実験から量産までMicroPythonで動く! IoTセンサー Degu(デグー) を作った話

PyCon mini Sapporo 2019
@keimei

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1. 実験から量産までMicroPythonで動く! IoTセンサー Degu(デグー) を作った話 PyCon mini SAPPORO 2019 powered by Degu Project h ps://open-degu.com 1
2. ABOUT MYSELF 大澤啓明 (おおさわ ひろあき) / @keimei 株式会社アットマークテクノ -ソフトウェアエンジニア:2012- Langages: C, Python,JS,Shell Script Fun! : Linux Kernel, Zephyr OS, 3D Prin ng/Modeling h p://github.com/ohsawa 2
3. もくじ Degu(デグー)の紹介 センサーからクラウドまでデータを届ける仕組み AWSでの利用例 MicroPythonをポーティングする話 3
4. オープンソースプロジェクト 4
5. Degu デグー ? 齧歯目ヤママアラシ亜目デグー科 Octodon degus 集団行動する 鳴き声でコミュニケーションする 賢くて人になつく Osmák degu.jpg” by Trustseal is licensed under CC BY-SA 4.0 h ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osm%C3%A1k_degu.jpg 5
6. 賢いセンサーデバイスっぽい Osmák degu.jpg” by Trustseal is licensed under CC BY-SA 4.0 h ps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osm%C3%A1k_degu.jpg 6
7. Degu ベースボード 7
8. Degu ベースボード + センサー 8
9. Deguが実現するネットワーク 9
10. 広域通信可能なメッシュネットワーク規格 Thread®を採用 省電力 長距離通信も数でカバー メッシュは自動構築 ベースは実績あるIEEE802.15.4 10
11. ファームウェアも回路図も全部オープン 回路図: h ps://github.com/open-degu/hardware ファームウェア: h ps://github.com/open-degu/degu 11
12. それ PyConと何の関係あるの？ 12
13. MicroPython対応 PCと繋ぐとUSBメモリとして認識(FAT12) main.py を保存すると自動実行 main.py が無ければUSBコンソールでインタプリタも使える path = 'thing/' + zcoap.eui64() reported = {'state':{'reported':{}}} addr = zcoap.gw_addr() port = 5683 cli = zcoap.client((addr, port)) while True: reported['state']['reported']['message'] = 'OK' cli.request_post(path, ujson.dumps(reported)) time.sleep(5) cli.close() 13
14. MicroPython Python3系の組込み向け実装 h ps://micropython.org/ このあたりが話題？ 14
15. SampleCode (明るさセンサー) 前半:ADCからのデータ取得 from machine import ADC import zcoap import time import ujson def light_sensor(): ADC_REF = 0.6 ADC_RESOLUTION=4096 ain = ADC(0) raw = ain.read() v = (raw / ADC_RESOLUTION) * ADC_REF * 6 return v 15
16. SampleCode(明るさセンサー) 後半:データ送信 if __name__ == '__main__': path = 'thing/' + zcoap.eui64() reported = {'state':{'reported':{}}} addr = zcoap.gw_addr() port = 5683 cli = zcoap.client((addr, port)) while True: light = round(light_sensor(), 2) reported['state']['reported']['light'] = light cli.request_post(path, ujson.dumps(reported)) time.sleep(1) cli.close() 16
17. Grove センサー対応 seeed studioが開発、 販売しているセンサーモジュール（200種類以上!) 17
18. スターターキットも販売中 h ps://open-degu.com/products.html#purchase 18
19. カンタン接続 センサーに付属のケーブルで差し込むだけで接続完了 19
20. 対応するセンサーの例 これ、ぜんぶPythonで読めちゃいます。 温度、湿度、気圧 3軸加速度、ジャイロ 煙、ガス(CO2, 硫化物), アルコール カラーセンサー 光センサー 感圧センサー 角度(ボリュームつまみ) 20
21. 対応するセンサーの例 ... 電流 リレー(AC250Vをスイッチ) 振動センサー etc.. ブザー 汎用ネジ止めターミナル(アナログ、デジタル) 21
22. そのまま使えるサンプルコード main.pyとしてそのまま配置できます。 h ps://github.com/open-degu/micropython-sampple 22
23. ハードウェアスペック CPU : ARM Cortex-M4 64MHz RAM: 256KB, ROM:1MB (内ファームウェア440KB) これだけのスペックで実現できます FATファイルシステム、USB Mass Storage IP, UDP, CoAP, DTLS マルチプロセスなRTOS(Zephyr) MicroPython OpenThread(無線メッシュ制御）.... 23
24. クラウドとの接続の手順 ゲートウェイにAWSのアカウントのIAMを書いて QRコードを撮るだけ h ps://open-degu.github.io/user_manual 24
25. 登録後の使い方 25
26. AWS IoT ルールの追加 26
27. AWS IoT ルールの追加 27
28. AWSの表示と設定 28
29. AWS IoTへのルール設定 SELECT state.reported.battery as battery, state.reported.temp as temp,state.reported.pres as pres, state.reported.humid as humid, timestamp() as time FROM "$aws/things/degu-barometer2/shadow/update" MQTT経由でPublishされた下のJSONをSQLライクな構文でフィル タできる { "reported": { "message": "OK", "battery": 4.742719 } } 29
30. AWS IoTへのアクション設定 30
31. Elas cSearch->Kibanaでの表示 31
32. デモの様子 32
33. 照度とライトの連携 33
34. 気圧と温度の可視化 34
35. ファームウェアの構成 MicroPython ユーザースクリプト Zephyr OS OpenThread 通信ミドルウェア Zephyr Linux Founda onのRTOSプロジェクト OpenThread Google傘下のNestが公開しているオープンなメッシュ通信実装 下回りはIEEE802.15.4(Zigbeeと一緒) 35
36. MicroPython Project 「Zephyr OSに対応しています！」 Zephyr Project 「OpenThreadの通信に対応しています！」 36
37. MicroPython Project 「Zephyr OSに対応しています！」 Zephyr Project 「OpenThreadの通信に対応しています！」 Degu 「...あれ？3つくっつけるんですか？」 37
38. やること Zephyrのビルドシステムとの戦い Autotoolsの依存関係の調整 無駄な機能の削除(サイズ削減) 足りない機能の追加 MicroPythonのクラスモジュールを追加して ハードウェアにアクセスできるようにする 38
39. #import ADC するのために‥ まだまだ.. const mp_obj_type_t machine_adc_type = { { &mp_type_type }, .name = MP_QSTR_ADC, .print = machine_adc_print, .make_new = machine_adc_make_new, .locals_dict = (mp_obj_t)&machine_adc_locals_dict, }; mp_obj_t machine_adc_make_new(const mp_obj_type_t *type, size_t n_args, size_t n_kw, const mp_obj_t *args) { ... RAISE_ERRNO(adc_channel_setup(self->dev, self->cfg)); return (mp_obj_t)self; } 39
40. こちらでやっておきました。 40
41. これだけで電圧が測定できます。 from machine import ADC ain = ADC(0) 41
42. まとめ なぜセンサープラットフォームを作ったのか 相性問題や量産調達、クラウドまで動作確認するのは大変 自由なスクリプティングと小さなデバイス 簡単にコードを書いてほしいのでMicroPythonを選択= クラウドプラットフォームへの対応 AWS IoT Coreに標準対応 (Azure IoT Hub対応予定) 42
43. 有り難うございました！ 43