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Arduino nano 33 BLE Senseを使って家の鍵の開閉状態を見える化してみた

Posted at 2023-07-26

1. 最初に

外出時や就寝時、鍵が閉められているか気になりませんか...?
家から鍵の状態を確かめられたら便利ですよね^^

今回は手軽なマイコンを使って鍵状態を監視できるIoTシステムのプロトタイプを作ってみようと思います！

システム構成は以下の通りになっております。

2. Arduino nano 33 BLEとはなんぞや？

arduino nano 33 BLE senseって知ってますか...?

こいつこんな小さいのにすごいんです...

センサー

9軸センサ（IMU）
温湿度センサ
気圧センサ
マイク
ジェスチャー
色センサ

BLE接続

BLE通信によるデータの送受信が可能

マイクロコントローラー

32ビットARM Cortex-M4Fプロセッサー
1MBフラッシュメモリ
256KB SRAM

その他機能

9軸センサフュージョン
USB接続によるプログラムのアップロード
TinyMLやTesorFlowなどの組み込み向けAIイメージ

これ一つでなんでもできますね！IoTの期待の星です！
購入先はスイッチサイエンスです。

3. この記事をおすすめする人

Arduino nano 33 BLE Senseとはなんぞや？って人
小型マイコンを使ってIoTを作ってみたい人
Arduino nano 33 BLE SenseでBLE通信したい人

4. セットアップ・実装 ~Arduino nano 33 BLE Sense編~


#include <ArduinoBLE.h>
#include <Arduino_LSM9DS1.h>

BLEService dataService("19b10000-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214"); //データのUUID
BLEFloatCharacteristic accChar("19b10001-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214", BLERead | BLENotify); //加速度値のUUID
BLEFloatCharacteristic gyroChar("19b10002-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214", BLERead | BLENotify); //ジャイロ値のUUID
BLEFloatCharacteristic magChar("19b10003-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214", BLERead | BLENotify); //磁気センサーの値のUUID

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);

  if (!BLE.begin()) {
    Serial.println("BLE failed to initialize!");
    while (1);
  }

  if (!IMU.begin()) {
    Serial.println("Failed to initialize IMU!");
    while (1);
  }

  BLE.setLocalName("Nano33BLESense"); //BLEのデバイス名を設定
  BLE.setAdvertisedService(dataService); //advertised serviceを設定
  dataService.addCharacteristic(accChar); //characteristicをserviceに追加
  dataService.addCharacteristic(gyroChar); //characteristicをserviceに追加
  dataService.addCharacteristic(magChar); //characteristicをserviceに追加
  BLE.addService(dataService); //serviceを追加

  accChar.writeValue(0); 
  gyroChar.writeValue(0); 
  magChar.writeValue(0); 

  BLE.advertise(); //advertiseを開始
}

void loop() {
  float acc[3];
  float gyro[3];
  float mag[3];

  IMU.readAcceleration(acc[0], acc[1], acc[2]);
  IMU.readGyroscope(gyro[0], gyro[1], gyro[2]);
  IMU.readMagneticField(mag[0], mag[1], mag[2]);
 
  BLEDevice central = BLE.central();
  if (central) {
    Serial.print("Connected to central: ");
    Serial.println(central.address());

    while (central.connected()) {
      float acc[3];
      float gyro[3];
      float mag[3];

      IMU.readAcceleration(acc[0], acc[1], acc[2]);
      IMU.readGyroscope(gyro[0], gyro[1], gyro[2]);
      IMU.readMagneticField(mag[0], mag[1], mag[2]);

      accChar.writeValue(acc[0]); //加速度値を送信
      gyroChar.writeValue(gyro[0]); //ジャイロ値を送信
      magChar.writeValue(mag[0]); //磁気センサーの値を送信

      delay(50); //データ送信の間隔を設定
    }
  }
}

5. セットアップ・実装 ~raspberry pi編~

bluepyライブラリをインストールする必要があります。以下のコマンドでインストールできます。

$ sudo pip3 install bluepy

また、コード内のXX:XX:XX:XX:XX:XXを、実際のArduino Nano 33 BLE SenseのMACアドレスに置き換える必要があります。BLEデバイスのアドレスを取得するには、以下の手順を実行してください。

