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あやかきちや
5 years ago
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1 ネットワーク (NW) 百葉箱紹介 (Raspberry ZERO+ESP-WROOM-02) 目次 0 はじめに 1. NW 百葉箱システム構成 2. ホームサーバシステム HW SW について 3. センサデバイスシステム HW SW について 4. 熱中症指数とは絶対湿度とは 5. まとめ開放電脳松元博司

2 0 はじめに楽しく安く早く電子工作を心がけています長年色色な物に手を出してきましたがやっと皆さんにお勧めできるシステムが出来てきたと考えているので紹介します色々なものラスハイ +Python+BLE4.0+Sensortag+Xively BLE4.0 で 5 分おきにして低消費電力が出来なかった ESP-WROOM-02+wifi+blynk blynk はスマホを接続しているときだけしか log 保管してくれないネットワーク百葉箱システムサーバ :Raspberry ZERO node-red MQTT ブローカ複数のデバイスの log 保管デバイス :ESP-WROOM-02 arduino ー IDE MQTT wifi BME280 deepsleep で 5 分おきに MQTT パブリッシュ低消費電力 ( 平均 10mA 以下 ) パワポのノートに全ソースを入れてあります皆さんのお役にたてれば嬉しいです

3 1.1 NW 百葉箱システム構成 1)log が蓄積できる 2)WEB ブラウザでデータが表示できる 3) 熱中症指数と絶対湿度の表示ホームネットワーク :Wifi AP センサデバイス ( 屋外用 ) 防水 : 太陽電池低消費電力センサデバイス ( 室内用 ) ESP-WROOM-02 Wifi MQTT 低消費電力ホームサーバラズパイ ZERO NODE-RED MQTT フローカ

4 1.2 ネットワーク百葉箱システムで苦労した点課題 1. 適切なサーバの選択 Xively Blynk とクラウドサービスを試行してきましたがなかなか自分の思うようなシステムが出来ずに困っていましたサーバを自分で構築するには荷が重いと考えていたのですがラズパイに NODE-RED がインストールされるようになり MQTT を割と簡単に扱えるようになり最小限の下記機能が実現できました 1)log が蓄積できること 2)WEB ブラウザでデータが表示できること課題 2. システムを作るには費用が高いラズパイ ZERO(5 ドル ) ESP-WROOM-02(500 円 ) とここ 1 年ほどで価格破壊とも思われるデバイスを入手し活用できるようになりました

5 2.1 ホームサーバ構成ラズパイ ZERO ホームサーバラズパイ ZERO NODE-RED MQTT フローカマイクロ SD:8GB NODE-RED MQTT フローカ Wifi トンクル

HAT-compatible 40-pin header Composite video and reset headers 5 ドル 2 Wifi トンクル WLI-UC-GNM BUFFALO 11n 対応 11g/b 無線 LAN

6 2.2 ホームサーバ (HW) 部品代 :2.5 千円程度 No. 品名概要価格画像 1 Raspberry Pi ZERO 1Ghz, Single-core CPU 512MB RAM Mini HDMI and USB On- The-Go ports Micro USB power HAT-compatible 40-pin header Composite video and reset headers 5 ドル 2 Wifi トンクル WLI-UC-GNM BUFFALO 11n 対応 11g/b 無線 LAN 子機親機 - 子機デュアルモード対応モデル WLI- UC-GNM2 1,000 3 USB ケーブルユニバーサル自作基板 I2C の 4 本の信号線を 2.54 mm ピンソケットで接続 Elecrow: プラスチックケース 100 円ショッフの木製ケース? W65H38D100 ケース加工済み p/satodenki/etc.html 100~200

7 2.3 ホームサーバ (SW) No. 品名概要 Url 他 1 開発環境 NODE-RED Node-RED はハードウェアデバイス /API およびオンラインサービスを接続するためのツールです 2 MQTT フローカ mosquitto MQTT とは TCP/IP ネットワークで利用できる通信プロトコルの一つで多数の主体の間で短いメッセージを頻繁に送受信する用途に向いた軽量なプロトコル多数のセンサーの遠隔監視など M2M ネットワークや IoT(Internet of Things) 分野での普及が見込まれている rchives/ h tml 3 開発言語 javascript JavaScript は Web ブラウザ上で動かすことのできる簡単なプログラム言語です o.jp/ait/articles/0911/ 18/news110.html

