Category Archives: Arduino IDE D1 Mini (d) TinyWebAPI

Wemos (d6) Weather Bureau 2

これまでWeather Station2回を制作、今回に合わせて三回の要点をリストする

  1. 一回目の Weather Stationはおもに気象情報の表示
  2. 二回のWeather Bureauは、気象情報の収集とクラウンに送信
  3. 今回はDeep sleep機能を利用して、節電する工夫

Deep sleepは、RST と GPIO16繋いたモード、Deep sleepに入ると消費電流は0.4〜0.8mA程度に下がる。

100均で購入した、ちゃんとしたケースに入れて、2個目のスイッチを追加した。

  1. Switch 1: 電源スイッチ
    これは主に使わないとき、バッテリ充電不足のときにOff
  2. Switch 2: Deep sleepスイッチ
    プログラムを書き込みするとき、Deep sleepスイッチOffしないと、書き込めない場合がある

試作品は太陽光で充電している様子。充電ボードのLEDが見える。

ソースコードは TinyWebDB-WeatherStation を参考してください。

Wemos (d5) Weather Bureau

前回の Weather Stationはおもに気象情報の表示がメイン。

今回のWeather Bureauは、気象情報の収集とクラウンに送信するがメイン。

ソースコードは TinyWebDB-WeatherStation を参考してください。

無人でも長時間自動運用するために、太陽電池で発電、Li-po電池に充電、給電など機能追加された。

問題は、太陽電池の発電は、Weather Bureauの24時間持続運用には足りない。deep sleep機能を利用して、節電する工夫が必要である。

その部分できたらまた共有する。

Wemos (d4) WiFi sniffing

最近力を入れる所は、WiFi sniffingという技術。

Amazon bottonをIoT bottonに改造するのカギは、このWiFi sniffing技術。Amazon bottonから出るWiFi信号をキャッチし、botton押されたとわかった。

推進するIoT-Cloud-Mobile Kitもそれに対応すべく、しばらくsniffingとPOSTの共存、メモリの制限などと格闘して、何度も諦めかけて、遂に安定して動作するようになった。

(IoT-Cloud-Mobile Kit)ブレッドボード

Wemosが周りのMAC addressとRSSIは取得でき、TinyWebDB-APIでクラウドに蓄積できた。

ただブレッドボードは長時間運用はやはり不安定、下記の開発ボードも試作した。

(IoT-Cloud-Mobile Kit)開発ボード(5×7)

さらに小型化して、OLEDも省略して(コンセントが保留して接続は可能)、基盤に状態を表示するRGBのLEDを増設。

(IoT-Cloud-Mobile Kit)開発ボード(3×7)

透明ケースに入れて、試験する様子。

(IoT-Cloud-Mobile Kit)開発ボード(3×7 inside case)

蓄積されたMAC addressとRSSIは、出席確認などに活用でき、室内位置情報(Indoor Positioning)のシステムも作りたいね。

WeMos (d3) Web LED Matrix

最初はプレゼントタイマーを作るつもり。

しかし、TinyebDBの文字列を表示する方がはるかも簡単、汎用性もいい。

できたものはこれ:

電源が繋いたら、WiFiを自動で接続、それからTinyWebDBから文字列を取得と表示する。

これならプレゼントタイマーだけじゃなく、お知らせ、顔認証して名前で挨拶とかにも活用できそう。

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Max72xxPanel.h>
#include <time.h>

#include <ArduinoJson.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>

WiFiClient client;

const char* resource = "http://tinydb.ml/api/";           // http resource
const unsigned long BAUD_RATE = 9600;      // serial connection speed
const unsigned long HTTP_TIMEOUT = 10000;  // max respone time from server
const size_t MAX_CONTENT_SIZE = 512;       // max size of the HTTP response

#include "WiFiManager.h"          //https://github.com/tzapu/WiFiManager

HTTPClient http;

int pinCS = D4; // Attach CS to this pin, DIN to MOSI and CLK to SCK (cf http://arduino.cc/en/Reference/SPI )
int numberOfHorizontalDisplays = 4;
int numberOfVerticalDisplays   = 1;
char time_value[20];

// LED Matrix Pin -> ESP8266 Pin
// Vcc            -> 3v  (3V on NodeMCU 3V3 on WEMOS)
// Gnd            -> Gnd (G on NodeMCU)
// DIN            -> D7  (Same Pin for WEMOS)
// CS             -> D4  (Same Pin for WEMOS)
// CLK            -> D5  (Same Pin for WEMOS)

Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(pinCS, numberOfHorizontalDisplays, numberOfVerticalDisplays);

int wait = 70; // In milliseconds

int spacer = 1;
int width  = 5 + spacer; // The font width is 5 pixels

void configModeCallback (WiFiManager *myWiFiManager) {
  Serial.println("Entered config mode");
  Serial.println(WiFi.softAPIP());
  //if you used auto generated SSID, print it
  display_message(myWiFiManager->getConfigPortalSSID());
}

void setup() {
  configTime(0 * 3600, 0, "pool.ntp.org", "time.nist.gov");
  matrix.setIntensity(10); // Use a value between 0 and 15 for brightness
  matrix.setRotation(0, 1);    // The first display is position upside down
  matrix.setRotation(1, 1);    // The first display is position upside down
  matrix.setRotation(2, 1);    // The first display is position upside down
  matrix.setRotation(3, 1);    // The first display is position upside down

  display_message("wifiManager autoConnect...");

  //WiFiManager
  //Local intialization. Once its business is done, there is no need to keep it around
  WiFiManager wifiManager;
  //reset settings - for testing
  //wifiManager.resetSettings();

  //set callback that gets called when connecting to previous WiFi fails, and enters Access Point mode
  wifiManager.setAPCallback(configModeCallback);

  //fetches ssid and pass and tries to connect
  //if it does not connect it starts an access point with the specified name
  //here  "AutoConnectAP"
  //and goes into a blocking loop awaiting configuration
  if(!wifiManager.autoConnect()) {
    Serial.println("failed to connect and hit timeout");
    //reset and try again, or maybe put it to deep sleep
    ESP.reset();
    delay(1000);
  } 

  //if you get here you have connected to the WiFi
  Serial.println("connected...yeey :)");
}

void loop() {
  matrix.fillScreen(LOW);
  get_TinyWebDB("presentationtimer");
  delay(1000);
}

void display_message(String message) {
  if (message.length() > 5) scrool_message(message);
  else {
    for ( int i = 0 ; i < message.length(); i++ ) {
      matrix.drawChar(2 + i * width, 0, message[i], HIGH, LOW, 1); // 
    }
    matrix.write(); // Send bitmap to display
  }
}

void scrool_message(String message) {
  for ( int i = 0 ; i < width * message.length() + matrix.width() - spacer; i++ ) {
    //matrix.fillScreen(LOW);
    int letter = i / width;
    int x = (matrix.width() - 1) - i % width;
    int y = (matrix.height() - 8) / 2; // center the text vertically
    while ( x + width - spacer >= 0 && letter >= 0 ) {
      if ( letter < message.length() ) {
        matrix.drawChar(x, y, message[letter], HIGH, LOW, 1); // HIGH LOW means foreground ON, background off, reverse to invert the image
      }
      letter--;
      x -= width;
    }
    matrix.write(); // Send bitmap to display
    delay(wait / 2);
  }
}


void get_TinyWebDB(const char* tag) {    
    int httpCode;
    char  tag2[32];
    char  value[128];

    httpCode = TinyWebDBGetValue(tag);

    // httpCode will be negative on error
    if(httpCode > 0) {
        // HTTP header has been send and Server response header has been handled
        Serial.printf("[HTTP] GET... code: %d\n", httpCode);

        if(httpCode == HTTP_CODE_OK) {
            String payload = http.getString();
            Serial.println(payload);
            const char * msg = payload.c_str();
            if (TinyWebDBreadReponseContent(tag2, value, msg)){
                TinyWebDBGotValue(tag2, value);
            }
        }
    } else {
        Serial.printf("[HTTP] POST... failed, error: %s\n", http.errorToString(httpCode).c_str());
        TinyWebDBWebServiceError(http.errorToString(httpCode).c_str());
    }

    http.end();

    delay(1000);
}

// Parse the JSON from the input string and extract the interesting values
// Here is the JSON we need to parse
// [
//   "VALUE",
//   "LED1",
//   "on",
// ]
bool TinyWebDBreadReponseContent(char* tag, char* value, const char* payload) {
  // Compute optimal size of the JSON buffer according to what we need to parse.
  // See https://bblanchon.github.io/ArduinoJson/assistant/
  const size_t BUFFER_SIZE =
      JSON_OBJECT_SIZE(3)    // the root object has 3 elements
      + MAX_CONTENT_SIZE;    // additional space for strings

  // Allocate a temporary memory pool
  DynamicJsonBuffer jsonBuffer(BUFFER_SIZE);

  // JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(payload);
  JsonArray& root = jsonBuffer.parseArray(payload);
  JsonArray& root_ = root;

  if (!root.success()) {
    Serial.println("JSON parsing failed!");
    return false;
  }

  // Here were copy the strings we're interested in
  strcpy(tag, root_[1]);   // "led1"
  strcpy(value, root_[2]); // "on"

  return true;
}

int TinyWebDBWebServiceError(const char* message)
{
}

// ----------------------------------------------------------------------------------------
// Wp TinyWebDB API
// Action        URL                      Post Parameters  Response
// Get Value     {ServiceURL}/getvalue    tag              JSON: ["VALUE","{tag}", {value}]
// ----------------------------------------------------------------------------------------
int TinyWebDBGetValue(const char* tag)
{
    char url[64];

    sprintf(url, "%s%s?tag=%s", resource, "getvalue/", tag);

    Serial.printf("[HTTP] %s\n", url);
    // configure targed server and url
    http.begin(url);
    
    Serial.print("[HTTP] GET...\n");
    // start connection and send HTTP header
    int httpCode = http.GET();

    return httpCode;
}

int TinyWebDBGotValue(const char* tag, const char* value)
{
    Serial.printf("[TinyWebDB] %s\n", tag);
    Serial.printf("[TinyWebDB] %s\n", value);

    display_message(value);
    delay(1000);
    display_message(value);

    
    return 0;   
}

 

TinyWebDBに文字列を用意方法はいくつもある。

  1. HTMLフォームで送信
  2. App Inventor で簡単なアプリ開発
  3. cURLで送信
  4. TinyWebDBサイトを直接いじる。
<h1>TinyWebDB test program</h1>

<form action="http://tinydb.ml/api/storeavalue" method="post">
  <div>tag: <input type="text" name="tag" value="presentationtimer"></div>
  <div>value: <input type="text" name="value" value="12:13"></div>
  <input type="submit" value="submit">
  <input type="reset" value="reset">
</form>

 

 

WeMos (d2) Home Automation

TinyWebDB-APIを利用した、Home Automationの例。

ハードウェア

“IoT-Cloud-Mobile Study Kit”を利用

データ送信

下記のは操作中、数分起き温度、気圧センサーのデータをTinyWebDB-APIテストサーバ(http://tinydb.ml/api/)へ送信する。

送信したデータは、http://tinydb.ml/status/で確認できる。

Sensor_Home

{“sensor”:”bmp280″,”temperature”:”21.85″,”pressure_hpa”:”101534.25″}

データ受信

スマートフォンからLED On/Off の指令は受信すると、ESP8266内蔵LEDは点/滅可能になった。

ソースコード

// Sample Arduino Json Web Client
// Downloads and parse http://jsonplaceholder.typicode.com/users/1
//
// Copyright Benoit Blanchon 2014-2017
// MIT License
//
// Arduino JSON library
// https://bblanchon.github.io/ArduinoJson/
// If you like this project, please add a star!

#include <ArduinoJson.h>
#include <Arduino.h>

#include <Adafruit_BMP280.h>
#define BMP_SCK 13
#define BMP_MISO 12
#define BMP_MOSI 11 
#define BMP_CS 10

Adafruit_BMP280 bmp; // I2C
//Adafruit_BMP280 bmp(BMP_CS); // hardware SPI
//Adafruit_BMP280 bmp(BMP_CS, BMP_MOSI, BMP_MISO,  BMP_SCK);

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
 
#define OLED_RESET 0  // GPIO0
Adafruit_SSD1306 OLED(OLED_RESET);

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>

#define USE_SERIAL Serial

WiFiClient client;

const char* resource = "http://tinywebdb.cf/api/"; // http resource
const unsigned long BAUD_RATE = 9600;      // serial connection speed
const unsigned long HTTP_TIMEOUT = 10000;  // max respone time from server
const size_t MAX_CONTENT_SIZE = 512;       // max size of the HTTP response

#include "WiFiManager.h"          //https://github.com/tzapu/WiFiManager

void configModeCallback (WiFiManager *myWiFiManager) {
  OLED.println("Entered config mode");
  OLED.println(WiFi.softAPIP());
  //if you used auto generated SSID, print it
  OLED.println(myWiFiManager->getConfigPortalSSID());
  OLED.display(); //output 'display buffer' to screen  
}

HTTPClient http;

void setup() {
    OLED.begin();
    OLED.clearDisplay();
   
    //Add stuff into the 'display buffer'
    OLED.setTextWrap(false);
    OLED.setTextSize(1);
    OLED.setTextColor(WHITE);
    OLED.setCursor(0,0);
    delay(10);

