いろんな技術にふれたい

いろんな技術に触れたい

日頃色々触れた技術を自分なりにまとめておきたいと思ってます。難しいものほどブログ書く時間がかかるのが問題・・・

Dragino製 LoRaWAN GPS Trackerを試してみた&設定変更手順

TL;DR

How to configure LoRaWAN GPS Tracker (ABP to OTAA)?

というわけで、今回もLoRaWANネタです。

今回、Dragino製のLoRa GPS Trackerを試したみたので、そのメモを残して置きたいと思います。なお、検証は電波遮断シールド下で試しています。結果としては、上手く行かなかったので、マニュアル実行方法などについてまとめておこうと思います。

Dragino社はLoRaデバイスを代表に、様々なIoTデバイスを取り扱っている中国深センベンチャー企業で、そのドラゴンのアイコンが特徴です。

www.dragino.com

Dragino社が提供している商品は、メイカーがプロトタイプを作成したり、メーカーのPoC作成レベルでは非常に試しやすいのが特徴です。また、LoRaデバイスも従量課金制やレンタル製ではなく、完全に買い切りで使用でき、LoRaWANではなくLoRa無線だけを利用したいユーザーもDragino製のシールドやデバイスが向いていると思います。

日本ではOpenwave社が代表してDragino製品の技適を取得しており、既にLoRa Mini Dev JPやゲートウェイRaspberry Pi HATが利用できます。ただ、日本で利用できるものはまだ1チャネルのもののみなので、今後に期待しています。

www.openwave.co.jp

さて、昨年末、LoRaWAN GPS Trackerをある御方にお貸し頂いたのですが、2月までは修論や他のタスクで時間が取られてしまい、3月になって試してみたのですが、上手く位置情報が取れませんでした。今回は一応試してみたことについて残しておきます。

※LoRaWANやLoRa、TTN(The Things Network)については解説しません。

Dragino製 LoRaWAN GPS Tracker(LGT-92)について

現在、入手はAliExpress経由がいいかもしれないです。ただし、ヨーロッパの技適を取得しているものの、日本での技適取得はまだなので注意してください。

www.aliexpress.com

日本はAS923で動作しなければいけないので、ColorからAS923を選択すればOKです。

バンドについては以下参照。

EU433: Default frequency band EU433
CN470: Default frequency band CN470
EU868: Default frequency band EU868
IN865: Default frequency band IN865
KR920: Default frequency band KR920
AS923: Default frequency band AS923
AU915: Default frequency band AU915
US915: Default frequency band US915

Dragino製品としての名前はLGT-92です。

何ができるのか

The Dragino LoRaWAN GPS Tracker LGT-92 is an open source GPS tracker base on Ultra Low Power STM32L072 MCU and SX1276/1278 LoRa Module.

LGT-92 includes a low power GPS module L70 and 9-axis accelerometer for motion and attitude detection. The power for both of the GPS module and accelerometer can be controlled by MCU to achieve the best energy profile for different applications.

低消費電力で動作するGPSモジュールであり、その他にも9軸加速度センサを搭載しています。これらの値を定期的にLoRa無線で送信します。

公式のデータシートはこちら

www.dragino.com

使い方

まず、Dragino製品の紹介ページを確認してマニュアルを参照します。

www.dragino.com

ここの、以下にマニュアルが置いてあります。

www.dragino.com

まず、全体の動作概要はこんな感じです。

LGT92-Architecture

動作手順(マニュアルより)

  • Step1: LoRaWANサーバー上(今回はTTN: The Things Network)でOTAA関係の鍵を作成します。
  • Step2: LGT-92 LoRaWAN GPS Trackerのスイッチをオンにします。
  • Step3: 自動的にTTNネットワークへ参加後、定期的にサーバへ情報を送信します。

注意

デフォルトでは5分に一度メッセージの送信(=位置情報の送信)を行いますが、GPSを受信する際には緑色のLEDが点灯します。一度GPS情報を受信すると、バッテリ情報、GPS情報、X軸Y軸加速度を送信します。もし2分間GPSが受信できない場合には、GPS情報を0としてメッセージを送信します。

TTNへのデバイス登録

TTNでアプリケーションを作成後、デバイスを登録します。アプリケーションEUIは複数設定できるので、箱に同梱されていたアプリケーションEUIをTTNコンソール上から手動で追加します。

(ABPで利用する場合)デバイスを一度作成後、設定からアクティベーション方式をOTAAからABPへ変更します。EUI関係を箱に同梱されていたものに変更します。ただし、バイスアドレスは変更できないため、実際のデバイスの方の設定を、TTN上で生成したアドレスに変更する必要があります

送信メッセージのペイロードフォーマットについて

Size(bytes) 3 3 2 2 2
Value latitude longitude Battery X accel Y accel

Example:

□ Latitude: 06765f ⇒ if (0x06765f & 0x800000 = 0 ): value = 0x06765f /10000 = 42.3519

□ Longitude: F2960a ⇒ if (0xF2960a & 0x800000 = 1 ): value = (0xf2960a – 0x 1000000)/10000 -87.9094

□ BAT: Ex1: 0x0B45 ⇒ 3850mV

□ X: 04D2 = if (0x04D2 & 0x8000 = 0 ): value = 0x04D2 / 1000 = +1234 ⇒ +1.234G

□ Y: FB2E =if (0xFB2E & 0x8000 = 1 ): value =( 0xFB2E - 0x10000)/1000(dec) ⇒ -1.234G

