プリインストール済みスケッチ

ソースコードの入手

GitHub (monowireless/spot-server) から入手できます。

システムの概要

spot-server は、TWELITE からのデータ受信と転送を行う Arduino スケッチ (.ino) と、スマホに配信する Web ページ (.html / .css / .js) で構成しています。

TWELITE 子機が送信したデータは Arduino スケッチで受信され、Arduino スケッチは公開中の Web ページに対してイベントを発火します。公開された Web ページでは、発火されたイベントに応じて HTML の内容を動的に書き換えています。

開発に必要なもの

• 無線LANゲートウェイ TWELITE SPOT
  • 電源用 USB-C ケーブル
  • USB AC アダプタ（1A 以上供給できるもの）
• 加速度センサー無線タグ TWELITE CUEなどの子機 （お持ちでない場合はご購入ください 👉 販売店一覧）
  • CR2032 コイン電池 などの電源
• USBアダプター TWELITE R3 （お持ちでない場合はご購入ください 👉 販売店一覧）
  • 通信用 USB-C ケーブル
• Grove - OLED Display 1.12 （なくてもスケッチは動きます）
  • Grove ケーブル
• 💻 コンピュータ

環境整備

IDE とツールチェインの導入

Arduino IDE 1.x による開発環境の構築方法 をご覧ください。

ライブラリの導入

はじめに、Arduino のスケッチブックの保存場所（Arduino IDE 環境設定に記載。例：C:\Users\foo\Documents\Arduino） に libraries フォルダがない場合は、これを作成します。

非同期 TCP 通信ライブラリ

1. GitHub (me-no-dev/AsyncTCP) から Zip ファイルをダウンロードします
2. Zip ファイルを展開し、フォルダ名を AsyncTCP-master から AsyncTCP に変更します
3. libraries フォルダに AsyncTCP フォルダを配置します

ライブラリマネージャを開き、Async TCP をインストールします。

非同期 Web サーバライブラリ

1. GitHub (me-no-dev/ESPAsyncWebServer) から Zip ファイルをダウンロードします
2. Zip ファイルを展開し、フォルダ名を AsyncWebServer-master から AsyncWebServer に変更します
3. libraries フォルダに AsyncWebServer フォルダを配置します

ライブラリマネージャを開き、ESP Async WebServer をインストールします。

OLED ディスプレイライブラリ

1. GitHub (Seeed-Studio/OLED_Display_96X96) から Zip ファイルをダウンロードします
2. Zip ファイルを展開し、フォルダ名を OLED_Display_96X96-master から OLED_Display_96X96 に変更します
3. libraries フォルダに OLED_Display_96X96 フォルダを配置します

JSON ライブラリ

ライブラリマネージャを開き、Arduino_JSON をインストールします。

プラグインの導入

ファイルシステム書き込みプラグイン

HTML などのファイルを ESP32 のフラッシュ領域に書き込むには、Arduino プラグインが必要です。

ここでは、lorol/arduino-esp32fs-plugin: Arduino plugin for uploading files to ESP32 file system を利用します（LittleFSに対応したプラグイン）。

インストール方法は TWELITE SPOT マニュアル ESP32 へのファイルの書き込み方法 をご覧ください。

プロジェクトファイルの入手

1. GitHub (monowireless/spot-server) から Zip ファイルをダウンロードします
2. Zip ファイルを展開し、フォルダ名を spot-server-main から spot-server に変更します
3. Arduino のスケッチブックの保存場所（Arduino IDE 環境設定に記載。例：C:\Users\foo\Documents\Arduino）に spot-server フォルダを配置します

プロジェクトファイルの書き込み方法

スケッチ

ESP32 へのスケッチの書き込み方法 をご覧ください。

Web ページ

ESP32 へのファイルの書き込み方法 をご覧ください。

スケッチ

Arduino スケッチ spot-server.ino の解説です。

ライブラリのインクルード

Arduino および ESP32 公式ライブラリ

4-9行目では、Arduino および ESP32 の公式ライブラリをインクルードしています。

#include <Arduino.h>
#include <Arduino_JSON.h>
#include <ESPmDNS.h>
#include <LittleFS.h>
#include <WiFi.h>
#include "esp_wifi.h"
#include <Wire.h>

