// SAWACHIでは安全にデータを送受信するためにMQTT over TLSを使用します
// TLS（Transport Layer Security）は、データの送受信を暗号化するためのプロトコルです
// MQTTではクライアント側でも証明書の管理が必要になります
// 各自に発行された証明書を使ってSAWACHIに接続します
// - rootca.pem
// - certificate.pem.crt
// - private.pem.key
// ルート証明書 rootca.pem...
// ルート証明書は信頼できる認証局（CA）によって発行される証明書です
// Let's Encrypt, Sectigo, DigiCertなどが多く使われているCAです
// またAmazon, Google, Microsoftなどの大手企業もCAを持っています
// 今回使うSAWACHIのルート証明書はAmazonから発行された証明書です
// certificate.pem.crt...
// SAWACHI(ブローカー)から発行される証明書です
// 証明書には公開鍵が含まれており、公開鍵の信頼性を保証するために
// CAの署名が含まれています
// private.pem.key...
// SAWACHI(ブローカー)から発行される秘密鍵です
// 秘密鍵と公開鍵はペアで発行され、公開鍵を証明書に含めて公開します
// 公開鍵を使って暗号化されたデータは秘密鍵でのみ復号できます
// "ArduinoJson"ライブラリを使用します
// スケッチ > ライブラリを使用 > ライブラリを管理 から
// ArduinoJson を検索してインストールしてください
#include <Wire.h>
#include <WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h> // 追加しました
#include <PubSubClient.h>
#include <ArduinoJson.h>
#define SDA 21 // SDAピンの設定 配線と一致していれば何番でも可
#define SCL 22 // SCLピンの設定 配線と一致していれば何番でも可
#define SHT31_ADDRESS 0x45
#define SHT31_SOFT_RESET_MSB 0x30
#define SHT31_SOFT_RESET_LSB 0xA2
#define SHT31_CLEAR_STATUS_REGISTER_MSB 0x30
#define SHT31_CLEAR_STATUS_REGISTER_LSB 0x41
#define SHT31_ON_BUILTIN_HEATER_MSB 0x30
#define SHT31_ON_BUILTIN_HEATER_LSB 0x6D
#define SHT31_OFF_BUILTIN_HEATER_MSB 0x30
#define SHT31_OFF_BUILTIN_HEATER_LSB 0x66
#define SHT31_SINGLE_MEASUREMENT_MSB 0x24
#define SHT31_SINGLE_MEASUREMENT_LSB 0x00
// const char* root_cert = "";
// const char* cert = "";
// const char* private_key = "";
// const char* mqtt_broker_host = "";
// const int mqtt_broker_port = "";
// const char* topic = "";
// const char* client_id = "";
// const char* device_id = "";
// 各自に用意されたPASTEME.txtを貼り付けてください
// WiFi settings
const char* ssid = "iopworkshop20240612";
const char* password = "iopworkshop";
//WiFiClient espClient;
WiFiClientSecure espClient;
PubSubClient client(espClient);
void setup() {
Serial.begin(115200); // シリアル通信の速度(baud rate: ボーレート)を設定
// Arduino IDEの「シリアルモニタ」の速度を
// この数値に合わせてください
setup_sht31(SDA, SCL); // SHT31の初期設定
// SDA: 27番ピン, SCL: 14番ピンを指定します
// Wi-Fiに接続します(下に関数が定義されています)
setup_wifi();
// 証明書のセット
espClient.setCACert(root_cert); // ルート証明書
espClient.setCertificate(cert); // 証明書
espClient.setPrivateKey(private_key); // 秘密鍵
// MQTT Brokerを設定します
// client.setServer("192.168.254.254", 1883); //IPアドレスとポート番号
client.setServer(mqtt_broker_host, mqtt_broker_port);
}
void loop() {
// Wi-Fiの接続が切れている場合は再接続を試みます
if (!is_wifi_connected()) {
delay(1000);
return;
}
float temp, hum; // 温湿度データを格納する変数
read_sht31(&temp, &hum); // 温湿度データを取得
//char* topic = "iopworkshop/test";
//char* client_id = "PromptK_Nakahira";
//char* device_id = "some_device_id";