TTNや、その他の視覚化サービスで情報を利用するにはJSON変換コードを書く必要があります。

ペイロード変換コードの例

以下はTTNでの変換例(マニュアル記載あり)

//The function is :
function Decoder(bytes, port) {
// Decode an uplink message from a buffer
// (array) of bytes to an object of fields.
var value=bytes[0]<<16 | bytes[1]<<8 | bytes[2];
    
if(bytes[0] & 0x80)
{
value |=0xFFFFFF000000;
}
var latitude=value/10000;//gps latitude
value=bytes[3]<<16 | bytes[4]<<8 | bytes[5];
if(bytes[3] & 0x80)
{
value |=0xFFFFFF000000;
}
var longitude=value/10000;//gps longitude
value=bytes[6]<<8 | bytes[7];
var batV=value/1000;//Battery,units:V
value=bytes[8]<<8 | bytes[9];
var roll=value/100;//
value=bytes[10]<<8 | bytes[11];
var pitch=value/100;
return {
 Latitude: latitude,
 Longitud: longitude,
 Roll: roll,
 Pitch:pitch,
 BatV:batV,
 };
}

AllThingsTalk Makerでの変換例(ABCL)

{
  "sense": [
    {
      "asset": "GPS",
      "value": {
        "type": "object",
        "propaties": {
          "latitude": {
            "type": "integer",
            "byte": 0,
            "bytelength": 3,
            "calculation": "(val / 10000)"
          },
          "longitude": {
            "type": "integer",
            "byte": 3,
            "bytelength": 3,
            "calculation": "(val / 10000)"
          },
          "altitude": {
            "type": "number"
          }
        }
      }
    },
    {
      "asset": "Battery",
      "value": {
        "type": "integer",
        "byte": 6,
        "bytelength": 2,
        "calculation": "(val / 1000)"
      }
    },
    {
      "asset": "Pitch",
      "value": {
        "type": "integer",
        "byte": 8,
        "bytelength": 2,
        "calculation": "(val / 100)"
      }
    },
    {
      "asset": "Roll",
      "value": {
        "type": "integer",
        "byte": 10,
        "bytelength": 2,
        "calculation": "(val / 100)"
      }
    }
  ]
}

基本的に計算方法が記載されているので、うまくリファレンス読みながら書けば問題ないはずです。

設定の変更方法(ABP→OTAA)

LoRaWANのノードのアクティベーション方式にはABP(Activation by Personalization)とOTAA(Over the air Activation)の2種類あります。

以下である程度詳しく解説しているので、必要に応じて参照してください。

www.rs-online.com

LoRaWAN GPS Trackerは非常にシンプルなつくりなので、OTAA方式で自動でアクティベーションされるのが理想です。よりセキュアに位置情報を送信できます。

デフォルトではOTAAで動作しますが、問題なのはLoRaゲートウェイがOTAAに対応しているかどうかです。1チャネルゲートウェイのDragino LG01, LG02, OLG01などではOTAAには対応していないので(パケットフォワーダがうまくやる例外はありますが)、ABPで利用できるようにしなければいけません(一方的にメッセージの送信を行うのでダウンリンクは関係ないため)。

まず、USB-TTLシリアルコンバータを買います。秋葉原のマルツで安く売ってたやつを買ってきました。

TTLSerialCable

LoRaWAN GPS TrackerにはMicroUSBケーブル接続口しかないので、それをTTLへ変換するケーブルが同梱されています。これをつかってこんな感じで繋ぎます。

黒:GND, 緑:RXD, 白:TXD

PinAssign

アクセスランプが点灯すればアクセスできます。LoRaWAN GPS Trackerの電源を入れるとアクセスランプが点灯するはずです。

Tracker&TTL

WindowsからはTeraTermputtyをつかってシリアルアクセスします。今回はMacなので、/dev/配下に見えます。cuコマンドなどでアクセスします。ボーレートは9600です。

アクセスすると以下のような出力があります。

$ cu -l /dev/tty.usb**** -s 9600

LGT-92 Device 
Image Version: V1.3 
Frequency Band: AS923 
DevEui= AB 4e 41 ee 01 81 ge 35 
Please set the parameters or reset Device to apply change 

ATコマンドで設定を変更します。詳しくはマニュアルに全て記載があるので、そちらを参照してください。今回はABPへの変更手順について説明します。「#」以降はコメントです。ATコマンドは見えないので出力とは異なります。

LGT-92 Device 
Image Version: V1.3 
Frequency Band: AS923 
DevEui= AB 4e 41 ee 01 81 ge 35 
Please set the parameters or reset Device to apply change 

(入力)AT+FDR      #工場出荷状態へ戻す
OK              #入力に不備がある場合はERRORと出力されます

(入力)AT+NJM=0    #ABPモードへ切り替える
OK

(入力)AT+ADR=0    #Adaptive Data Rateをオフにします
OK

(入力)AT+DR=2     #データレートを指定します。マニュアルでは5になっています。
OK

(入力)AT+TDC=300000 #送信間隔を指定します
OK

(入力)AT+CHS=923200000 #送信時の周波数を指定します
OK

(入力)AT+DADDR=** ** ** ** #デバイスアドレスを指定します。スペース込みです。
OK

(入力)ATZ     #MCUをリセットする
OK

LGT-92 Device 
Image Version: VI .3 
Frequency Band: AS923 
DevEui= A8 4B 41 ee el 81 9B 35 
JOINED