    USE_SERIAL.begin(115200);
   // USE_SERIAL.setDebugOutput(true);

    USE_SERIAL.println();
    USE_SERIAL.println();
    USE_SERIAL.println();

    OLED.println("wifiManager autoConnect...");
    OLED.display(); //output 'display buffer' to screen  

    //WiFiManager
    //Local intialization. Once its business is done, there is no need to keep it around
    WiFiManager wifiManager;
    //reset settings - for testing
    //wifiManager.resetSettings();
  
    //set callback that gets called when connecting to previous WiFi fails, and enters Access Point mode
    wifiManager.setAPCallback(configModeCallback);
  
    //fetches ssid and pass and tries to connect
    //if it does not connect it starts an access point with the specified name
    //here  "AutoConnectAP"
    //and goes into a blocking loop awaiting configuration
    if(!wifiManager.autoConnect()) {
      Serial.println("failed to connect and hit timeout");
      //reset and try again, or maybe put it to deep sleep
      ESP.reset();
      delay(1000);
    } 
  
    //if you get here you have connected to the WiFi
    Serial.println("connected...yeey :)");

    if (!bmp.begin(0x76)) 
    {
      OLED.println("Could not find BMP280");
      OLED.display(); //output 'display buffer' to screen  
      while (1) {}
    }
}

void OLED_show()
{

  OLED.clearDisplay();
  OLED.setCursor(0,0);
  // Print the IP address
  OLED.print("http://");
  OLED.print(WiFi.localIP());
  OLED.println("/");
  OLED.setCursor(0,8);
  OLED.print("Temp = ");
  OLED.print(bmp.readTemperature());
  OLED.println(" Celsius");
  // set the cursor to column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  OLED.setCursor(0,16);
  OLED.print("Pres = ");
  OLED.print(bmp.readPressure());
  OLED.println(" Pascal ");

  OLED.display(); //output 'display buffer' to screen  
}


void loop() {
    OLED_show();
    get_TinyWebDB("Led1");
    delay(10000);
    sensor_TinyWebDB();
    delay(10000);
}

void sensor_TinyWebDB() {    
    int httpCode;
    char  tag[32];
    char  value[128];

    // read values from the sensor
    float pressure = bmp.readPressure();
    float temperature = bmp.readTemperature();

    const size_t bufferSize = JSON_ARRAY_SIZE(2) + JSON_OBJECT_SIZE(3);
    DynamicJsonBuffer jsonBuffer(bufferSize);
    
    JsonObject& root = jsonBuffer.createObject();
    root["sensor"] = "bmp280";
    root["temperature"] = String(temperature);
    root["pressure_hpa"] = String(pressure);
    root.printTo(value);

    USE_SERIAL.printf("[TinyWebDB] %s\n", value);
    USE_SERIAL.printf("ESP8266 Chip id = %08X\n", ESP.getChipId());
    sprintf(tag, "esp8266-%06x", ESP.getChipId());
    httpCode = TinyWebDBStoreValue(tag, value);
    // httpCode will be negative on error
    if(httpCode > 0) {
        // HTTP header has been send and Server response header has been handled
        USE_SERIAL.printf("[HTTP] POST... code: %d\n", httpCode);

        if(httpCode == HTTP_CODE_OK) {
            TinyWebDBValueStored();
        }
    } else {
        USE_SERIAL.printf("[HTTP] GET... failed, error: %s\n", http.errorToString(httpCode).c_str());
        TinyWebDBWebServiceError(http.errorToString(httpCode).c_str());
    }

    http.end();

    delay(10000);
}

void get_TinyWebDB(const char* tag0) {    
    int httpCode;
    char  tag[32];
    char  value[128];

    httpCode = TinyWebDBGetValue(tag0);

    // httpCode will be negative on error
    if(httpCode > 0) {
        // HTTP header has been send and Server response header has been handled
        USE_SERIAL.printf("[HTTP] GET... code: %d\n", httpCode);

        if(httpCode == HTTP_CODE_OK) {
            String payload = http.getString();
            const char * msg = payload.c_str();
            USE_SERIAL.println(payload);
            if (TinyWebDBreadReponseContent(tag, value, msg)){
                TinyWebDBGotValue(tag, value);
            }
        }
    } else {
        USE_SERIAL.printf("[HTTP] POST... failed, error: %s\n", http.errorToString(httpCode).c_str());
        TinyWebDBWebServiceError(http.errorToString(httpCode).c_str());
    }

    http.end();

    delay(10000);
}

int TinyWebDBWebServiceError(const char* message)
{
}

// ----------------------------------------------------------------------------------------
// Wp TinyWebDB API
// Action        URL                      Post Parameters  Response
// Get Value     {ServiceURL}/getvalue    tag              JSON: ["VALUE","{tag}", {value}]
// ----------------------------------------------------------------------------------------
int TinyWebDBGetValue(const char* tag)
{
    char url[64];

    sprintf(url, "%s%s?tag=%s", resource, "getvalue/", tag);

