あさがおIoT観察日記⑭：RaspberryPiからArduinoに指示を出す①【大人の自由研究】

https://symamone-tec.com/asagao_iot_mamote

ここのところ取り組んでいる、「あさがおIoT観察日記」について、まとめの記事を作っておくことにしました。各個別の記事の先頭に乗せているリンクもすべてこのページだけに順次変えていきます。というのも、各記事の先頭でこれまでの記事へのリンクを貼ってたんですが、記事が増えてきたのでリンクがひたすら続いて本文が全然見えなくなってました。タイトルが長くてリンクカードに収まっていないものもあるので、補足しておきます。アイデアスケッチArduinoにセンサをつなぐ温度・湿度センサ「DHT11」をArduinoに接続します。⇩...

前回まで／次回以降の取り組みはこちらから。

Raspberry Pi側のアプリを作りこんでいきます。

もくじ [hide]

今回の完成図
- LED制御GUIの役割
Arduinoスケッチ
pythonプログラム

今回の完成図

こんな感じ。

全画面表示にして、LED照明のコントロール用のGUIを配置して、時刻としきい値による制御を実装しました。

LED制御GUIの役割

こんな風に役割と使い方を考えました。

照明は一晩点けておく予定です。
プログラムでの処理を簡単にするために、日付変更前後で分けて設定するようにして設定時刻を2セット設けます。

上の図の場合だと時刻設定1が「0:00～6:00」、時刻設定2が「18:00～23:59」になります。

Raspberry PiからArduinoに時刻に応じた指令とLEDを点灯させる照度のしきい値を送り、Arduinoはその指示・しきい値と照度センサの明るさをもとにLEDのON/OFFをコントロールします。

まだArduinoとの通信部分を作っている途中なので、画面上の「LED制御中」の部分の色が時刻に合わせて変わるだけです。

ちなみにこの部分、このまま流用して水やり制御プログラムも作る予定です。

Arduinoスケッチ

しきい値を送信するためのテストスケッチが含まれています。
コメントは「ライトの制御に対応」ですが、まだ対応してません…。

// あさがおIoT観察日記 Arduino側プログラム
// 2020.05.21 V0.0.1 DHT11による温度・湿度取得(DHT11サンプルスケッチより作成)
//            V0.0.2 BME280気圧取得(BME280サンプルスケッチより作成)
// 2020.05.23 V0.0.3 TEMT6000による照度取得
// 2020.05.24 V0.0.4 KeyStudio製センサで土の水分量取得
// 2020.06.02 V0.0.5 RaspberryPi側通信制御開発のため、一度シリアル送信するのを照度データだけに変更
//                   今後の準備としてLED照明、ポンプ、水切れセンサ、ボタンSWに関する制御パートを追加
// 2020.06.06 V0.0.6 センサの数値をすべてシリアル送信するように変更
//                   データ「d」をシリアルで受信したらセンサデータを送信する
// 2020.06.08 V0.0.7 LEDガーデンライトの制御に対応

boolean l = false;

#define LED_pin 13
#define pump_pin 12
#define SW_B_pin 11
#define SW_R_pin 10
#define sensor_tank   2
#define sensor_water  1
#define sensor_bright 0

#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <DHT.h>
#include <DHT_U.h>
#define DHTPIN 2          // Digital pin connected to the DHT sensor 
#define DHTTYPE DHT11     // DHT 11
DHT_Unified dht(DHTPIN, DHTTYPE);

#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_BME280.h>
#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)
Adafruit_BME280 bme; // I2C

uint32_t delayMS;
int Alt = 120;

void serial_send(double temp,double humid,double pres_0,int bright,int water,int tank){
  Serial.println(temp);
  Serial.println(humid);
  Serial.println(pres_0);
  Serial.println(bright);
  Serial.println(water);
  Serial.println(tank);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_pin, OUTPUT);
  pinMode(pump_pin,OUTPUT);
  pinMode(SW_B_pin,INPUT_PULLUP);
  pinMode(SW_R_pin,INPUT_PULLUP);
  dht.begin();
  delayMS = 100;
  bme.begin(0x76);
}

void loop() {
  double temp;
  double temp_0;
  double humid;
  double pres;
  double pres_0;
  int bright;
  int water;
  int tank;
  
  sensors_event_t event;

  //温度取得
  dht.temperature().getEvent(&event);
  if (!isnan(event.temperature)) {
    temp = event.temperature;
  }
  