JOINEDが表示されれば、ABPへ切り替わったことが分かります(参加フェーズがパスされています)。

これで、メッセージの送信が以下のように行われれば成功です。

LGT-92 Device 
Image Version: V1.3 
Frequency Band: AS923 
DevEui= AB 4e 41 ee el 81 9B 35 
JOINED 
update_times: 30
update_times: 60
update_times: 90
update_times: 110

***** UpLinkCounter= 0 *****
TX on freq 9232eeøee Hz at DR 2 
GPS NO FIX 
txDone 
rxTimeOut 
rxTimeOut 
update_times: 30
update_times: 60
update_times: 90
update_times: 110

***** UpLinkCounter=1 *****
TX on freq 9232eeeee Hz at DR 2 
GPS NO FIX 
txDone 
rx TimeOut 
rxTimeOut 
update_times: 30
update_times: 60
update_times: 90
update_times: 110

なお、GPSが取得できると、たまに以下のように情報が表示される場合もありますが、このあとデバイスが動作を停止してしまうので再現性がありませんでした・・・。(もしかしたらファームウェアをアップデートすれば直っているかもしれません)。※ファームウェアアップデートではST Linkを使用します。

Roll=84  Pitch=329
South: 35.4542
East: 139.5986

TTN上でメッセージの確認

ABPへの変更後、TTN上で実際にメッセージが送信されているか確認します。

今回は自身が所有・管理しているゲートウェイでLoRaメッセージを受信したので、まずはTTN上のゲートウェイからメッセージの到達を確認します。

TTN

うまくアクティベーションされているっぽいので、登録したアプリケーションのデバイスを開いてみます。

TTN-2

これでメッセージの送信が行われていることが分かり、正しくアクティベーションは通っている(=デバイスが送信したデータが復号されている)ことが分かります。

しかし、payloadの部分に「FF FF FF FF 0F 17 00 2A 01 21」とあるように、GPSの情報はFFで埋められており、実際に送信できていませんでした。おそらく、バッテリと加速度の情報は送信できているようです。さらに、よく見ると11バイトです。もともと12バイトなので、変換コードがエラーを吐いて動かない可能性もあります(AllthingsTalkではエラーになっていました)。

正常に動作しない・・・

正常に動作しませんでした(結論)。

メッセージの送信はうまく行われているのですが、その内容が怪しいようです。

先の最後に書いたとおり、payloadにGPS情報などが正しく含まれていません。さらに、0が含まれた状態でメッセージが送られることもなく、11バイトのままでした。

さらに、GPS情報が取得できそうな場合でも、取得した瞬間に位置情報が表示されて端末がメッセージを送信することなく動作が終了してしまうようでした。

まとめると以下

  • GPSが取得できていない?
    • シリアルコンソールではGPS NO FIXと出力されているが、取得できていないことを意味している?
    • 取得できる環境では動作を停止する?
    • STM32によるファームウェアの更新が有効?
  • 急に動作を停止する
    • TTLシリアル接続した状態で出力を確認
    • 謎のカウンタ表示後、動作を停止
    • 書き込むプログラムの動作部分に問題がある可能性がある
    • STM32によるファームウェアの更新が有効?
  • 正常なメッセージを送信していない
    • マニュアルに示されている0で埋め尽くされることと、11バイトであることに反している
      • トルエンディアンで1(bit)で埋め尽くされている?

最後に

今回お借りしたLoRaWAN GPS Trackerはかなり初期のものだった可能性があります。そのため、ファームウェアが古く、挙動がおかしかったのかもしれません。今回は位置情報は取得できなかったもののアクティベーションからメッセージの送信まではうまくいいきました。

非常にコンパクトで、なおかつ低消費電力で位置情報を送信できるGPS Trackerは人の流動管理などで非常に有益そうです。そのためにも、もっとLoRaWANのゲートウェイを増やしていく必要がありますね。ユースケースとしては、従業員につけて実際に仕事しているかの確認や、また動物につけてその生態を探るなどでしょうか。

なお、今回LoRaWAN GPS Trackerをお借りしたのはThe Things Networkアンバサダーの吉田さんです。以下は吉田さんのwebサイトです。最新のLoRaWAN情報をチェックできます!

joomlaweb.blog117.fc2.com

今年の1月末〜2月頭に開催されたThe Things ConferenceでもGPS Tracker(おそらくDragino製のものではない)をAzure Central Bridgeで可視化するデモもありました。

azure.microsoft.com

今後のLoRaWANの日本での発展に私も少しでも貢献できればと思っています!

また、LoRaWAN GPS Trakcerはお返しすることになっているので、気が向いたら自分でも購入してまた試してみたいです(個人的にAzureを使って可視化してみたい)。

センスウェイさんのLoRaWANスターターキットを試してみた - サーバーレスにセンサデータ取得&可視化

Getting start the Senseway LoRaWAN Starter Kit - get the sensor data and visualize it

やっていくぞ!ということで今回はセンサデータの取得と可視化を試します.