char* message_id = "P00000001";
mqtt_publish_data(topic, client_id, message_id, device_id, temp, hum); // データをMQTTブローカーに送信
// トピック, クライアントID, デバイスID, 温度, 湿度
// 10秒ごとにデータを取得
delay(10000);
}
void setup_wifi() {
delay(10); // 接続を安定させるための遅延
Serial.println();
Serial.print("Connecting to ");
Serial.println(ssid);
WiFi.begin(ssid, password);
// WiFi接続が完了するまで待機
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(500);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.println("WiFi connected");
Serial.print("IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
}
bool is_wifi_connected() {
// WiFi接続が切れている場合は再接続を試みます
if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
Serial.println("WiFi Disconnected");
setup_wifi();
return false;
}
return true;
}
void setup_sht31(uint8_t sda, uint8_t scl) {
// 使用するピンを設定
Wire.begin(sda, scl); // SDA: 27番ピン, SCL: 14番ピン
// WireはI2C通信を行うためのライブラリです
// SHT31のリセット
Wire.beginTransmission(SHT31_ADDRESS); // 送信を開始するための準備
Wire.write(SHT31_SOFT_RESET_MSB); // リセットコマンドを送信 MSB: Most Significant Bit（上位ビット）
Wire.write(SHT31_SOFT_RESET_LSB); // リセットコマンドを送信 LSB: Least Significant Bit（下位ビット）
Wire.endTransmission();
/* MSB （上位ビット）、LSB （下位ビット）の順で送信します
ここでは0x30をMSB、0xA2をLSBとして送信することで機器のリセットを行っています
(データシート参照)
*/
delay(500); // リセット後に500ms待機
// レジスタ（記憶領域）のクリア
Wire.beginTransmission(SHT31_ADDRESS);
Wire.write(SHT31_CLEAR_STATUS_REGISTER_MSB);
Wire.write(SHT31_CLEAR_STATUS_REGISTER_LSB);
Wire.endTransmission();
delay(500);
// 内蔵ヒータOFF
Wire.beginTransmission(SHT31_ADDRESS);
Wire.write(SHT31_OFF_BUILTIN_HEATER_MSB);
Wire.write(SHT31_OFF_BUILTIN_HEATER_LSB);
Wire.endTransmission();
delay(500);
// シリアル文字出力
Serial.println("SHT31 Tempreture&Humidity Measurement start!!");
}
void read_sht31(float *temp, float *hum) {
unsigned int data[6]; // データ格納場所"data"の確保
const unsigned int size = 6; // データサイズの設定
// SHT31から温湿度データ取得
Wire.beginTransmission(SHT31_ADDRESS);
Wire.write(SHT31_SINGLE_MEASUREMENT_MSB);
Wire.write(SHT31_SINGLE_MEASUREMENT_LSB);
Wire.endTransmission();
delay(300);
// SHT31からsize=6byte=6文字のデータを受信する
Wire.requestFrom(SHT31_ADDRESS, size);
// データが6byte用意されるのを待つ
while (Wire.available() != size);
// データを読み込む
for (unsigned int i = 0; i < size; i++) {
data[i] = Wire.read();
}
// データをシリアルモニタに出力（確認用）
// for (unsigned int i = 0; i < size; i++) {
// Serial.print(data[i], HEX); // データを16進数で表示
// Serial.print(" ");
// }
// Serial.println();
// return;
/* データは
1. 2バイトの温度データ
2. 1バイトのCRC（Cyclic Redundancy Check）チェックサム=データの誤り検出符号
3. 2バイトの湿度データ
4. 1バイトのCRCチェックサム
のように格納されています
*/
/* --- CRC計算と検証(今回は省略) --- */
// uint8_t tempData[2] = {data[0], data[1]};
// uint8_t humidityData[2] = {data[3], data[4]};
// if (calculateCRC(tempData, 2) != data[2] || calculateCRC(humidityData, 2) != data[5]) {
