IoTPlatformへArduinoからデータを送りDataVで可視化する

はじめに

本記事では、Arduinoというマイコンに搭載されるメジャーなソフトウェアを利用して、Alibaba Cloudに接続、DataV可視化の方法をご紹介します。

検証範囲

1. Seeed Wio LTE JP Version + SoracomAirでAlibabaCloud IoT Platformへ繋ぐ
2. Wioデバイスから超音波センサーでデータを取得し、IoT Platformへデータを転送する
3. IoT PlatformからルールエンジンでTableStoreへデータを格納する
4. DataVで、データソースにTableStoreを指定し、取得データを可視化する
   

デバイスについて

Soracom社が提供しているSeeed Wio LTE JP Version(Cat.1)を使用します。
通信にはSoracomAirというコネクティビティサービスを利用します。

開発環境

• ArduinoIDE 1.89
• ボードマネージャ Seeed STM32F4 version1.1.0

IoT Platformの設定

IoT Platformの設定を行います。構築方法はここでは省略します。パラメータは以下です。

Arduinoの設定

Arduinoの操作自体は様々なサイトで紹介されているので、そちらをご参照ください。
ここでは、Alibaba Cloudと接続する際の注意点とスケッチ例をご紹介します。

インストール：[https://www.arduino.cc/en/main/software]　

https://www.arduino.cc/en/main/software

セットアップ：[https://dev.soracom.io/jp/start/lte_hw_wio-lte/]

https://dev.soracom.io/jp/start/lte_hw_wio-lte/

PubSubclient library注意点

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#ifndef MQTT_KEEPALIVE
#define MQTT_KEEPALIVE 30
#endif

Arduinoでスケッチを行う

まずはデバイスのUPTIMEを送信するプログラムをスケッチしてみます。
ファイル->スケッチ例->Wio LTE for Arduino -> mqtt ->mqttclient

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#include <WioLTEforArduino.h>
#include <WioLTEClient.h>
#include <PubSubClient.h>     // https://github.com/SeeedJP/pubsubclient
#include <stdio.h>

#define APN               "soracom.io"
#define USERNAME          "sora"
#define PASSWORD          "sora"
#define MQTT_SERVER_HOST  "a6V7HOmIB40.iot-as-mqtt.ap-northeast-1.aliyuncs.com"
#define MQTT_SERVER_PORT  (1883)
#define ID                "Alibaba|securemode=3,signmethod=hmacsha1|"
#define OUT_TOPIC         "/a6V7HOmIB40/device-sbc/user/topic_alibaba"
#define IN_TOPIC          "IN_TOPIC"
#define MQUSER            "device-sbc&a6V7HOmIB40"
#define MQPASS            "F5D0CB6A0D89AA26C0EACEDEBF21A64C33E8687F"
#define INTERVAL          (60000)

WioLTE Wio;
WioLTEClient WioClient(&Wio);
PubSubClient MqttClient;

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  SerialUSB.print("Subscribe:");
  for (int i = 0; i < length; i++) SerialUSB.print((char)payload[i]);
  SerialUSB.println("");
}

void setup() {
  delay(200);
  SerialUSB.println("");
  SerialUSB.println("--- START ---------------------------------------------------");
  
  SerialUSB.println("### I/O Initialize.");
  Wio.Init();
  
  SerialUSB.println("### Power supply ON.");
  Wio.PowerSupplyLTE(true);
  delay(500);
  SerialUSB.println("### Turn on or reset.");
  if (!Wio.TurnOnOrReset()) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  SerialUSB.println("### Connecting to \""APN"\".");
  if (!Wio.Activate(APN, USERNAME, PASSWORD)) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  SerialUSB.println("### Connecting to MQTT server \""MQTT_SERVER_HOST"\"");
  MqttClient.setServer(MQTT_SERVER_HOST, MQTT_SERVER_PORT);
  MqttClient.setCallback(callback);
  MqttClient.setClient(WioClient);
  if (!MqttClient.connect(ID,MQUSER,MQPASS)) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  MqttClient.subscribe(IN_TOPIC);
  SerialUSB.println("### Setup completed.");
}

void loop() {
  char data[100];
  sprintf(data, "{\"uptime\":%lu}", millis() / 1000);
  SerialUSB.print("Publish:");
  SerialUSB.print(data);
  SerialUSB.println("");
  MqttClient.publish(OUT_TOPIC, data);
  
err:
  unsigned long next = millis();
  while (millis() < next + INTERVAL)
  {
    MqttClient.loop();
  }
}

48行目のMqttClient.connect(ID,MQUSER,MQPASS)ですが、スケッチ例から作成するとMQUSERとMQPASSがないので、忘れずに追記しましょう。
それではマイコンボード(Wio)への書き込みを実施しましょう

書き込みが終了したらシリアルモニタを開いてみましょう。

上記の出力結果は「soracom.io」と「Alibaba Cloud」への接続が成功したことを表しています
では、次にAlibaba Cloud Platformにちゃんとデータが送られてきているのか確認してみましょう