キットなどについての前の記事はこちら.

tokina.hatenadiary.jp

スターターキットに含まれていたのは以下のものでした.

  • Arduino Uno互換機
  • LoRa (WAN)通信モジュール
    • LoRaアンテナ(800MHz ~ 1GHz向け?)
    • USB-Bケーブル
  • LoRaWAN屋内用ゲートウェイ
    • アンテナ
    • Mini USBケーブル
    • USB変換アダプタ
    • LANケーブル
  • 温度センサ(ADT7410)

今回はこのADT7410のデータ取得から,その値をMicrosoft Power BIを利用して可視化するまで試してみます.

実際にデータを取得して送ってみる

センサノードのキットなので,LoRaWANでセンサデータを収集しましょう.

センサを試す(センサ値取得)

さっき(前の記事)はとりあえず何もないデータを送っていただけなので,センサ値取得も試してみます.

キットに含まれていたのはADT7410というI2C温度センサです(以下はAnalog Devicesのリンク).

ADT7410 データシートおよび製品情報 | アナログ・デバイセズ

  • 温度精度
    • ±0.5℃@-40℃~+105℃(2.7V~3.6V)
    • ±0.4℃@-40℃~+105℃(3.0V)
  • 16ビット温度分解能:0.0078℃
  • 高速な最初の温度の変換時間:パワアップ後6ms
  • 温度範囲:-55℃~+150℃
  • 電圧範囲:2.7V~5.5V
  • I2C互換インターフェース

ADT7410使用 高精度・高分解能 I2C・16Bit 温度センサモジュール: センサ一般 秋月電子通商-電子部品・ネット通販

​ 基板上の入出力端子:4個(VDD,GND,SCL,SDA)

ちなみにピンはLoRaWAN ShieldがそのままUnoに乗ってるので,Unoのピン配置のI2Cを確認.

https://ht-deko.com/arduino/uno.html

つなげるとこんな感じに.

ConnectPin

KashiwaGeeksのサンプルにあった「I2C_Temp_Sensor_and_GPS_Sample」とwsnakさんのブログを参考に,とりあえずKashiwaGeeksを利用して温度の値だけ取れるようにしてみます.I2Cの利用はWire.hが使えるとか.8bitで値を取得します(16bitでもできるっぽい?).

KashiwaGeeks/examples/I2C_Temp_Sensor_and_GPS_Sample at master · ty4tw/KashiwaGeeks · GitHub

I2C温度センサADT7410を使う(1) | wsnakのブログ

I2C温度センサADT7410を使う(5) 16bitで読み出し | wsnakのブログ

改めて作成したサンプルはここに.

KiwiLoRaShield/I2C_Temp_Sensor.ino at master · himitu23/KiwiLoRaShield · GitHub

シリアルモニタでログが見れます.

**** I2C_Temp_Sensor_Sample (only get the temp data) *****

_/_/_/ KashiwaGeeks 0.10.3 _/_/_/

Temp=21.31 [C]
Sleep.
Wakeup.
Temp=21.38 [C]
Sleep.
Wakeup.
Temp=24.88 [C]
Sleep.
Wakeup.
Temp=26.19 [C]
Sleep.

これでデータが取得できました.これをベースに送信プログラムを作成します.

LoRaWANサーバへセンサデータを送る&確認する

取得したデータを送るようにします.これも他のサンプルとかを見て適当に.

作成したプログラムはこちら.

KiwiLoRaShield/I2C_Temp_Send.ino at master · himitu23/KiwiLoRaShield · GitHub

取得した温度のデータを1分に1回送信します.シリアルモニタログはこんな感じ.

**** I2C_Temp_Send *****
try to join... accepted.

_/_/_/ KashiwaGeeks 0.10.3 _/_/_/

Temp=21.75 [C]
2175.00

Send  =>lorawan tx ucnf 16 2175<=

Recv  =>lorawan tx ucnf 16 2175

>> Ok

>> tx_ok

> <=
Error Code(0 is Sccess): 0
Sleep.
Wakeup.
Temp=21.63 [C]
2162.00

Send  =>lorawan tx ucnf 16 2162<=

Recv  =>lorawan tx ucnf 16 2162

>> Ok

>> tx_ok

> <=
Error Code(0 is Sccess): 0
Sleep.
Wakeup.
Temp=21.50 [C]
2150.00

あとの視覚化のために送信時のデータフォーマットをちょっといじって10進数にしています.以下の部分です(全体はプログラムをみてね).

int result = LoRa.sendData(portTemp, ECHO,F("%04d"),(int)temp);

Senseway Mission Connectのデバイスの通信量が増えていることを前の記事と同様に確認します.ノードの詳細→通信回数で確認できます.

しかしこれだとセンサのデータの中身を見ることができません.

そこでAzure IoT Hubに投げて可視化してみます.

Azureの利用 - 可視化を試す

昨年末センスウェイさんがAzure IoT Hubとの連携をサポートしてから、いまだそのデモのようなものがなさそうなので、これは私が作るしかない!というのが最初のモチベでした。

今回このAzure IoT Hubを利用して可視化サービスであるPower BIを試します(Power BIはマイクロソフトが提供する強力な可視化サービスの一つです).アーキテクチャは以下の通りです.

Arch

サーバーレスになっていますね!