// Serial.println("CRC error!");
// return;
// }
/* -------------------------------- */
/* --------------------------------------------- */
// データを可読な形に変換
// データシートの「測定データの物理量値への換算」
/* --------------------------------------------- */
// 温度データを計算
unsigned int t = (data[0] << 8) | data[1];
*temp = -45 + (175.0 * (float)t) / 65535.0;
// 湿度データを計算
unsigned int h = (data[3] << 8) | data[4];
*hum = 100.0 * (float)h / 65535.0;
}
// CRC-8計算関数
// 今回は説明を省略しますが、CRCはデータの誤り検出符号です
// 詳しくはデータシートの「CRC計算」を参照してください
uint8_t calculateCRC(uint8_t data[], uint8_t length) {
uint8_t crc = 0xFF; // CRC初期値
for (uint8_t i = 0; i < length; i++) {
crc ^= data[i]; // 現在のバイトをCRCにXORする
for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x80) {
crc = (crc << 1) ^ 0x31; // ポリノミアル多項式 x^8 + x^5 + x^4 + 1 = 0x31
} else {
crc <<= 1;
}
}
}
return crc;
}
void mqtt_publish_data(const char* topic, const char* client_id, const char* message_id, const char* device_id, float temp, float humd) {
// MQTT ブローカーとの接続が切れている場合は0.1秒ごとに再接続を試みます
if (!client.connected()) {
while (!client.connected()) {
Serial.print("Attempting MQTT connection...");
// クライアントIDを決めて接続します
if (client.connect(client_id)) {
Serial.println("connected");
} else {
Serial.print("failed, rc=");
Serial.print(client.state());
Serial.println(" try again in 0.1 seconds");
delay(100);
}
}
}
/* --- ペイロードの作成 --- */
// JSON形式でデータを格納します
// JSONとは…
// JavaScript Object Notationの略で、Web上でデータをやり取りする際に頻繁に使われます
StaticJsonDocument<300> payload; // 300バイト=文字のメモリを確保
// データ形式（Qsuプロトコル）の例
// {
// "msgId" : "P00000000",
// "deviceId" : "SomeDevice001",
// "timestamp" : "2024-06-12T14:00:00.000+09:00",
// "data" : {
// "1000" : "12.3",
// "1001” : "200000",
// "1002" : "0.5"
// }
// }
// Qsuとは...
// センサーデータをクラウドに送信するためのIoP独自のプロトコルです
// 詳しくは配布の仕様書を参照してください
// msgId...
// ・接頭辞 + カウンタ
// 9桁固定長文字列 : 接頭辞 [1文字 ]+カウンタ文字列 [8文字 ]
// ・接頭辞の内容は以下の通り
// 計測値（上り） : P
// 機器設定（下り） : C
// deviceId...
// ・任意の文字列
// timestamp...
// ・ISO8601形式で記述 : YYYY-MM-DDTHH:MM:SS.sss+09:00
// ・+09:00は日本標準時を表します
// ・指定がない場合はクラウド側で受信時刻を記録します
// data...
// ・形式は以下の通り
// {
// "{Qsuアドレス }" : "{データ値 }",
// "{Qsuアドレス }" : "{データ値 }",
// ...
// }
// {Qsuアドレス}：10進数文字列（0~2147483647)
// {データ値}: 文字列に変換して格納
// ・計測データの場合、アドレスには1000〜の使用が推奨されます
// ペイロードの作成
payload["msgId"] = message_id;
payload["deviceId"] = device_id;
payload["data"]["400"] = String(1); // センサーのステータス: 1=正常, 0=異常
payload["data"]["1000"] = String(temp);
payload["data"]["1001"] = String(humd);
// ペイロードを文字列に変換
String payload_str;
serializeJson(payload, payload_str);
// メッセージをパブリッシュ
Serial.print("Publishing message: ");
Serial.println(payload_str);
client.publish(topic, payload_str.c_str());
}