① Raspberry Pi上でBLEデバイスを検出するためのツールであるhcitoolをインストールします。以下のコマンドを実行してください。

$ sudo apt-get install bluez

② hcitoolを使って、周辺にあるBLEデバイスをスキャンします。以下のコマンドを実行してください。

$ sudo hcitool lescan

このコマンドを実行すると、BLEデバイスが検出されるまでスキャンが続きます。検出されたBLEデバイスのアドレスが表示されます。例えば、以下のような出力が表示されます。

C0:EE:40:13:AC:BA My_BLE_Device

この場合、BLEデバイスのアドレスはC0:EE:40:13:AC:BAです。
プログラム内にアドレスを入力してください。

Arduino nanoからデータ受信し、開閉状態を内部ファイルに書き込みするプログラム

Z方向に重力加速度がかかっていれば、鍵があいている状態
Y方向に重力加速度がかかっていれば、鍵が閉まっている状態と判断し、内部ファイルに書き込んでいます。

import csv
import time
from bluepy.btle import UUID, Peripheral

SERVICE_UUID = UUID('19b10000-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214')
ACC_UUID = UUID('19b10001-e8f2-537e-4f6c-d104768a1214')

device_address = "XX:XX:XX:XX:XX:XX" # BLEデバイスのアドレスを指定
peripheral = Peripheral(device_address)

# 重力加速度
GRAVITY_THRESHOLD = 0.9

try:
    service = peripheral.getServiceByUUID(SERVICE_UUID)
    acc_char = service.getCharacteristics(ACC_UUID)[0]

    with open('key_status.csv', 'w', newline='') as file:
        writer = csv.writer(file)
        writer.writerow(["Time", "Key Status"]) # 列名の書き込み

        while True:
            acc_val = acc_char.read() # 返される値は[x,y,z]のリストを想定
            # 鍵の開閉状態の判断
            key_status = ""
            if abs(acc_val[2]) > GRAVITY_THRESHOLD: # Z方向に重力加速度がかかっていると判断
                key_status = "open"
            elif abs(acc_val[1]) > GRAVITY_THRESHOLD: # Y方向に重力加速度がかかっていると判断
                key_status = "close"
            else:
                key_status = "unknown"
            writer.writerow([time.time(), key_status]) # 時刻と鍵の状態を書き込み
            print("Acceleration: {}, Key status: {}".format(acc_val, key_status))
            time.sleep(0.1)

finally:
    peripheral.disconnect()

crontabによって自動起動する開閉状態を送信してくれるプログラム

import requests
import csv

# LINE NotifyのAPI URL
url = "https://notify-api.line.me/api/notify"
# LINE Notifyトークン
token = 'YOUR_LINE_NOTIFY_TOKEN'
headers = {"Authorization" : "Bearer "+ token}

# CSVファイル名
csv_file = 'key_status.csv'

# CSVファイルから最新の鍵の状態を取得
with open(csv_file, 'r') as f:
    reader = csv.reader(f)
    last_row = list(reader)[-1]
    key_status = last_row[1]

# 鍵の状態に基づいてメッセージを作成
if key_status == 'open':
    message = '現在家の鍵は開いています。'
elif key_status == 'close':
    message = '現在家の鍵は閉まっています。'

# LINE Notifyでメッセージを送信
payload = {"message" :  message}
r = requests.post(url ,headers = headers ,params=payload)

6. 実際に使ってみた

ベットから確認してみました。鍵は閉まっているみたいです！
安心してぐっすり寝れるぜ^^

7. 最後に

今回はArduino nano 33 BLE Senseを使って家の鍵の開閉状態を通知するシステムを作ってみました！
面白いと思っていただけましたらいいねお願いいたします！

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