まず公式でAzure IoT Hubとの連携ができるとアナウンスしていたので,センスウェイさんの公式サイトのマニュアルを参考に設定とかを行います.

service.senseway.net

Azureのアカウントは既に持っていたので,そのままAzure PortalからIoT HubとSenseway Mission Connectを連携設定しました.

連携できると以下のメッセージを確認できます(うまくいかないとErrorを吐きます).

項目   値
外部連携設定  Azure IoT-Hub
外部連携最終結果    2019/01/30T01:32 OK

こちらのサイトを参考にAzure IoT Hub→Analytics Jobs→Power BIを繋ぎます.Power BIは今回無料版を利用しました(メールアドレスは所属団体のものを利用しないといけないので大学のメールアドレスを).無料版はなんかわかりにくいので注意してください.一部に制限があります.

docs.microsoft.com

うまく連携できると,Analytics JobsのMonitoringで以下のようにデータが届いていることを確認できます.うまく動作したので一度寝るときにデバイスの電源を抜き,起きてから再度デバイスを電源につないで大学にでかけたのが分かります.それ以降もデータが流れてきていますね.

AzureIoTHubMetricsCheck

参考:https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-hub/tutorial-connectivity

とりあえず,マイクロソフトの公式リンクの通りに進めると,Power BIでこんな感じに見えました.なお,Stream Analytics JobsをStopするとPower BIにデータは送られなくなります.

PowerBI_0

このままだとデータが届くのは確認できますが,肝心の温度データが取れていないので,ちょっと試行錯誤.何もしていない状態だと,JSONの各Elementが取れていますが,これでは何もできないです.もちろんデータの中身も見れません.

ここで取れていたフィールドはSenseway Mission Connect→Azure IoT Hubで流れてきたものです.そこでこの中にデータが入っているはずなので,その中身を取り出す必要があります.

Azure IoT HubにはSenseWay Mission ConnectからなにかしらのJSON Formatで送られているはずです.以下を参考にデータをParseするQueryをStream Analytics JobsのQueryに書くことでPower BIで値が取れるはずです.

docs.microsoft.com

JSON Formatはセンスウェイさんが公開していないようだったので,Power BIに最初見えていたElementを元に,適当に当たりをつけて調べました(スターターキットに含まれていた資料のとあるページも合わせて参考にしました).どうやら主なデータは"mod"に入っているようでした.また複数のgwが受信することも想定しているようですが,JSON Arrayは対応していない?ようなので取れなかったです.なお,今回判明した仕様は下記クエリ以外については私からは公開しません.

!公式マニュアルにセンスウェイさんの各JSONフォーマットが公開されていました!

service.senseway.net

JSON Format判明後,Stream Analytics JobsのJop topologyに以下のクエリを書きます(#のコメント部分は消してください).

SELECT
    IoTHub.ConnectionDeviceGenerationId,#IoT Hubで割り当てられるID
    DATEADD(hour, 9, IoTHub.EnqueuedTime) as EnqueuedTime, #IoT HubにInputされた時刻
    mod.fq,
    mod.cnt,
    CAST (mod.data AS bigint) as Temperature,
    mod.devEUI,
    mod.dr,
    mod.port
INTO
    SensewayVisualizeTestOutput #設定に依存
FROM
    SensewayNodeVisualizeTest #設定に依存

Azure IoT Hubが付与するJSONはこちらを参考:https://docs.microsoft.com/en-us/azure/stream-analytics/stream-analytics-define-inputs

Stream Analytics Jobs上のSQL Data Types:https://docs.microsoft.com/en-us/stream-analytics-query/data-types-azure-stream-analytics

SQLクエリ中の型変換についての参考Q&A:https://stackoverflow.com/questions/45550481/azure-stream-analytics-sql-to-convert-string-to-float

SELECT文はデフォルトだと「*」と,とりあえずJSONの中身を全て取ってくる仕様だったので,Senseway Mission Connectから取れそうなものを引っ張りました.周波数やメッセージカウントが取得できそうです.なお,そのままだとmod.dataはStringなので,公式のマニュアルに従ってbigint型へCASTします.ここ大事!

一度Stream Analytics Jobsを停止後,Queryを書き換えて再度Startします.するとPower BIのフィールドにこんな感じに見えると思うので,とりあえずそれぞれのデータをリスト表示してみました.

PowerBI_2

Queryで指定したElementがきちんとロードされており,とりあえずレポートでそれぞれのデータを見ることができました(固定の周波数じゃないのが気になります).

肝心の温度データは”temperature"に格納されています.ここで,Arduinoのプログラムは10進数でそのまま送るように(20.32度→2032として送信)変更しており,mod.dataの中身は10進数の温度データのみとしています.なので,bigint型にCASTしてそのままPower BIに流し込むことで,すぐに折れ線グラフにすることができるはず!

折れ線グラフを選択し,X軸にenqueuedtimeを,値にtemperatureを選択し,折れ線グラフにした結果はこちら(100倍した値になっています).

PowerBI_3

スケールとかは,ローラーのようなアイコンからいろいろいじれます.なお,Y軸はそのままなので,気温は×100した値になっていますがご愛嬌ということで.これで私の部屋の気温を無事グラフにすることができました.途中でばーんと上昇しているのは私がセンサを握ったからです.物理デバッグです.