サードパーティのライブラリ

13-15行目では、サードパーティのライブラリをインクルードしています。

#include <AsyncTCP.h>
#include <ESPAsyncWebServer.h>
#include <SeeedGrayOLED.h>

MWings ライブラリ

18行目では、MWings ライブラリをインクルードしています。

#include <MWings.h>

ピン番号の定義

21-25行目では、ピン番号を定義しています。

const uint8_t TWE_RST = 5;
const uint8_t TWE_PRG = 4;
const uint8_t LED = 18;
const uint8_t ESP_RXD1 = 16;
const uint8_t ESP_TXD1 = 17;

TWELITE 設定の定義

28-31行目では、TWELITE SPOT に搭載された TWELITE 親機に適用する設定を定義しています。

const uint8_t TWE_CH = 18;
const uint32_t TWE_APPID = 0x67720102;
const uint8_t TWE_RETRY = 2;
const uint8_t TWE_POWER = 3;

無線 LAN 設定の定義

34-46行目では、TWELITE SPOT に搭載された ESP32 に適用する無線 LAN 設定を定義しています。

wifi_country_t WIFI_COUNTRY_JP = {
  cc: "JP",         // Contry code
  schan: 1,         // Starting channel
  nchan: 14,        // Number of channels
  max_tx_power: 20, // Maximum power in dBm
  policy: WIFI_COUNTRY_POLICY_MANUAL
};
const char* WIFI_SSID_BASE = "TWELITE SPOT";
const char* WIFI_PASSWORD = "twelitespot";
const uint8_t WIFI_CH = 13;
const IPAddress WIFI_IP = IPAddress(192, 168, 1, 1);
const IPAddress WIFI_MASK = IPAddress(255, 255, 255, 0);
const char* HOSTNAME = "spot";    // spot.local

グローバルオブジェクトの宣言

49-50行目では、グローバルオブジェクトを宣言しています。

AsyncWebServer server(80);
AsyncEventSource events("/events");

関数プロトタイプの宣言

53-57行目では、関数プロトタイプを宣言しています。

uint16_t createUidFromMac();
String createJsonFrom(const ParsedAppTwelitePacket& packet);
String createJsonFrom(const ParsedAppAriaPacket& packet);
String createJsonFrom(const ParsedAppCuePacket& packet);
String createJsonFrom(const BarePacket& packet);

TWELITE の設定

66-71行目では、Twelite.begin() を呼び出し、TWELITE SPOT に搭載された TWELITE 親機の設定と起動を行っています。

    Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, ESP_RXD1, ESP_TXD1);
    if (Twelite.begin(Serial2,
                      LED, TWE_RST, TWE_PRG,
                      TWE_CH, TWE_APPID, TWE_RETRY, TWE_POWER)) {
        Serial.println("Started TWELITE.");
    }

App_Twelite：イベントハンドラの登録

73-80行目では、Twelite.on() <ParsedAppTwelitePacket> を呼び出し、超簡単！標準アプリの子機からのパケットを受信した際に行う処理を登録しています。

Twelite.on([](const ParsedAppTwelitePacket& packet) {
    Serial.println("Received a packet from App_Twelite");
    String jsonStr = createJsonFrom(packet);
    if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
        events.send(jsonStr.c_str(), "data_app_twelite", millis());
    }
    events.send("parsed_app_twelite", "data_parsing_result", millis());
});

JSON 文字列の作成

75行目では、受信したデータからJSON 文字列を生成しています。

String jsonStr = createJsonFrom(packet);

受信したデータをWeb ページに表示するにはクライアント側の JavaScript にデータを送る必要がありますが、このとき文字列データのほうが扱いやすいため、JSON 文字列としています。

Web ページへのイベント送信

76-78行目では、生成した JSON 文字列を “Signal Viewer” ページへ送信しています。

if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
    events.send(jsonStr.c_str(), "data_app_twelite", millis());
}

イベント名は data_app_twelite です。

79行目では、App_Twelite からのパケットを受信したことを “Serial Viewer” ページへ送信しています。

events.send("parsed_app_twelite", "data_parsing_result", millis());

App_ARIA：イベントハンドラの登録

82-92行目では、Twelite.on() <ParsedAppAriaPacket> を呼び出し、アリアアプリ（TWELITE ARIA モード）の子機からのパケットを受信した際に行う処理を登録しています。

