はじめに

Amazon Echoに温度計の搭載が噂されていますが、一足お先にAlexaと温度計の組み合わせを体験してみます。温度計と湿度計が一体化されたセンサーを使って、Alexaに部屋の温度と湿度の両方をも教えてもらいます。センサーの呼び出しと、Alexaスキルのエンドポイントはラズパイで実装します。

使用環境

Amazon Echo
Raspberry PI 3B
温湿度センサーモジュールキット(SHT31-DIS使用)

温湿度センサーは秋月電子通商で購入しました。（通販コード: K-12125）

おおまかな作業のながれ

センサーキットの組み立てとラズパイの配線
I2Cインターフェースの有効化
Pythonコードの実装
Webサーバーの外部公開
Alexaスキルの作成

ではやっていきます。

センサーキットの組み立て

組み立てと言ってもセンサー基盤にピンヘッダを取り付けるだけです。基盤にピンヘッダを通して、基盤の裏面に半田付けします。

結線方法

センサーとラズパイのピンヘッダの対応です。

SHT31 ピン番号	ラズパイピン番号	メモ
1 (VDD)	1 (3.3V)
2 (SDA)	3 (SDA)
3 (SCL)	5 (SCL)
4 (ADR)	-	未使用。開放時はアドレスが0x45になる。
5 (GND)	6 (GND)

配線例

動作確認

I2Cライブラリをインストールします。

Raspbian

$ sudo apt-get install i2c-tools

ラズパイのデフォルトではI2Cが無効化されているので、I2Cインターフェースを有効化します。

Raspbian

$ sudo raspi-config

「5 Interfacing Options」を選択

「P5 I2C」を選択。表示された画面で「はい」を選択。「Finish」でツールを終了します。

i2cdetectで信号が取れているか確認します。

Raspbian

$ sudo i2cdetect -r -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- 45 -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

アドレス0x45が検出されていれば、機材の準備はこれでOKです。

Alexaスキルのエンドポイントの実装

ここからは、Alexaスキルと対話するためのエンドポイントを実装します。今回はAWSのLambdaは使用せずに、ラズパイ上にWebサーバを立てて、ngrokを使って外部に公開する方法を取ります。温湿度センサーはPythonコードでアクセスするため、ついでにWebサーバもPythonの簡易HTTPサーバーで手軽に実装しました。

Python3の簡易HTTPサーバーを使う

ラズベリ側の~/app/sht31ディレクトリにWebサーバーを配置します。

~/app/sht31/server.py

import http.server

server_address = ("", 8000)
handler_class = http.server.CGIHTTPRequestHandler #ハンドラを設定
simple_server = http.server.HTTPServer(server_address, handler_class)
simple_server.serve_forever()

いちおうindex.htmlを作成しておきます。

~/app/sht31/index.html

<html>
<body>
  Hello HTTPServer.
</body>
</html>

Alexaスキルの応答コード

PythonのCGIでセンサーの読み取りとAlexaスキルの応答を実装します。コードの前半は温湿度センサーSHT31から値を読みコードです。I2Cのクロックストレッチで1回の転送で6バイトの温湿度データを受信します（ラズパイマガジン2018年2月号のP111を参考にしました）。後半は読み取った値をAlexaスキルに返すためのJSONを生成しています。

~/app/sht31/cgi-bin/sht31.py

#!/usr/bin/env python3

import datetime
import pigpio
import json

pi = pigpio.pi()
pi.bb_i2c_open(2, 3, 100000)

result = pi.bb_i2c_zip(2, [4, 0x45, 2, 7, 2, 0x2c, 0x10, 2, 6, 6, 3, 0])

if result[0] == 6:
  temp = -45 + 175 * int.from_bytes(result[1][0:2], 'big') / 65535
  humi = 100 * int.from_bytes(result[1][3:5], 'big') / 65535

pi.bb_i2c_close(2)

speak = "この部屋の温度は{0}度。湿度は{1}パーセントです。".format(int(temp), int(humi))

resp = {
  "version": "1.0",
  "response": {
    "outputSpeech": {
      "ssml": "<speak>" + speak + "</speak>",
      "type": "SSML"
    },
    "speechletResponse": {
      "outputSpeech": {
      "ssml": "<speak>" + speak + "</speak>"
      },
      "shouldEndSession": True
    }
  },
  "sessionAttributes": {}
}

print("Content-type: application/json\n")
print(json.dumps(resp))

Webサーバーの起動

pigpioデーモンを立ち上げてから、PythonでWebサーバーを起動します。

Raspbian

$ sudo pigpiod
$ cd /home/pi/app/sht31
$ python3 server.py

ngrokで外部に公開します。ngrokのセットアップ方法は「LINEからGoogle Homeを喋らせる」を参考にしてください。

Raspbian

$ ngrok 8000

Alexaスキルの作成

いよいよ、Alexaスキルを作成していきます。Alexa Skills Kit Developer Consoleでポチポチとやっていきます。コードを書いたりする必要はありません。

新しいスキルの作成

呼び出し名

「アレクサ、室温」でAlexaが反応するように設定します。

インテント

今回はカスタムインテントは使用しないのですが、対話モデルに最低1つ要求されるようですので、適当にダミーを作成しておきます。（自信なし）

エンドポイント

「HTTPS」を選択し、ngrockのURLに/cgi-bin/sht31.pyを付けたものを指定します。証明書の種類は「開発用のエンドポイントは、証明期間が発行したワイルドカード証明書をもつドメインのサブドメインです」を選択します。

テストしてみる

alexa developer consoleの「テスト」タブで試してみます。入力欄に「室温」と入力すると、温度と湿度が返ってくるはずです。

完成

これで完成です。自分のアカウントに紐づいたEcho実機に「アレクサ、室温」と呼びかけると、アレクサたんが応答してくれるはずです。温度といっしょに湿度もわかるのは意外と便利です。お試しあれ。

Alexaに部屋の温度と湿度を教えてもらう

はじめに

使用環境

おおまかな作業のながれ

センサーキットの組み立て

結線方法

動作確認

Alexaスキルのエンドポイントの実装

Python3の簡易HTTPサーバーを使う

Alexaスキルの応答コード

Webサーバーの起動

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新しいスキルの作成

呼び出し名

インテント

エンドポイント

テストしてみる

完成