pi4b+wsl2 MQTT送受信確認

今回は

MQTT(Message Queuing Teremetory Transport)のお勉強のためローカル環境で、publisher/broker/subscriberを構成して、メッセージの送受信確認をやってみました。

準備

機器構成

Win10上のWSL2(debian)とpi4b(debian)を同一ネットワーク上に接続して環境を構成した。pub/subのプログラムはお手軽さを優先してpythonにしました。

pi4b(broker)

brokerには、mosquittoを使います。debianだとsudo apt-get install mosquittoでインストールとサービス起動ができます。brokerの仕込みはこれだけです。ポート1883で動いてます。

wsl2(pub/sub)

Win10のwsl2はdebianです。pythonのmqttライブラリは、paho-mqttというのがメジャーなようです。pip3 install paho-mqttでインストールできます。

動作確認

broker(pi4b)

mosquittoがサービスとして動いていれば、他にやることはありません。ポート1883を待ち受けて仕事してくれます。

pi@pi4b:~ $ systemctl status mosquitto.service 
　 mosquitto.service - Mosquitto MQTT v3.1/v3.1.1 Broker
   Loaded: loaded (/lib/systemd/system/mosquitto.service; enabled; vendor preset
   Active: active (running) since Thu 2021-06-17 08:59:19 JST; 1h 21min ago
     Docs: man:mosquitto.conf(5)
           man:mosquitto(8)
 Main PID: 2101 (mosquitto)
    Tasks: 1 (limit: 4915)
   CGroup: /system.slice/mosquitto.service
           └─2101 /usr/sbin/mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf

 6月 17 08:59:19 pi4b systemd[1]: Starting Mosquitto MQTT v3.1/v3.1.1 Broker...
 6月 17 08:59:19 pi4b systemd[1]: Started Mosquitto MQTT v3.1/v3.1.1 Broker.

pub/sub(pi4b)

publisherとsubscriberのpythonコードをそれぞれ作成します。データを入れる箱をtopicsと言うらしいですが"test/001"という名前にしておきます。

送信データは、提携メッセージに数字を1つづつ増加させたものを引っ付けてpubします。

publisher側の状況

publish: 3146
publish: 3147
publish: 3148
publish: 3149
publish: 3150
publish: 3151
publish: 3152
publish: 3153
publish: 3154
publish: 3155

subscriber側の状況

Received message 'b'Hello, from paho_sub!3138'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3139'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3140'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3141'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3142'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3143'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3144'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3145'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3146'' on topic 'test/001' with QoS 0
Received message 'b'Hello, from paho_sub!3147'' on topic 'test/001' with QoS 0

subscriberを増やしても、publisherは影響を受けないというのがmqttの特徴だそうです。subscribe.pyを2つ動かすと確かに同じメッセージを受け取ることができます。

VScode上にbashを2つ起動して、sub.pyを2つ動かした状況です。

ちょいネタ:mqtt携帯アプリ

ちょっと蛇足ですが。androidアプリにも「mqtt client」というのがあるので試しにインストールしてみました。WiFiオンにしてローカルネットワークに接続し、brokerのIPアドレスとtopics名"test/001"を設定するとWin10のdebianからpublishされた文字列がsubscribeできます。またこの端末から任意の文字列をpublishも出来ることを確認しました。へーーー。

subscribeのスクリーンショットです。

今日のまとめ

MQTTのお勉強のため、片方向の送受信確認をしました。送受信データを使ってモータ制御などにも応用できるようです。倒立ロボのパラメータ送信や状態確認に使えると嬉しいのですが。更にマイコンからの確認や送受信を往復できるように引き続き詰めていきたいと思います。

参考リンク

MQTT入門(導入編) - Qiita

pythonでMQTT送受信 - Qiita

#
# pahoを使ったpublisher
#
import paho.mqtt.client as mqtt     # MQTTのライブラリをインポート
from time import sleep              # 3秒間のウェイトのために使う

