ThingSpeak によるグラフ表示

ソースコードの入手

GitHub リポジトリ monowireless/spot-thingspeak から入手できます。

システムの概要

spot-thingspeak サンプルは、TWELITE ARIA から受信したデータを HTTP GET リクエストとして ThingSpeak のサーバへ送信し、グラフとして表示できるようにします。

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）
• 磁気・温度・湿度センサー無線タグ TWELITE ARIA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
• 💻 開発用コンピュータ

環境整備

ThingSpeak の設定

1. ThingSpeak のサイトへアクセスし、MathWorks のアカウントを作成します
2. “Channel” を作成し、次のように設定します。

3. “API Keys” タブにある、16文字の “Write API key” を控えておきます

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。

プロジェクトファイルの入手

1. GitHub (monowireless/spot-thingspeak) 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-thingspeak-main から spot-thingspeak 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-thingspeak フォルダを配置します

ユーザ設定の変更

Arduino IDE 上部のタブから config.h を開き、Wi-Fi の SSID と パスワードを設定してください。WPA2-PSK ネットワークを想定しています。

また、先ほど控えた 16文字の “Write API key” についても設定してください。必要に応じて、ルート証明書も書き換えてください。

プロジェクトファイルの書き込み

ESP32 へのスケッチの書き込み方法 をご覧ください。

TWELITE ARIA の設定と起動

1. TWELITE ARIA の設定を変更し、TWELITE ARIA モードの送信間隔を30秒以上（例：60秒）とします（サーバへの過負荷を避けるため）
2. CR2032 電池を投入し、TWELITE ARIA を起動します

スケッチ

Arduino スケッチ spot-thingspeak.ino および config.h 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

5-7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 <WiFiClientSecure.h>
#include <WiFi.h>

MWings ライブラリ

13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>

ユーザ設定の定義

16行目では、config.h をインクルードしています。

#include "config.h"

データ型の定義

19-26行目では、子機から受信したデータを保管しておく構造体の型を定義しています。

struct DataFromAria {
    uint32_t serialId;
    uint8_t logicalId;
    uint16_t supplyVoltage;
    uint8_t linkQuality;
    int16_t temp100x;
    uint16_t humid100x;
};

ここでは、TWELITE ARIA を使用します。

config.h

再起動間隔の定義

config.h の4行目では、ESP32 の再起動間隔を指定しています。

const uint32_t REBOOT_INTERVAL = 21600; // seconds

ここでは、21600秒=6時間としています。

TWELITE 設定の定義

config.h の7-8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;

Wi-Fi 設定の定義

config.h の11-12行目では、TWELITE SPOT に搭載された ESP32 に適用するWi-Fi 設定を定義しています。

const char* WIFI_SSID = "YOUR SSID";
const char* WIFI_PASSWORD = "YOUR PASSWORD";

ThingSpeak の Write API key

config.h の15行目では、ThingSpeak の “Channel” の “Field” へデータを追加するために必要な “Write API key” を定義しています。

ルート証明書

config.h の18-41行目では、Google Chrome を使って api.thingspeak.com から取得したルート証明書の中身を記述しています。必要に応じて書き換えてください。

const char *CA_CERT = R"(
-----BEGIN CERTIFICATE-----
中略
-----END CERTIFICATE-----
)";

ホストの設定

config.h の43-44行目では、ホストの設定を定義しています。

const char *SERVER_HOST = "api.thingspeak.com";
const uint16_t SERVER_PORT = 443;

各種定数の定義

config.h の46行目からは、各種定数を定義しています。

const int QUERIES_MAX_LENGTH = 128;         // bytes (without \0)
const int32_t CONNECT_TIMEOUT = 10;     // seconds
const uint32_t RECONNECT_MIN_INTERVAL = 5; // seconds
// According to thingspeck free limitations, SEND_MIN_INTERVAL is set for 20s.
const uint32_t SEND_MIN_INTERVAL = 20; // seconds
const uint32_t REQUEST_TIMEOUT = 10;   // seconds

ピン番号の定義

spot-thingspeak.ino の29-34行目では、ピン番号を定義しています。

static const int RST_PIN = 5;
static const int PRG_PIN = 4;
static const int LED_PIN = 18;

static const int8_t RX1_PIN = 16;
static const int8_t TX1_PIN = 17;

グローバルオブジェクトの宣言

37行目では、グローバルオブジェクトを宣言しています。

static WiFiClientSecure client;

グローバル変数の宣言

40-41行目では、グローバル変数を宣言しています。

static DataFromAria LatestDataFromAria;
static bool IsThereNewDataFromAria;

関数プロトタイプの宣言

44-54行目では、関数プロトタイプを宣言しています。

void anotherLoopForTWELITE();

void initTWELITE();
void initWiFi();

void onAppAriaPacket(const ParsedAppAriaPacket& packet);

void sendAriaData(const DataFromAria& data)

setup()

57-74行目では、全体の初期化を行います。

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    initTWELITE();
    initWiFi();

    // Attach another loop function for TWELITE
    // Note: Core 0 is also used for the WiFi task, which priority is 19 (ESP_TASKD_EVENT_PRIO - 1)
    xTaskCreatePinnedToCore(
        [](void *params) {
            while (true) {
                anotherLoopForTWELITE();
                vTaskDelay(1); // IMPORTANT for Watchdog
            }
        },
        "Task for anotherLoopForTWELITE()", 8192, nullptr, 18, nullptr,
        0); // Priority is 18 (lower than WiFi)
}

xTaskCreatePinnedToCore() により、loop() とは別のタスクを登録しています。

下記の部分はキャプチャのない無名関数です。不要なグローバル空間の汚染を避けることができます。

        [](void *params) {
            while (true) {
                anotherLoopForTWELITE();
                vTaskDelay(1); // IMPORTANT for Watchdog
            }
        },

loop()