  //湿度取得
  dht.humidity().getEvent(&event);
  if (!isnan(event.relative_humidity)) {
    humid = event.relative_humidity;
  }

  //気圧取得
  pres = bme.readPressure() / 100;
  pres_0 = pres/(pow((1-((0.0065*Alt)/(bme.readTemperature()+0.0065*Alt+273.15))),5.257));  //海面更生

  //照度取得
  bright = analogRead(sensor_bright);

  //水分量取得
  water = analogRead(sensor_water);

  //水やり判断
  tank = analogRead(sensor_tank);

  //シリアル送信
  if(Serial.available()>=4){
    //しきい値受信用行列
    char th[] = {0,0,0};
    char val = Serial.read();
    th[0]= int(Serial.read())-48;
    th[1]= int(Serial.read())-48;
    th[2]= int(Serial.read())-48;

    //しきい値計算
    int th_lebel = 100*th[0] + 10*th[1] + 1*th[2];

    if(val=='d'){
      l = !l;
      digitalWrite(LED_pin,l);
      serial_send(temp,humid,pres_0,bright,water,tank);
      Serial.println(th_lebel);
    }
  }
}

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// あさがおIoT観察日記 Arduino側プログラム

// 2020.05.21 V0.0.1 DHT11による温度・湿度取得(DHT11サンプルスケッチより作成)

// V0.0.2 BME280気圧取得(BME280サンプルスケッチより作成)

// 2020.05.23 V0.0.3 TEMT6000による照度取得

// 2020.05.24 V0.0.4 KeyStudio製センサで土の水分量取得

// 2020.06.02 V0.0.5 RaspberryPi側通信制御開発のため、一度シリアル送信するのを照度データだけに変更

// 今後の準備としてLED照明、ポンプ、水切れセンサ、ボタンSWに関する制御パートを追加

// 2020.06.06 V0.0.6 センサの数値をすべてシリアル送信するように変更

// データ「d」をシリアルで受信したらセンサデータを送信する

// 2020.06.08 V0.0.7 LEDガーデンライトの制御に対応

boolean l = false;

#define LED_pin 13

#define pump_pin 12

#define SW_B_pin 11

#define SW_R_pin 10

#define sensor_tank 2

#define sensor_water 1

#define sensor_bright 0

#include <Adafruit_Sensor.h>

#include <DHT.h>

#include <DHT_U.h>

#define DHTPIN 2 // Digital pin connected to the DHT sensor

#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11

DHT_Unified dht(DHTPIN, DHTTYPE);

#include <Wire.h>

#include <SPI.h>

#include <Adafruit_BME280.h>

#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)

Adafruit_BME280 bme; // I2C

uint32_t delayMS;

int Alt = 120;

void serial_send(double temp,double humid,double pres_0,int bright,int water,int tank){

Serial.println(temp);

Serial.println(humid);

Serial.println(pres_0);

Serial.println(bright);

Serial.println(water);

Serial.println(tank);

}

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(LED_pin, OUTPUT);

pinMode(pump_pin,OUTPUT);

pinMode(SW_B_pin,INPUT_PULLUP);

pinMode(SW_R_pin,INPUT_PULLUP);

dht.begin();

delayMS = 100;

bme.begin(0x76);

}

void loop() {

double temp;

double temp_0;

double humid;

double pres;

double pres_0;

int bright;

int water;

int tank;

sensors_event_t event;

//温度取得

dht.temperature().getEvent(&event);

if (!isnan(event.temperature)) {

temp = event.temperature;

}

//湿度取得

dht.humidity().getEvent(&event);

if (!isnan(event.relative_humidity)) {

humid = event.relative_humidity;

}

//気圧取得

pres = bme.readPressure() / 100;

pres_0 = pres/(pow((1-((0.0065*Alt)/(bme.readTemperature()+0.0065*Alt+273.15))),5.257)); //海面更生

//照度取得

bright = analogRead(sensor_bright);

//水分量取得

water = analogRead(sensor_water);

//水やり判断

tank = analogRead(sensor_tank);

//シリアル送信

if(Serial.available()>=4){

//しきい値受信用行列

char th[] = {0,0,0};

char val = Serial.read();

th[0]= int(Serial.read())-48;

th[1]= int(Serial.read())-48;

th[2]= int(Serial.read())-48;

//しきい値計算

int th_lebel = 100*th[0] + 10*th[1] + 1*th[2];

if(val=='d'){

l = !l;

digitalWrite(LED_pin,l);

serial_send(temp,humid,pres_0,bright,water,tank);