    USE_SERIAL.printf("[HTTP] %s\n", url);
    // configure targed server and url
    http.begin(url);
    
    USE_SERIAL.print("[HTTP] GET...\n");
    // start connection and send HTTP header
    int httpCode = http.GET();

    return httpCode;
}

int TinyWebDBGotValue(const char* tag, const char* value)
{
    USE_SERIAL.printf("[TinyWebDB] %s\n", tag);
    USE_SERIAL.printf("[TinyWebDB] %s\n", value);

    OLED.printf("[TinyWebDB] %s:%s\n", tag, value);
    OLED.display(); //output 'display buffer' to screen  
    
    return 0;   
}

// ----------------------------------------------------------------------------------------
// Wp TinyWebDB API
// Action        URL                      Post Parameters  Response
// Store A Value {ServiceURL}/storeavalue tag,value        JSON: ["STORED", "{tag}", {value}]
// ----------------------------------------------------------------------------------------
int TinyWebDBStoreValue(const char* tag, const char* value)
{
    char url[64];
  
    sprintf(url, "%s%s", resource, "storeavalue");
    USE_SERIAL.printf("[HTTP] %s\n", url);

    // POST パラメータ作る
    char params[128];
    sprintf(params, "tag=%s&value=%s", tag, value);
    USE_SERIAL.printf("[HTTP] POST %s\n", params);

    // configure targed server and url
    http.begin(url);

    // start connection and send HTTP header
    http.addHeader("Content-Type", "application/x-www-form-urlencoded");
    int httpCode = http.POST(params);
    String payload = http.getString();                  //Get the response payload
    Serial.println(payload);    //Print request response payload

    http.end();
    return httpCode;
}

int TinyWebDBValueStored()
{
  
    return 0;   
}


// Parse the JSON from the input string and extract the interesting values
// Here is the JSON we need to parse
// [
//   "VALUE",
//   "LED1",
//   "on",
// ]
bool TinyWebDBreadReponseContent(char* tag, char* value, const char* payload) {
  // Compute optimal size of the JSON buffer according to what we need to parse.
  // See https://bblanchon.github.io/ArduinoJson/assistant/
  const size_t BUFFER_SIZE =
      JSON_OBJECT_SIZE(3)    // the root object has 3 elements
      + MAX_CONTENT_SIZE;    // additional space for strings

  // Allocate a temporary memory pool
  DynamicJsonBuffer jsonBuffer(BUFFER_SIZE);

  // JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(payload);
  JsonArray& root = jsonBuffer.parseArray(payload);
  JsonArray& root_ = root;

  if (!root.success()) {
    Serial.println("JSON parsing failed!");
    return false;
  }

  // Here were copy the strings we're interested in
  strcpy(tag, root_[1]);   // "led1"
  strcpy(value, root_[2]); // "on"

  return true;
}


// Pause for a 1 minute
void wait() {
  Serial.println("Wait 60 seconds");
  delay(60000);
}

 

参考:

  • TinyWebDB-API : https://wordpress.org/plugins/tinywebdb-api/
  • https://techtutorialsx.com/2016/07/21/esp8266-post-requests/

WeMos (d1) RESTful API

JSONデータの扱いできて、今度RESTful APIに取り込む。まずRESTful APIのGETとPOSTを実現する。自作のTinyWebDB-APIプラグインでテストすることにした。

GETは簡単にできたが、POSTがなかなかうまくいかない。受信したデータは空になっている。いろいろGoogleして、ソースを書き換えてもうまくいかない、今度サーバ側様子をみると思い、Cloud9でデバッグしようとしても、なんとCloud9で弾けられ。普通のVPSでデバッグを続けてるうちに、自信喪失、TinyWebDB-APIに問題があると懐疑的に、cURLで検証しても、受信したデータは空。困った。

Postmanで試したら、なんとうまくいく。何か違うかな?簡単のHTMLフォームもうまくいく。やはり送信側ESP8266プログラムの問題。さらにGoogleして、ソースを書き換えていく。

一週間苦労して、ついに成功。

簡単に利用するために、TinyWebDB-APIライブラリを自作すると考える。