BROKER_HOST = "x.x.x.x"    # brokerのIPアドレス

# ブローカーに接続できたときの処理
def on_connect(client, userdata, flag, rc):
  print("Connected with result code " + str(rc))

# ブローカーが切断したときの処理
def on_disconnect(client, userdata, flag, rc):
  if rc != 0:
     print("Unexpected disconnection.")

# publishが完了したときの処理
def on_publish(client, userdata, mid):
  print("publish: {0}".format(mid))

# メイン関数   この関数は末尾のif文から呼び出される
def main():
  client = mqtt.Client()                 # クラスのインスタンス(実体)の作成
  client.on_connect = on_connect         # 接続時のコールバック関数を登録
  client.on_disconnect = on_disconnect   # 切断時のコールバックを登録
  client.on_publish = on_publish         # メッセージ送信時のコールバック

  client.connect(BROKER_HOST, 1883, 60)  # 接続先とポート番号

  # 通信処理スタート
  client.loop_start()    # subはloop_forever()だが，pubはloop_start()で起動だけさせる

  # 永久に繰り返す
  count = 1
  while count > 0:
    client.publish("test/001","Hello, from paho_sub!" + str(count))    # トピック名とメッセージを決めて送信
    count+=1
    sleep(2)   # 3秒待つ

if __name__ == '__main__':          # importされないときだけmain()を呼ぶ
  main()    # メイン関数を呼び出す

------- 

#
#  pahoを使ったsubscriber
#
import paho.mqtt.client as mqtt     # MQTTのライブラリをインポート

BROKER_HOST = "x.x.x.x"   # brokerのIPアドレス

# ブローカーに接続できたときの処理
def on_connect(client, userdata, flag, rc):
  print("Connected with result code " + str(rc))  # 接続できた旨表示
  client.subscribe("test/001")  # subするトピックを設定 

# ブローカーが切断したときの処理
def on_disconnect(client, userdata, flag, rc):
  if  rc != 0:
    print("Unexpected disconnection.")

# メッセージが届いたときの処理
def on_message(client, userdata, msg):
  # msg.topicにトピック名が，msg.payloadに届いたデータ本体が入っている
  print("Received message '" + str(msg.payload) + "' on topic '" + msg.topic + "' with QoS " + str(msg.qos))

# MQTTの接続設定
client = mqtt.Client()                 # クラスのインスタンス(実体)の作成
client.on_connect = on_connect         # 接続時のコールバック関数を登録
client.on_disconnect = on_disconnect   # 切断時のコールバックを登録
client.on_message = on_message         # メッセージ到着時のコールバック

client.connect(BROKER_HOST, 1883, 60)  # 接続先とポート番号

client.loop_forever()                  # 永久ループして待ち続ける

M5stackでCO2センサーの動作確認を

今日は

中華製のCO2センサーをM5stackを使って試してみます。先人はいるので、ちゃちゃっといけそうな感じです。

準備

必要なものは以下のとおりです。

• M5stack
• CO2センサー　MH-Z19C
• DC-DCコンバータ

このCO2センサーは、NDIR(非分散赤外線)方式のガスセンサーです。CO2は、4.26μmの波長を吸収するそうで、その特性を使ったセンサーです。

センサー出力は、I2CではなくUARTです。また、電源電圧5V+-0.1VとシビアなのでDC-DCコンバータから給電したほうがいいようです。測定範囲は、データシートによると400-5000ppmとのこと、2020年の地球大気のCO2濃度は410ppm前後なので、それなりに測定できそうです。しばらく動作確認して問題なければ、ambientに送信して長期的に観測をしたいと思います。

ソフトウェア

arduinoと先人のライブラリーを活用します。M5stackの動作確認に使用したコードは、最後に貼っておきます。今回はM5stackとcommuモジュールです。UARTは、GPIO1とGPIO3に接続されます。回路図で確認しました。

動作確認

M5stack側がオス、センサー側もオスなのでメスーメスの配線があれば直接接続できます。手元にある配線材がオスーオスとオスーメスなので、ブレッドボードを経由して配線します。

電源５VとGND、UARTのTxとRxの4線です。電源入れると1分程センサーは準備が必要なようです。

このように値が読み取れました。息を吹きかけると2000ppm程度に値が変化するので、それなりに動作しているようです。しばらく様子見て、esp32のセンサー環境に組込み値をambientへ送信して長期観測したいと思います。

今日のまとめ

中華製CO2センサーMH-Z19CをM5stackに接続して動作確認しました。値の正確性はわかりませんが、それなりの値で計測できることを確認しました。

参考リンク

ESP32(M5Stack)で作る、安価なCO2モニタ【秋月でCO2センサ取扱開始 記念】 - Qiita