これで実機を利用してセンサ値を取得,可視化することができました!!!おつかれさまでした

本当は公開したかったのですが,その機能はPro(めっちゃ高い)だけらしいです.ざんねん.

現在値の各可視化状況(リアルタイム)

↓現在値のグラフなどです(複数ページを作成しています)

  • ページ1: 折れ線グラフ
  • ページ2: 平均値+度数 (一番多かった温度の部分が尖っています)
  • ページ3: 最終更新時刻 (UTC + 9H = JST)
  • ページ4: 利用周波数 (GWが利用する周波数がばらついていたので棒グラフにしました)
  • ページ5: 生データ履歴

(おまけ)デバイスから取得したセンサの情報をスマホでみる

Power BIにはElasticsearchのKibanaのように,ピンボードがあり,iOSアプリのPower BIからこのピンボードへとアクセスできます.これでセンサのグラフを遠隔から見れますね.

App StoreでPower BIアプリをダウンロードし,ログインするとダッシュボードが見えます.

App1

今回は「SensewayTest」というダッシュボードを用意してみました.

App2

いくつか表示形式を用意してみました.一番上は折れ線グラフ,その下は現在の値を表示しています.これで自宅の気温が一発でわかります!

もちろんグラフだけを表示する事もできます.

App3

取得期間がそこまで長くないのでちょっと微妙ですが,とんがっている部分は私が寝るときで,寝ている間〜現在に気温が低下していることがわかります.最後にすこし尖っている部分がありますが,これは私が起きたタイミングです.

(おまけ)通信費用

センスウェイさんのサイトに価格について明示されています.

service.senseway.net

バイスあたりの課金金額はその月で一番通信した1日の接続回数で決まり、利用デバイスの課金額の合計で課金請求されます。

1日の接続回数  通信間隔の目安   通信形態    税抜金額(円)
12  2時間 上り・下り 30
48  30分   上り・下り 50
144 10分   上り・下り 100
288 5分    上り・下り 200
480 3分    上り・下り 300
1,440   1分    上り・下り 400

そんなに安くない気がします.

SenseWay Mission Connectにログインし,デバイス一覧から各デバイスの最大通信量を見ることができます.今回,キットを試した後はこんな感じになっていました.

No.  DevEUI      名前  タイプ   ステータス UpLink今月最大
1   **********  Senseway LoRa node example  ADB922S 使用中   919

これだと300円の繰り上がりの400円くらいでしょうか.この月はどれだけ使ってもこれを下回れば400円ということになります?

(おまけ)KashiwaGeeksを少し改造

KashiwaGeeksにおけるTASKの実行頻度は"interval by minute"とあるように分単位でしか設定できません(利用用途としては十分です).

ライブラリのApplication.cppにあるaddTask()では引数の型がuint32_tなので小数点も無理です..

デバッグがしづらいですね.というわけでちょっと改造しました.

forkして自分のリポジトリにおいています.

github.com

Applicationをいじってuint32_tをfloatに変更しています.

これで

TASK(taskTemp, 0, 0.1),

とすると,0.1分(=6秒)間隔で実行できるはずです.ただし,デューティサイクルには気をつけてください.電波を扱う場合はお互いにマナーを守りましょう.

※なんか4回目くらいで停止するのでライブラリ側で何かしら制限されているかもしれません

終わりに

修論があって,一息ついてから初めたのでちょっと遅くなってしまいました.センスウェイさんにせっかくキットを送っていただいたのに申し訳なかったです.

今回最も大変だったのは..

  • KashiwaGeeksの理解
  • Senseway Mission ConnectのAPIフォーマット周辺(仕様を公開したほうがいいと思います!)→公開されていました!!
  • Power BIでグラフを表示するためのJSONの変換周辺
  • Online Power BIについての情報が少なすぎる
    • Desktop版の資料が豊富です..

あたりでしょうか.

やり残したこと(研究風に言うと今後の課題)

  • 取り出した値を100で割りたい
    • Power BI上で可能?
  • 負の値に対応する
    • 送信時に+50して,受信側で再度-50したい
  • 消費電力などを調査したい

今回サーバーレスで構築したので,特に必要なメンテナンスもなく今後も利用できる仕組みになりました.また,インスタンスを借りたりするよりだいぶ楽です.

またちょうど2週間位前からAzureを触り始めていたので,ちょうどいいタイミングでした.Azure IoT Hubは初体験だったので,他のIoT関係でも活かせそうです.

もう少しキットを借りたままでも大丈夫?みたいなので,デバイスの解析やその他サービスとの連携,Node Redとの連携とか試してみたいですね.

1月末まで,との約束だったのでギリギリセーフです!この記事がセンスウェイさんのお役に立てば幸いです.

センスウェイさんのLoRaWANスターターキットを試してみた

Getting start the Senseway LoRaWAN Starter Kit

こんにちは.最近修論をどうにかやっつけたtokina(himitu)です.来週修論発表です(どうでもいい).今回はセンスウェイさんにLoRaWANスターターキットを頂いたので,その紹介をします!1月に間に合いました!!

長いので記事を分けました.センサ値取得〜可視化とか具体的な実装の話は次の記事を見てください

tokina.hatenadiary.jp

HIRATA Kenjiさん(@field_k),ありがとうございます!

www.senseway.net

私はLoRa/LoRaWANの研究をしており,理解しきれていない部分もあり,いまでも勉強中の身です.最近OpenwaveさんのDragino LoRaモジュールをいじったりしていました.