Serial.println(th_lebel);

}

前回、センサデータの先頭に「d」という1文字を送ることで、Arduinoがデータの先頭を判断できるようにしました。

照明や水やりの指示を送る時はこの部分を別の文字に変えて、続けてしきい値を送る心づもりです。

pythonプログラム

バージョン番号が飛んでますが、Arduinoのスケッチと合わせることにしました。

from PyQt5.QtWidgets import QApplication
from ui.mainwindow_0_0_7 import MainWindow
from PyQt5.QtCore import *
import time
import datetime
import serial

serialport = "/dev/ttyACM0"

class SerialCom:
    def __init__(self, serialport):
        self.sc = serial.Serial(serialport,9600)
        time.sleep(3)
    
    def data_read(self):
        rc_data = self.sc.readline()
        return rc_data
        
    def start_com(self):
        self.sc.write(b'd')
        self.sc.write(b'0')
        self.sc.write(b'6')
        self.sc.write(b'6')
        
    def close(self):
        self.sc.close()

def refresh_time():
    #時刻更新
    now = datetime.datetime.now()
    ct = "現在時刻：" + now.strftime('%Y/%m/%d %H:%M:%S')
    ui.labeltime.setText(ct)
    
    #LED制御
    n = now.time()
    LED_TH = 999
    #時刻制御１
    cb_t1 = ui.checkBoxLightTime1.checkState()
    t = ui.timeEditLedStart1.time()
    LedStartTime1 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)
    t = ui.timeEditLedEnd1.time()
    LedEndTime1 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)
 
   #時刻制御2
    cb_t2 = ui.checkBoxLightTime2.checkState()
    t = ui.timeEditLedStart2.time()
    LedStartTime2 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)
    t = ui.timeEditLedEnd2.time()
    LedEndTime2 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)
 
    if((cb_t1>0 and LedStartTime1<n<LedEndTime1) or (cb_t2>0 and LedStartTime2<n<LedEndTime2)):
        ui.progressBarLight.setValue(100)
        if(ui.checkBoxLightTh.checkState()):
            LED_TH = ui.spinBoxLed.value()
        else:
            LED_TH = 999
        ui.labelLight.setText(str(LED_TH))
    else:
        ui.progressBarLight.setValue(0)

def refresh_sensor():
    myserial.start_com()

    #温度更新
    temp = myserial.data_read()
    ui.labeltemp.setText("気温：\t" + str("{0:.2f}".format(float(temp))) + " [℃]")
  
    #湿度更新
    humid = myserial.data_read()
    ui.labelhumid.setText("湿度：\t" + str("{0:.2f}".format(float(humid)))+ " [％]")
    
    #気圧更新
    press = myserial.data_read()
    ui.labelpress.setText("大気圧：" + str("{0:.2f}".format(float(press))) + " [hPa]" )
    
    #照度更新
    bright = myserial.data_read()
    ui.labelbright.setText("照度：\t" + str("{0:4}".format(int(bright))) + "[Lx]")
    
   #水分量更新
    water= myserial.data_read()
    ui.labelwater.setText( "水分量：\t"  + str("{0:4}".format(int(water))))
    
   #水タンク満水検知
    tank= myserial.data_read()
    ui.labeltank.setText("タンク内水検知："  + str("{0:4}".format(int(tank))))

    #LEDライトしきい値送信
    light = myserial.data_read()
    #ui.labelLight.setText(str("{000:}".format(int(light))))
    
if __name__=="__main__":
    import sys
    app = QApplication(sys.argv)
    ui = MainWindow()
    ui.showFullScreen()
    myserial = SerialCom(serialport)
    
    timer1 = QTimer()
    timer1.timeout.connect(refresh_time)
    timer1.start(100)
    
    timer2 = QTimer()
    timer2.timeout.connect(refresh_sensor)
    timer2.start(1000)
    
    ui.show()
    sys.exit(app.exec_())

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from PyQt5.QtWidgets import QApplication

from ui.mainwindow_0_0_7 import MainWindow

from PyQt5.QtCore import *

import time

import datetime

import serial

serialport = "/dev/ttyACM0"

class SerialCom:

def __init__(self, serialport):

self.sc = serial.Serial(serialport,9600)

time.sleep(3)

def data_read(self):

rc_data = self.sc.readline()

return rc_data

def start_com(self):

self.sc.write(b'd')

self.sc.write(b'0')

self.sc.write(b'6')

def close(self):

self.sc.close()

def refresh_time():