Alibaba CloudコンソールでPublishデータの確認

Alibaba CloudのIoT Platformのコンソールから、転送されたデータを確認しましょう。
監視と運用-> デバイスログ->デバイス動作分析

ステータス200で返ってきていることが確認できました。

では、WioからPublishされたデータの中身も見てみましょう。
監視と運用->デバイスログ->アップストリーム分析->MessageID

しっかりUPTIMEが転送されていることが確認できました。

センシングデータの送信

前の項目までで、WioとIoT Platformの通信が正常に行えることが確認できました。
この項目からは、超音波センサー(UltrasonicRanger)を用いて目標物までの距離を測定し、データをWioを介してIoT Platformへ送信します。
そして、最終的にDataVで可視化したいと思います。

http://wiki.seeedstudio.com/jp/Grove-Ultrasonic-Ranger

ソースコードは以下です。使用するセンサー(UltrasonicRanger)のライブラリをインストールする必要があるのでご注意ください。

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#include <WioLTEforArduino.h>
#include <WioLTEClient.h>
#include <PubSubClient.h>     // https://github.com/SeeedJP/pubsubclient
#include <stdio.h>
#include <Ultrasonic.h>      // https://github.com/Seeed-Studio/Grove_Ultrasonic_Ranger
#define ULTRASONIC_PIN  (WIOLTE_D38)
#define INTERVAL        (60000)
#define APN               "soracom.io"
#define USERNAME          "sora"
#define PASSWORD          "sora"
#define MQTT_SERVER_HOST  "a6V7HOmIB40.iot-as-mqtt.ap-northeast-1.aliyuncs.com"
#define MQTT_SERVER_PORT  (1883)
#define ID                "Alibaba|securemode=3,signmethod=hmacsha1|"
#define OUT_TOPIC         "/a6V7HOmIB40/device-sbc/user/topic_alibaba"
#define IN_TOPIC          "IN_TOPIC"
#define MQUSER            "device-sbc&a6V7HOmIB40"
#define MQPASS            "F5D0CB6A0D89AA26C0EACEDEBF21A64C33E8687F"
Ultrasonic UltrasonicRanger(ULTRASONIC_PIN);
WioLTE Wio;
WioLTEClient WioClient(&Wio);
PubSubClient MqttClient;
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  SerialUSB.print("Subscribe:");
  for (int i = 0; i < length; i++) SerialUSB.print((char)payload[i]);
  SerialUSB.println("");
}
void setup() {
  delay(200);
  SerialUSB.println("");
  SerialUSB.println("--- START ---------------------------------------------------");
  SerialUSB.println("### I/O Initialize.");
  Wio.Init();
  SerialUSB.println("### Power supply ON.");
  Wio.PowerSupplyLTE(true);
  delay(500);
  SerialUSB.println("### Turn on or reset.");
  if (!Wio.TurnOnOrReset()) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  SerialUSB.println("### Connecting to \""APN"\".");
  if (!Wio.Activate(APN, USERNAME, PASSWORD)) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  SerialUSB.println("### Connecting to MQTT server \""MQTT_SERVER_HOST"\"");
  MqttClient.setServer(MQTT_SERVER_HOST, MQTT_SERVER_PORT);
  MqttClient.setCallback(callback);
  MqttClient.setClient(WioClient);
  if (!MqttClient.connect(ID, MQUSER, MQPASS)) {
    SerialUSB.println("### ERROR! ###");
    return;
  }
  MqttClient.subscribe(IN_TOPIC);
  SerialUSB.println("### Setup completed.");
}
void loop() {
  char data[100];
  long distance;
  distance = UltrasonicRanger.MeasureInCentimeters();
  SerialUSB.print("Publish:");
  sprintf(data, "{ \"distance\":%lu}", distance);
  SerialUSB.print(data);
  SerialUSB.println("");
  MqttClient.publish(OUT_TOPIC,data);
  delay(INTERVAL);
}

先ほどと同様にスケッチ、および実行します。
超音波センサーからWioデバイスとSoracomAirを通じてIoT Platformまで測定値が転送されていることが確認できると思います。

ルールエンジンを用いてTableStoreに情報を格納する

IoT Platformには、受け取ったデータをAlibaba Cloudのデータソースへ渡すルールエンジンという機能があります。
今回は、IoT Platformがセンサーから受け取ったデータをTableStoreというNoSQLデータベースに情報を格納していきます。

TableStoreは以下の環境で作成済みのものとします。

• インスタンス名：IoT-store
• テーブル名：SonicRanger
  

それでは、Alibaba CloudコンソールからIoT Platformのルールエンジンを触っていきます。
IoT Platformの画面からルール作成画面に遷移します。
ルールエンジン->ルールの作成

「OK」を押下すると、ルールの編集画面に遷移します。ここでは3つの設定を行う必要があります。

データの処理

プルダウンからSQLを生成できるので、簡単にクエリを生成することができます。
フィールドは以下の3つを指定しました。

フィールドの指定設定はこちらをご参照ください。
今回使用するSQLはこちらです。

データの宛先

IoT Platformで受けたデータを後続のプロダクトに渡す設定をしていきます。

今回はtimestamp値をプライマリーキーに設定し、以下のように選択します。

転送エラーの対処法

転送で失敗した際のエラーログ出力先を指定します。今回は別のトピックに流すことにします。

TableStoreのデータを確認

では、再度Wioデバイスを動かしてTableStoreにデータがちゃんと格納されるか確認してみます。
TableStoreのコンソールを起動し、インスタンス名->テーブル名->データエディタ

DataVでTableStoreの情報を可視化する

最後に、DataVからTableStoreに接続します。DataVとはAlibaba Cloudの可視化サービスで、リアルタイムにデータを描画することができます。今回は、SonicRangerで1分おきに目標物との距離を測定したデータを可視化してみました。
DataVのデータソースにはTableStoreを指定できるので、参照クエリを記述します。
参照クエリの記述方法はドキュメントセンターをご参照ください。

最後に

IoTセンサ－とAruduinoを使ったパブリッシュ通信をご紹介しました。
この方法により、IoTデバイス、センサーのデータが簡単にクラウド上で取得でき、データ処理をして可視化ができます。
IoT Platformは様々なAlibaba Cloudプロダクトを連携できるので、ご参考に頂ければ幸いです。

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