Twelite.on([](const ParsedAppAriaPacket& packet) {
        Serial.println("Received a packet from App_ARIA");
        static uint32_t firstSourceSerialId = packet.u32SourceSerialId;
        if (packet.u32SourceSerialId == firstSourceSerialId) {
            String jsonStr = createJsonFrom(packet);
            if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
                events.send(jsonStr.c_str(), "data_app_aria_twelite_aria_mode", millis());
            }
        }
        events.send("parsed_app_aria_twelite_aria_mode", "data_parsing_result", millis());
    });

対象の絞り込み

84-85行目では、処理の対象を 最初に受信した子機 に限定しています。

static uint32_t firstSourceSerialId = packet.u32SourceSerialId;
if (packet.u32SourceSerialId == firstSourceSerialId) {

こうしておかないと、複数の子機があった際にグラフの一貫性が失われてしまうからです。

JSON 文字列の作成

86行目では、受信したデータからJSON 文字列を生成しています。

String jsonStr = createJsonFrom(packet);

Web ページへのイベント送信

87-89行目では、生成した JSON 文字列を “ARIA Viewer” ページへ送信しています。

if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
    events.send(jsonStr.c_str(), "data_app_aria_twelite_aria_mode", millis());
}

イベント名は data_app_aria_twelite_aria_mode です。

91行目では、App_Twelite からのパケットを受信したことを “Serial Viewer” ページへ送信しています。

events.send("parsed_app_aria_twelite_aria_mode", "data_parsing_result", millis());

App_CUE：イベントハンドラの登録

94-104行目では、Twelite.on() <ParsedAppCuePacket> を呼び出し、キューアプリ（TWELITE CUE モード）の子機からのパケットを受信した際に行う処理を登録しています。

Twelite.on([](const ParsedAppCuePacket& packet) {
    Serial.println("Received a packet from App_CUE");
    static uint32_t firstSourceSerialId = packet.u32SourceSerialId;
    if (packet.u32SourceSerialId == firstSourceSerialId) {
        String jsonStr = createJsonFrom(packet);
        if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
            events.send(jsonStr.c_str(), "data_app_cue_twelite_cue_mode", millis());
        }
    }
    events.send("parsed_app_cue_twelite_cue_mode", "data_parsing_result", millis());
});

その他：イベントハンドラの登録

106-134行目では、その他のアプリの子機からのパケットを受信した際に行う処理を登録しています。

アリアアプリ等と同様に “Serial Viewer” へイベントを送信しています。

すべて：イベントハンドラの登録

136-142行目では、すべてのアプリの子機からのパケットを受信した際に行う処理を登録しています。

Twelite.on([](const BarePacket& packet) {
    String jsonStr = createJsonFrom(packet);
    if (not(jsonStr.length() <= 0)) {
        events.send(jsonStr.c_str(), "data_bare_packet", millis());
    }
    events.send("unparsed_bare_packet", "data_parsing_result", millis());
});

ここでも、“Serial Viewer” に対するパケットデータ文字列の送信を行っています。

OLED ディスプレイの設定

145-151行目では、OLED ディスプレイの設定を行っています。

    esp_log_level_set("i2c.master", ESP_LOG_NONE);
    Wire.begin();
    SeeedGrayOled.init(SSD1327);
    SeeedGrayOled.setNormalDisplay();
    SeeedGrayOled.setVerticalMode();
    SeeedGrayOled.setGrayLevel(0x0F);
    SeeedGrayOled.clearDisplay();

無線 LAN の設定

155-166行目では、無線 LAN の設定を行っています。

    WiFi.mode(WIFI_AP);
    esp_wifi_set_country(&WIFI_COUNTRY_JP);
    char uidCString[8];
    sprintf(uidCString, " (%02X)", createUidFromMac());
    char ssidCString[20];
    sprintf(ssidCString, "%s%s", WIFI_SSID_BASE, uidCString);
    if (not WiFi.softAP(ssidCString, WIFI_PASSWORD, WIFI_CH, false, 10)) {
      Serial.println("Failed to start AP");
    }
    delay(100);    // IMPORTANT: Waiting for SYSTEM_EVENT_AP_START
    WiFi.softAPConfig(WIFI_IP, WIFI_IP, WIFI_MASK);
    MDNS.begin(HOSTNAME);