8 2.4 ホームサーバソフト NODE-RED log 蓄積 :MQTT で送られてきたセンサテータを TEXT ファイルに蓄積処理センサデータを格納入力 MQTT: センサテータ出力 Log ファイル出力

9 2.5 ホームサーバソフト NODE-RED WEB ブラウザでデータ表示 :log 蓄積機能からグローバル変数でデータを受け取る処理センサデータを表示入力出力 http: 応答

10 3.1 センサデバイス構成センサデバイス ( 室内用 ) ESP-WROOM-02 Wifi MQTT 低消費電力センサデバイス ( 屋外用 ) 防水 : 太陽電池低消費電力

(10 個以上 450: 秋月 ) 実装済み 650 2 BME280 使用温湿度気圧センサモジュールキット 3 I2C 接続小型キャラクタ L

11 3.2 センサデバイス (HW) 部品代 :3 千円 No. 程度品名概要価格画像 1 ESP-WROOM-02 ESP8266EX(SoC 32 bit MCU) を搭載したWiFi モジュール 550 (10 個以上 450: 秋月 ) 実装済み BME280 使用温湿度気圧センサモジュールキット 3 I2C 接続小型キャラクタ L CD モジュール AE-AQM1602A I2C 温度湿度気圧分解能温度 :0.01 湿度 :0.008% 気圧 :0.18Pa talog/g/gk-09421/ 16 文字 2 行のキャラクタ液晶モジュール電源電圧は 3.1~5.5V talog/g/gk-08896/ 電源 IC 高速応答のもの XC Arduino 用ユニバーサル自作基板 6 プラスチックケース 100 円ショッフの木製ケース? I2C の 4 本の信号線を 2.54 mm ピンソケットで接続 Elecrow:310 円 W65H38D100 ケース加工済み p/satodenki/etc.html ~200

12 3.3 センサデバイス (SW) No. 品名概要 Url 他 1 開発環境 Arduino ide Arduino ide ARDUINO Software 2 BME280 使用温湿度気圧センサ用 Arduino ライブラリ 3 I2C 接続小型キャラクタ LCD モジュール AE-AQM1602A 用 Arduino ライブラリ Arduino ライブラリを実装 Arduino ライブラリを実装 GarageHouse/micon/Arduino/LCD/ I2CLCD.htm 4 スケッチを少し修正ライブラリをインクルードスケッチを修正 #include "ski2clcdlib.h" #define BME280_ADDRESS 0x76

13 3.4 センサテハイス : arduino スケッチ /* name: mqtt-semsor.ino author:hiroshi matsumoto rev1:2016/04/06 function in:bme280(temp,humi,pres) process:temp,humi,pres,wbgt,wet out:lcd mqtt broker dev1: esp10/in/sensor mqtt broker dev2: esp20/in/sensor*/ #include <Wire.h> #include <SPI.h> #include <ESP8266WiFi.h> #include <PubSubClient.h> // MQTT Client #include <ArduinoJson.h> // JSON parser #include <stdio.h> #include "ST7032.h int sleeptime = 300; //normal=300,test=30 Serial.println("Go to deepsleep!"); ESP.deepSleep(sleeptime * 1000 * 1000, WAKE_RF_DEFAULT); delay(1000); // zzzzz

14 3.5 センサテハイスで苦労した点課題 1.ESP-WROOM-02 の電源問題十分余裕のある 3 端子レギュレータ : 不十分大容量コンデンサ : 数百マイクロでも不十分高速応答タイプの 3 端子レギュレータ安定課題 2. 低消費電力化 ESP-WROOM-02 の deepsleep モードで解決ただし Reset と同じ条件で復帰するため毎回初期設定から始まる ( 前回の状況を記憶できない ) 間欠動作となるため連続使用のセンサ ( 雨量計 ) には使いにくい課題 3. 熱中症指数と絶対湿度の表示豊富なメモリのある ESP-WROOM-02 のお蔭で何とか計算することが出来た

黒球温度の値を使って計算します WBGT( 湿球黒球温度 ) の算出方法屋外 :WBGT = 0.7 湿球温度 +0.