ではまず,入手した経緯から.

きっかけ

昨年「IoTつくるよ!」というIoTのプチ博覧会のようなイベントにてアールエスコンポーネンツさんのお仕事を手伝いました.

IoTMaking

www.tsukuruyo.net

アールエスコンポーネンツ(RS Components)社は電子部品の販売代理店で,Raspberry Piの正規代理店でもあります.もしかしたらロゴをみたことがあるかもしれません.

jp.rs-online.com

実は私はアールエスコンポーネンツのブランドである「DesignSpark」にて記事を書いたり翻訳したりしています.

そんなこんなで,IoTつくるよ!にてお手伝いさせていただいていたのですが,アールエスコンポーネンツさんのブースの近くにセンスェイさんがいました(なおとなりはDoroneのOS開発をされているDoCoJAのブースでした).

このとき数週間前からLoRaWANのサービスを提供しているというセンスェイさんについてはTwitterで目にしていました.

twitter.com

IoTつくるよ!にセンスェイさんがいるのは当日,開始時間になってから知りました.

これがきっかけとなり,スターターキットをいただくことになりました.それが昨年末のことです(あれから研究をずっとやっていました).

IoTMaking_Senseway

LoRaWANスターターキット

LoRaとLoRaWANの違いについては無限回述べているので今回は簡単に.

LoRaはSemtech社が開発している無線の変調方式で,LoRaWANはSemtech社含むLoRa Allianceが公開するLoRa無線を利用した全体のシステムを表しています(昔はMAC層以上のプロトコルを指していたこともある?).

センスウェイさんが提供しているLoRaWANサービスはSenseWay Mission Connectと呼ばれているIoT通信プラットフォームです,

https://www.senseway.net より

LoRaWANデバイスのデータを収集,デバイスを管理する総合的なプラットフォームです.

スターターキットには以下のものが含まれていました.なお,スターターキットの購入案内ページはこちらです.

store.senseway.net

  • Arduino Uno互換機
  • LoRa (WAN)通信モジュール
    • LoRaアンテナ(800MHz ~ 1GHz向け?)
    • USB-Bケーブル
  • LoRaWAN屋内用ゲートウェイ
    • アンテナ
    • Mini USBケーブル
    • USB変換アダプタ
    • LANケーブル
  • 温度センサ(ADT7410)

StarterKit

実際のLoRaノード(デバイス)はこちら.アンテナがごつい!

LoRaNode

試してみた

実際に試してみたので,簡単に何ができそうかまとめてみます.

一応参考にした資料は有償であるキットに含まれているので,具体的な手順については言及しないことにします.

Senseway Mission Connect

センスウェイさんが提供するLoRaWANサービスの名称が「Senseway Mission Connect」です.

ここでデバイスの登録などができます.

MissionConnect

まず,このデバイス管理のところへキットに入っているLoRaノードのDevEUIを追加します.Dev EUIはLoRaWANにおいてデバイスを識別するためのIDで,他のサービスでもこれは必要になってきます.

また,今回はPINコードも必要でした.これをなくすとまずいですね.

これで入手したデバイスのActivationはできたようです.

LoRaWANゲートウェイの用意

ここまでで入手したデバイスと,LoRaWANゲートウェイ上の仮想のデバイスのリンクができたので,今度は実際のゲートウェイの準備をします.

案内されたマニュアルにはゲートウェイについては触れられていなかったので,適用に調べてこちらがヒット.

service.senseway.net

今回,私の環境ではWiFiでWANへと接続します.なお,本体にはUSB電源から電源を供給可能です.適当にそこらへんに落ちていたMini USBケーブルでつないで少し放置すると自動的に初期化が終わり,SSID:AP-XXXXXという無線LANを吹きます.なお,ここはきちんと暗号化されているので比較的安心です.

あとは上のセンスウェイさんのマニュアル通り.

なお,今回WiFiを選びましたが,もちろん使用用途によっては携帯回線とかもあると思います.ゲートウェイの設定画面では3G/4G LTEも選択可能でした.

※ここで特に受信したLoRaノードのメッセージの送信先となるLoRaWANサーバは選べないようです.多分ファームウェアレベルで書き込まれているっぽい?

うまく接続すると,webコンソールのStatus>Overviewで確認できます.DHCPでアドレスを割り当てる場合はここから確認すればいいはず.ゲートウェイ自体もAPになりますが,そっちは192.168.55.0/24で割り当てられます.

SSH接続を試みてみたところ,username/Passwordを聞かれますが,認証情報は公開されていません.Nmapすると80,22番ポートが空いていました(??).

ノードのプログラミング

仕様とライブラリ -KashiwaGeeks

LoRaノードはArduino Uno互換ボードとモジュールで構成されているので,Arduino Unoでプログラミングします.(今回試した私の環境ではArduino 1.8.8です)

LoRaWAN Shieldについてのマニュアルはこちら.

service.senseway.net

マニュアルにはありませんでしたが,確認してみたところ,シリアルポートとはボーレート57600で通信してるっぽいです(プログラムのConsoleBegin()がSerial.begin()に相当するみたい).