ファイルシステムの設定

199行目では、LittleFS ファイルシステムを設定しています。

if (LittleFS.begin()) { Serial.println("Mounted file system."); }

フラッシュ領域内に書き込んだ HTML などのファイルをページとして取得することができるようになります。

Web サーバの設定

202-229行目では、Web サーバの設定を行っています。

GET リクエストのハンドリング

例えば、207-211行目 では /signal-viewer への GET リクエストに対して、LittleFS ファイルシステム上の /signal-viewer.html を返しています。

server.on("/signal-viewer", HTTP_GET,
          [](AsyncWebServerRequest* request) {
              Serial.println("HTTP_GET: signal-viewer.html");
              request->send(LittleFS, "/signal-viewer.html", "text/html");
          });

サーバの初期化

227-229行目では、ファイルシステム上のルートをサーバのルートとして設定したあと、イベントソースを登録してサーバを立ち上げています。

server.serveStatic("/", LittleFS, "/");
server.addHandler(&events);
server.begin();

TWELITE のデータの更新

235行目では、Twelite.update() を呼び出しています。

    Twelite.update();

Twelite.update() は、TWELITE 親機から送信されるパケットデータ（ModBus ASCII 形式）を順次1バイトずつ読み出す関数です。

Web ページ

Web ページに関しては、詳しい解説を行いません。重要なポイントに絞って解説します。

HTML：グリッドシステム

このサンプルの HTML では、Flexbox Grid を使っています（ソースファイルは data/css/flexboxgrid.min.css）。

下記のようにして Bootstrap に似た 12 分割のグリッドシステムを使用しています。

      <div class="col-xs-6 col-sm-6 col-md-5 col-lg-4">
        <div class="neumorphic inset dense row center-xs middle-xs">
          <div class="col-xs-12 col-sm-12 col-md-12 col-lg-12 npr npl">
            <img src="./images/logo-lands.svg" class="logo" />
          </div>
        </div>
      </div>

      <div class="col-xs-6 col-sm-6 col-md-7 col-lg-8">
        <div class="neumorphic inset dense row center-xs middle-xs">
          <div class="col-xs-12 col-sm-12 col-md-12 col-lg-12 nwp npr npl">
            <span class="medium bold">TWELITE SPOT</span>
          </div>
          <div class="col-xs-12 col-sm-12 col-md-12 col-lg-12 nwp npr npl">
            <span class="small bold">CUE Viewer</span>
          </div>
        </div>
      </div>

ここでは、ロゴを中心とした要素の幅を 6/12 、文字列を中心とした要素の幅を 6/12 、すなわち両者を等しい幅で一列に配置しています。また、文字列 TWELITE SPOT を中心とした要素と CUE Viewer を中心とした要素の幅はどちらも 12/12 、すなわち1行ずつ2行に分けて配置しています。

HTML：データ表示部

TWELITE 子機から受信したデータを表示する要素には、一意の ID を付与しています。

以下は TWELITE CUE から受信した X 軸加速度を表示する部分の抜粋です。

<div class="col-xs-4 nwp npr npl">
  <code class="medium"
        id="latest-accel-x">±--.--</code>
  <code class="small">G</code>
</div>

ここでは、ID として latest-accel-x を付与しています。この ID を使って、スクリプトから値を書き換えます。

JS：グローバル変数

4-8行目では、最新の加速度値を保存するためのグローバル変数を宣言しています。

let latest_accel = {
    x: 0.0,
    y: 0.0,
    z: 0.0
};

この値はグラフからも利用するため、実装を簡素にするためにグローバル変数を使用しています。

JS：グラフ設定

11-133行目では、グラフ描画ライブラリ Chart.js | Chart.js およびそのプラグイン chartjs-plugin-streaming の設定を行っています。

JS：ページ内容の更新

136-235行目の関数 processDataAppCueTweliteCueMode() は、スケッチから data_app_cue_twelite_cue_mode イベントを受信した際にページ内容を更新する関数です。

