19->getPpmPwm();

  // Publishするメッセージの作成
  sprintf(pubMessage, "{\"co2\": %d}", CO2);
  Serial.print("Publishing message to topic ");
  Serial.println(PUB_TOPIC);
  Serial.println(pubMessage);

  mqttClient.loop();
  while (!mqttClient.publish(PUB_TOPIC, pubMessage)) {
    if (!mqttClient.connected()) {
      connect_awsiot();
    }
    mqttClient.loop();
  }
  Serial.println("Published.");

  delay(1000*60*5); // 5min
}

SSIDに、接続するWi-FiのSSIDを設定すること
PASSWORDに、接続するWi-Fiのパスワードを設定すること
AWS_ENDPOINTに、デバイスデータエンドポイント（後述）を設定すること
ROOT_CAに、保存したルートCA（後述）を設定すること
CERTIFICATEに、ダウンロードしたxxx.pem.crt（後述の「このモノの証明書」）を設定すること
PRIVATE_KEYに、ダウンロードしたxxx-private.pem.key（後述の「プライベートキー」）を設定すること

なお、AWS IoTからのメッセージを受信できるようになっていますが、今は何もしていません。
（将来用です）

AWS IoT Coreの設定

ポリシーの作成

始めにポリシーを作成します。

適当な名前を指定し、以下の項目をそれぞれ指定します。

アクションに「iot:*」を指定する
リソースARNに「*」を指定する
効果を「許可」する

結果、ポリシーが作成されました。

モノの作成

次にモノを作成します。

今回は「単一のモノを作成する」を指定します。

適当な名前を指定します。

続いて、1-Click証明書を作成するために「証明書を作成」を選択します。

作成された証明書をすべてダウンロードします。
また、AWS IoTのルートCAもダウンロードします。

ルートCAは、この画面の「Amazon Root CA 1」をダウンロードします。

なお、ここでダウンロードしたファイルの中身を、ArduinoIDEで設定します。

また、「有効化」をクリックします。

「無効化」に表示が変わりました。

最後に、モノにポリシーを設定します。

結果、モノが作成されました。

ルールの作成

最後にルールを作成します。

まず適当な名前を設定します。

続けて、ルールクエリステートメントを設定します。
今回は、ESP32から送られてきたメッセージ全部を使用するため、クエリを「SELECT * FROM 'topic/fromDevice'」としました。
（ESP32からMQTTで送るとき、「topic/fromDevice」にpublishしているため）