Windowsで試したのですが,ドライバの関係か,最初は認識されませんでした.なお,書き込み時のボードにはArduino/Genuino Unoを選択します.

Arduinoとモジュールとの通信はD11/D12ピンをUARTシリアルで行っているようなので,基本的にArduinoのSoftware Serialから行うことができます(D11 UART_TX,D12 UART_RX).

しかしこれだと1からプログラミングすることになってしまうので,用意されているライブラリを使います.これには「KashiwaGeeks」というツールが利用できるそうです.山口知昭さんという有名な方が開発したそうです.

github.com

LoRaWAN Application framework for Arduino. This framwork consists of Application,LoRaWAN devices and Payload Classes. These classes provide following functions:

  1. Power saving with various sleep modes.
  2. Wake up by watchdog timer.
  3. Interrupt handling for INT0 and INT1.
  4. Task execution control.
  5. LoRaWAN devices control.
  6. Allow payload to be created bit by bit.

ITメディアでも取り上げられています.

blogs.itmedia.co.jp

 KashiwaGeeksを導入すると、
 1)スリープ機能による省電力化 
 2)タイマーによるウェイクアップ機能
 3)INT0、INT1割り込み機能
 4)タスク実行管理機能
が提供されます。

多分Kiwitechのデバイスが主な対象なようです.ソラコムさんのデバイスでも利用できるみたいです.

これにより,ピン配置が正しければ問題なくLoRaモジュールを使うことができるようになります.

なお,ADB922S.cppで以下のように定義されていますね.

#define LoRa_Rx_PIN               11
#define LoRa_Tx_PIN               12
#define LoRa_WAKEUP_PIN            7

また,ノードのActivationの方式としてABPとOTAAという2種類があるのですが,センスウェイさんのLoRaWANサーバではOTAAのみ利用可能だそうです(最初ちょっと面倒ですが,こっちのほうがセキュアですね).違いはぐぐってください.

KashiwaGeeksの特徴(メモ)

KashiwaGeeksをいじってて思ったこととしては,間欠動作を便利にプログラミングできるように作られているんだなということです.

全体のプログラムのイメージを簡単なフロー図にまとめてみました.

KashiwaGeeksImg

定期動作を原則とし,用意したタスクを定期実行するようです.このとき,動作時間が重ならないように気をつける必要があります.多分重なると処理に遅延が発生する原因とかになると思います.

プログラムの長さは少し冗長気味にはなりますが,わかりやすくなっています.

テスト

いくつかのサンプル例が用意されているので,普通に「End-node_sample」のスケッチ例から試してみました.

ソースコードはこれです.Arduino IDEでこれを書き込めば終了です.

KashiwaGeeks/examples/End-node_Sample at master · ty4tw/KashiwaGeeks · GitHub

書き込み成功しているようなので,Arduino IDE上からツール>シリアルモニタを開き,ボーレード57600(bps)で見てみます.

**** End-node_Sample *****
try to join... accepted.

_/_/_/ KashiwaGeeks 0.10.3 _/_/_/


  Task1 invoked

Temperature:  1020 degrees C
%RH: 2020 %
Pressure: 5005 Pa

Send  =>lorawan tx ucnf 12 03fc07e40000138d<=

Recv  =>lorawan tx ucnf 12 03fc07e40000138d

>> Ok

>> tx_ok

> <=

 SUCCESS
LoRa sleep.

temperature: 1020 Degreesが気になりますが(このサンプルではセンサ値をダミーとして送信しているみたいです),とりあえずOTAAでActivationとネットワークへのJOINを行い,成功していることがわかります.次にLoRaを送信して,Ackかなにかが返ってきており,最後にスリープモードに入っていることが確認できますね.

ここでもしやと思い,webのSenseWay Mission Connectを見てみると,Uplinkのカウンタが増えています.ということは,とりあえずこれでLoRaWANサーバにデータの送信が成功していることがわかります.

Message

私はこれでできるとは思っていなかったので驚きました.なぜなら普通はArduinoのプログラム中にDev EUIを書き込まないとLoRaWANサーバがノードを認識できない(はず)からです.なのにこうしてUplinkのカウンタが増えているこということは,ユーザが変更できない領域にDev EUIが書き込まれていることを指しているということになります.

つまり,正規のDev EUIを書き込まれたノードじゃないと(センスウェイさんのLoRaWANサーバでは)使えないということです(ベンダーロックインなのでそれはそう).

ひとまずこれでLoRaデバイス→LoRaゲートウェイ→LoRaWANサーバの通信がテストできました.

ですがこれだとセンサ値とか送れてないのでセンサノードとしてはなんの意味もなしていないです.

長いので次の記事でセンサを試したことをまとめたいと思います.

とりあえず感想

ここまでの感想としては

  • 利用,テストが簡単
  • GatewayのUsername/Passwordを教えてほしい
  • KashiwaGeeks使ったほうがいいかも
  • Dev EUI周辺がどうなっているのか全くわからない!

個人的に,LoRa無線を簡単に使うためのRadioHeadライブラリや,LoRaWANプロトコルに対応するためのLMiCライブラリ(IBMのやつ)が使えるのか気になります.書き込みだけはできるっぽい?

それでは具体的な実装とか,実際にプログラム〜可視化を行っているのはこちらです↓

tokina.hatenadiary.jp