例えば、184-208行目では、TWELITE CUE の電源電圧に応じて電圧値と絵文字を更新しています。

if (data.vcc >= 3000) {
    document.getElementById("latest-vcc-icon").innerHTML = "🔋";
    document.getElementById("latest-vcc-data").innerHTML = `${(data.vcc / 1000.0).toFixed(2).toString().padStart(4)}`;
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("red");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("yellow");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.add("green");
} else if (data.vcc >= 2700) {
    document.getElementById("latest-vcc-icon").innerHTML = "🔋";
    document.getElementById("latest-vcc-data").innerHTML = `${(data.vcc / 1000.0).toFixed(2).toString().padStart(4)}`;
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("red");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("yellow");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("green");
} else if (data.vcc >= 2400) {
    document.getElementById("latest-vcc-icon").innerHTML = "🪫";
    document.getElementById("latest-vcc-data").innerHTML = `${(data.vcc / 1000.0).toFixed(2).toString().padStart(4)}`;
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("red");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.add("yellow");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("green");
} else {
    document.getElementById("latest-vcc-icon").innerHTML = "🪫";
    document.getElementById("latest-vcc-data").innerHTML = `${(data.vcc / 1000.0).toFixed(2).toString().padStart(4)}`;
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.add("red");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("yellow");
    document.getElementById("latest-vcc-data").classList.remove("green");
}

ここでは、電源電圧が 2700mV 未満に降下した際に絵文字を 🔋 から 🪫 に変えているほか、3000mV → 2700mV → 2400mV と電圧降下に従って電圧値の文字色を適用する CSS クラスを入れ替えています。

イベントリスナーの登録

254-257行目では、スケッチからのイベントを受信した際の処理を登録しています。

source.addEventListener("data_app_cue_twelite_cue_mode", (e) => {
    console.log("data_app_cue_twelite_cue_mode", e.data);
    processDataAppCueTweliteCueMode(JSON.parse(e.data));
}, false);

ここでは、スケッチより 受信したイベントメッセージから JSON 文字列を取り出し、パースしたデータを先ほどの関数 processDataAppCueTweliteCueMode() へ渡しています。

関連情報

Arduino

• 公式サイト：Arduino - Home
  • API リファレンス：Arduino Reference - Arduino Reference
  • コーディングスタイルガイド：Arduino Style Guide for Creating Libraries | Arduino Documentation
  • 公式 JSON ライブラリ：arduino-libraries/Arduino_JSON: Official JSON Library for Arduino

ESP32

• 製品情報：ESP32 Wi-Fi & Bluetooth MCU I Espressif Systems
  • データシート：esp32_datasheet_en.pdf
• Arduino 向けツールチェイン：espressif/arduino-esp32: Arduino core for the ESP32
  • スタートガイド：Getting Started — Arduino-ESP32 documentation
  • 導入方法：Installing — Arduino-ESP32 documentation
  • API リファレンス：Libraries — Arduino-ESP32 documentation
    • Wi-Fi API：Wi-Fi API — Arduino-ESP32 documentation
  • チュートリアル：Tutorials — Arduino-ESP32 documentation
  • トラブルシューティング：Troubleshooting — Arduino-ESP32 documentation

コミュニティ

ライブラリ

• 非同期 TCP：me-no-dev/AsyncTCP: Async TCP Library for ESP32
• 非同期 Web サーバ：me-no-dev/ESPAsyncWebServer: Async Web Server for ESP8266 and ESP32
• Seeed 96x96 / 128x128 OLED：Seeed-Studio/OLED_Display_96X96: Seeed OLED Display 96*96 library

プラグイン

• ファイル書き込み：me-no-dev/arduino-esp32fs-plugin: Arduino plugin for uploading files to ESP32 file system
• スタックトレース：me-no-dev/EspExceptionDecoder: Exception Stack Trace Decoder for ESP8266 and ESP32

Web関連

ECMAScript (JavaScript)

• API リファレンス：開発者向けのウェブ技術 | MDN
• ES2016以降のバージョン別互換性リスト：ECMAScript 2016+ compatibility table

コミュニティ

• CSS
  • Web カラーとその配色例：世界の伝統色 洋色大辞典 - Traditional Colors of World
  • Bootstrap のようなグリッドシステム：Flexbox Grid
  • ニューモーフィズムな CSS ジェネレータ：Neumorphism/Soft UI CSS shadow generator
• ECMAScript
  • グラフ描画：Chart.js | Chart.js
    • リアルタイムストリーミングプラグイン：はじめに | chartjs-plugin-streaming
  • 時計と時刻：Luxon Home