#時刻更新

now = datetime.datetime.now()

ct = "現在時刻：" + now.strftime('%Y/%m/%d %H:%M:%S')

ui.labeltime.setText(ct)

#LED制御

n = now.time()

LED_TH = 999

#時刻制御１

cb_t1 = ui.checkBoxLightTime1.checkState()

t = ui.timeEditLedStart1.time()

LedStartTime1 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)

t = ui.timeEditLedEnd1.time()

LedEndTime1 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)

#時刻制御2

cb_t2 = ui.checkBoxLightTime2.checkState()

t = ui.timeEditLedStart2.time()

LedStartTime2 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)

t = ui.timeEditLedEnd2.time()

LedEndTime2 = datetime.time(t.hour(), t.minute(), 0)

if((cb_t1>0 and LedStartTime1<n<LedEndTime1) or (cb_t2>0 and LedStartTime2<n<LedEndTime2)):

ui.progressBarLight.setValue(100)

if(ui.checkBoxLightTh.checkState()):

LED_TH = ui.spinBoxLed.value()

else:

LED_TH = 999

ui.labelLight.setText(str(LED_TH))

else:

ui.progressBarLight.setValue(0)

def refresh_sensor():

myserial.start_com()

#温度更新

temp = myserial.data_read()

ui.labeltemp.setText("気温：\t" + str("{0:.2f}".format(float(temp))) + " [℃]")

#湿度更新

humid = myserial.data_read()

ui.labelhumid.setText("湿度：\t" + str("{0:.2f}".format(float(humid)))+ " [％]")

#気圧更新

press = myserial.data_read()

ui.labelpress.setText("大気圧：" + str("{0:.2f}".format(float(press))) + " [hPa]" )

#照度更新

bright = myserial.data_read()

ui.labelbright.setText("照度：\t" + str("{0:4}".format(int(bright))) + "[Lx]")

#水分量更新

water= myserial.data_read()

ui.labelwater.setText( "水分量：\t" + str("{0:4}".format(int(water))))

#水タンク満水検知

tank= myserial.data_read()

ui.labeltank.setText("タンク内水検知：" + str("{0:4}".format(int(tank))))

#LEDライトしきい値送信

light = myserial.data_read()

#ui.labelLight.setText(str("{000:}".format(int(light))))

if __name__=="__main__":

import sys

app = QApplication(sys.argv)

ui = MainWindow()

ui.showFullScreen()

myserial = SerialCom(serialport)

timer1 = QTimer()

timer1.timeout.connect(refresh_time)

timer1.start(100)

timer2 = QTimer()

timer2.timeout.connect(refresh_sensor)

timer2.start(1000)

ui.show()

sys.exit(app.exec_())

# -*- coding: utf-8 -*-

"""
Module implementing MainWindow.
"""

from PyQt5.QtCore import pyqtSlot
from PyQt5.QtWidgets import QMainWindow

from .Ui_mainwindow_0_0_7 import Ui_MainWindow


class MainWindow(QMainWindow, Ui_MainWindow):
    """
    Class documentation goes here.
    """
    def __init__(self, parent=None):
        """
        Constructor
        
        @param parent reference to the parent widget
        @type QWidget
        """
        super(MainWindow, self).__init__(parent)
        self.setupUi(self)
    
    @pyqtSlot()
    def on_pushButtonLed_clicked(self):
        """
        Slot documentation goes here.
        """
        # TODO: not implemented yet
        raise NotImplementedError

# -*- coding: utf-8 -*-

"""

Module implementing MainWindow.

"""

from PyQt5.QtCore import pyqtSlot

from PyQt5.QtWidgets import QMainWindow

from .Ui_mainwindow_0_0_7 import Ui_MainWindow

class MainWindow(QMainWindow, Ui_MainWindow):

"""

Class documentation goes here.

"""

def __init__(self, parent=None):

"""

Constructor

@param parent reference to the parent widget

@type QWidget

"""

super(MainWindow, self).__init__(parent)

self.setupUi(self)

@pyqtSlot()

def on_pushButtonLed_clicked(self):

"""

Slot documentation goes here.

"""

# TODO: not implemented yet

raise NotImplementedError

チェックボックスやスピンボックスの状態を読んだり、プログレスバーを操作したり、だいぶGUIアプリケーションっぽいこと増えてきました。

PyQt5の使い方を都度ググって作っていっているんですが、なかなか思ったような情報に行きつけずに難儀しております。

まだまだ続きます。

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