77-99行目は、主となるループ処理です。

HTTP リクエストの処理、Wi-Fi 切断時の再接続処理、定期リセットの処理を行います。

void loop() {
    static uint32_t lastTimeReconnected = 0;
    if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
        // Regular operations
        // Check for new data
        if (IsThereNewDataFromAria) {
            IsThereNewDataFromAria = false; // Clear first; data is updated on another thread
            DataFromAria data = LatestDataFromAria; // Now, the buffer is open for incoming data
            sendAriaData(data);
        }
    } else if (millis() - lastTimeReconnected > RECONNECT_MIN_INTERVAL * 1000) {
        // Lost connection, reconnect periodically
        Serial.println("Disconnected. Reconnecting to WiFi...");
        WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
        lastTimeReconnected = millis();
    }

    // Reboot every x interval
    if (millis() > REBOOT_INTERVAL * 1000) {
        Serial.println("Rebooting...");
        ESP.restart();
    }
}

anotherLoopForTWELITE()

102-104行目は、TWELITE のためのループ処理です。

データの受信と解釈を逐次行うため、ブロッキング処理を含む loop() とは別のタスクとしています。

void anotherLoopForTWELITE() {
    Twelite.update();
}

initTWELITE()

107-114行目は、TWELITE の初期化処理です。

TWELITE SPOT に搭載された TWELITE を指定された設定で起動し、パケット受信時のコールバック関数を登録しています。

void initTWELITE() {
    Serial2.begin(115200);
    if (Twelite.begin(Serial2, LED_PIN, RST_PIN, PRG_PIN, TWE_CHANNEL, TWE_APP_ID)) {
        Serial.println("Started TWELITE.");
    }
    // Attach event handlers to process packets
    Twelite.on(onAppAriaPacket);
}

initWiFi()

117-144行目は、Wi-Fi の初期化処理です。

接続されない場合は、5秒置きに再接続を試みます。

void initWiFi() {
    Serial.print("\nConnecting to the WiFi network ");
    Serial.print(WIFI_SSID);
    Serial.println("...");

    // Begin
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.setAutoReconnect(true);
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

    // Wait for connection
    Serial.print("Connecting.");
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        static int count = 0;
        Serial.print('.');
        delay(500);
        // Retry every 5 seconds
        if (count++ % 10 == 0) {
            WiFi.disconnect();
            WiFi.reconnect();
            Serial.print('!');
        }
    }
    Serial.println("\nConnected!");

    // Set Root CA certificate
    client.setCACert(CA_CERT);
}

onAppAriaPacket()

147-157行目には、TWELITE ARIA からデータを受信した際の処理を記述しています。

ここでは HTTP の送信処理を行わず、グローバル変数へセットしています。 グローバル変数へセットしたデータは、別のタスクで sendAriaData() によって処理します。

void onAppAriaPacket(const ParsedAppAriaPacket& packet)
{
    // Store data
    LatestDataFromAria.serialId = packet.u32SourceSerialId;
    LatestDataFromAria.logicalId = packet.u8SourceLogicalId;
    LatestDataFromAria.supplyVoltage = packet.u16SupplyVoltage;
    LatestDataFromAria.linkQuality = packet.u8Lqi;
    LatestDataFromAria.temp100x = packet.i16Temp100x;
    LatestDataFromAria.humid100x = packet.u16Humid100x;
    IsThereNewDataFromAria = true;
}

sendAriaData()

160-220行目は、TWELITE ARIA のデータを HTTP GET リクエストのクエリ文字列にセットして送信する関数です。

サーバへの過度な負荷を防ぐため、高頻度でパケットが到着した際には送信をスキップしています。

void sendAriaData(const DataFromAria& data)
{
    static uint32_t lastTimeRequested = 0;
    if (millis() - lastTimeRequested > SEND_MIN_INTERVAL * 1000 or lastTimeRequested == 0) {
        Serial.println("Connecting to the server...");
        if (not client.connect(SERVER_HOST, SERVER_PORT, CONNECT_TIMEOUT * 1000)) {
            Serial.println("Connection failed!");
        } else {
            Serial.println("Connected to the server!");

            // Make a query string for the Channel on the ThingSpeak
            char queries[QUERIES_MAX_LENGTH+1];
            snprintf(queries, sizeof(queries),
                     "api_key=%s&field1=%s&field2=%s&field3=%s&field4=%d",
                     // Write API key for the Channel
                     WRITE_API_KEY,
                     // Field 1: Temperature
                     String(data.temp100x / 100.0f, 2),
                     // Field 2: Humidity
                     String(data.humid100x / 100.0f, 2),
                     // Field 3: Supply Voltage
                     String(data.supplyVoltage / 1000.0f, 2),
                     // Field 4: Link Quality
                     data.linkQuality);

            // Send a request
            client.println(String("GET https://") +
                           SERVER_HOST +
                           String("/update?") +
                           queries +
                           String(" HTTP/1.1"));
            client.println("Accept: */*");
            client.println(String("Host: ") + SERVER_HOST);
            client.println("Connection: close");
            client.println();
            uint32_t timeSentRequest = millis();

            // Handle a response
            while (client.connected()) {
                String line = client.readStringUntil('\n');
                if (line == "\r") {
                    Serial.print("Index (if succeeded): ");
                    break;
                }
                if (millis() - timeSentRequest > REQUEST_TIMEOUT * 1000) {
                    Serial.println("Request was timed out");
                    break;
                }
            }
            while (client.available()) {
                char c = client.read();
                Serial.write(c);
            }
            client.stop();
            Serial.println("");
        }
        lastTimeRequested = millis();
    } else {
        Serial.println("Requests are too frequently; skip.");
    }
}