15 4.1 熱中症指数とは暑さ指数 (WBGT: Wet Bulb Globe Temperature) とは WBGT( 湿球黒球温度 ) とは人体の熱収支に影響の大きい湿度輻射熱気温の 3 つを取り入れた指標で乾球温度湿球温度黒球温度の値を使って計算します WBGT( 湿球黒球温度 ) の算出方法屋外 :WBGT = 0.7 湿球温度 +0.2 黒球温度 +0.1 乾球温度屋内 :WBGT = 0.7 湿球温度 +0.3 黒球温度室内に限れば気温と湿度から右の図のように求められます

16 4.2 熱中症指数 (wbgt) の求め方 Table から求める方法は 2 種類考えられます 1)table をデータベースとして扱い検索する方法 2 次元配列にして温度湿度を整数化 ( コード化 ) すれば 2) 近似式を求め計算で求める方法 excel で何とか実用レベルの近似式を求めました ( 多変量の測定データに対して重回帰分析 ) excel のソルバーではよい結果が得られず品質工学専門家にやってもらいました Yi* 気温 +Xi* 湿度 +YXi* 気温 * 湿度 double wbgt =0.0; double tempi =30.5, humi = 60.0; double Yi = , Xi = ; double YXi = , aveall = 27.77; wbgt = (temp_act- tempi)*yi; wbgt = wbgt+(hum_act- humi)*xi; wbgt = wbgt+ (temp_act- tempi)*(hum_act- humi)*yxi+ aveall;

17 4.3 絶対湿度とは

18 4.4 温度と湿度から水蒸気量の求め方 //(1) 温度 t から飽和水蒸気圧 e を求める double e-wet = 0.0,a-wet = 0.0; e-wet= 7.5 * tempi/(tempi ) e-wet= 6.11 pow( 10,e-wet) //(2)e と t と相対湿度 rh から水蒸気量 a( グラム / 立方 m) を求める a-wet=217.0 e-wet / (tempi ) x (humi/100.0)

19 5. まとめ早くホームサーバ :NODE-RED MQTT 素早く開発ライブラリが豊富センサテハイス :arduino ー IDE MQTT 素早く開発ライブラリが豊富安くホームサーバ部品代 : ラズパイZERO センサテハイス部品代 :ESP-WROOM 千円程度 3 千円程度楽しく MQTT という汎用のプロトコルを使っているので IN/OUT の色々なデバイスをつなぎやすい実用的な高い性能のものができた楽しく安く早く電子工作が出来ました参考にしてもらえるとうれしいです

20 おまけ Makerfaire2016 に出展したいこのネットワーク (NW) 百葉箱ではうけないかな??? 前回のモールス練習機を改良してできないかな出来ればモールス ENCODER decoder も実装したいけど今まで PIC のモールス練習機はたくさんあるので流用したいが WIFI で MQTT に送れるかな?PIC だと大変かな??? やはり ESP-WROOM-02 で arduino のソフトを探した方が早いかな??? 楽しく安く早く電子工作を心がけています今年 JARL ではモールス符号を無形文化遺産へ! というキャンペーンをしています Maker として協力するべくユニークな器械を作りましたラズパイ無線モールス通信器 Raspberry ZERO2 台で対向 nodered MQTT ブローカ Raspberry ZERO というわずか 5 ドルの部品と GUI の開発環境ですので小中学生から作れますうまくすればインターネットでモールスが復活するかもしれません

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スライド 1 ワンコイン Arduino モシュール ESP-WROOM-02 用基板紹介発表主旨楽しく安く早く電子工作を心がけています 1)LCD に温度と湿度と気圧 WGBT( 熱中症指数 ) を表示するガジェット 2)ESP-WROOM-02 で安く作れます今回課題であったはんだ付けを改善するため専用の基盤を作り話題のワンコインモジュール :ESP-WROOM-02( 秋月 :550 円