専門演習 IoTシステム実習

実習1(接続と動作確認)

• ノートPCを無線LANでネットワーク接続する (アクセスポイント名とパスワードは授業中に指示する。 ※ 他のアクセスポイントにつなぐとサーバにつながらない。)
• 受け取ったIoTデバイスの名前を確認する(例: ohmi29)
• IoTデバイスに電源供給する(ノートPCのUSBポートに刺す)
• ノートPCのWebブラウザのProxyサーバを設定する。
  • Firefoxの場合: 「≡」→「オプション」→一般の一番下の「接続設定」→「自動プロキシー設定スクリプト」を選ぶ→その枠に「http://192.168.20.20/proxy.pac」を指定
  • Chromeの場合: ブラウザの右端のメニューボタン→「設定」→詳細設定を開く→「パソコンのプロキシ設定を開く」→「セットアップスクリプトを使う」をオン→スクリプトのアドレスに「http://192.168.20.20/proxy.pac」を指定。
• ノートPCのWebブラウザでサーバ側(ThingSpeak)に接続する
• サーバ画面の「Sign In」をクリックする。
• User IDはIoTデバイスの名前(例:ohmi29)を入力し、 Passwordは名前がohmiABなら、ohmiABAB と入力する(例： ohmi29なら ohmi2929)。
• サインインに成功したら、「Channel AB」をクリックする(例: ohmi29ならChannel 29)。
• 3つのグラフがそれぞれ「ボリュームの値(Volume 1)」、「光センサの値(Brightness 1)」、「タッチセンサの値(Touch 1)」の(約1秒ごとの)時間変化を示す。
  「ボリュームを回す」、「光センサを手で覆ってみる」、 「タッチセンサの線に触ってみる」ことで値を変化させてみる。
• グラフは自動的に更新されるが、荒いので、Webブラウザでページを再読み込みして、詳細なグラフを表示する。
  このIoTデバイスはセンサ値を12ビットでアナログ-デジタル変換するので、値は0～4095の範囲となる。光センサは暗くなると値が小さくなる。タッチセンサは触ると値が下がる(大体40以下になると触っている)。

注意!: 実習で使用するアクセスポイントはインターネットへの接続が 遅いため、つないだ後は必要以上にインターネットへのアクセスをしないように注意。

実習2(Web API)の準備(予備知識)

• IoTシステムでサーバにセンサデータを送る場合、Web APIを使用できるものが多い。Web APIについては、「長岡 賢一: Web APIとは何なのか - Qiita 」などが参考になる。
• IoTシステムでは、Web APIの中でも特にRESTが主流である。RESTについては、「TakahiRyote: REST入門 基礎知識」などが参考になる。
• 本実習で使うThingSpeakはRESTによるWeb APIを用意している。
• ThingSpeakは他にMQTTにも対応している。MQTTはIoT向けの通信プロトコルで、 多数のエッジとサーバが通信するIoTを前提として設計されたものである。 対してRESTによるWeb APIは、従来のWebによるデータ通信を流用したと言え、 通信効率は悪いがWeb開発に慣れた人がとっつきやすいという利点がある。
• この実習では、RESTによるWeb APIを使ってThingSpeak に手動でデータを送ってみる。

実習2(Web API)の実際

• IoTデバイスからデータが送信されていると、区別が難しくなるため、 IoTデバイスの電源を切る(USBケーブルを抜く)。
• データを送信する時に使うAPI Keyを確認する。 実習1のWebブラウザの画面で、「API Keys」のタブをクリックする。 Write API Keyの所に赤く表示されている文字列がキーである。 このキーを使ってサーバにデータを送信する。
• 画面の「Data Import/Export」のタブをクリックする。 サーバにデータを送信するには、
  http://192.168.20.20:3000/update?key=ABABABABABABABABAB&field1=123&field2=234&field3=456
  といった形式(URI)でサーバにアクセスする。ABAB...の部分は、API Keyで、123といった数値の部分は、 field1=の後がボリュームの値、 field2=の後が光センサの値、 field3=の後がタッチセンサの値である。
• 画面右の「Sending Data」にある「Please include your write API key and some data, for example: 」の下の枠の文字列(URI)を範囲選択してコピーする(Control+Cを押すか、マウスの右ボタンを押して「コピー」を選ぶ)。
• Webブラウザで新しくタブもしくはウインドウを開き、 Webブラウザのアドレス欄にペーストする(Control+Vを押すか、マウスの右ボタンをクリックして「貼り付け」を選ぶ)。
• ★ この状態では、最後が&field1=0となっているので、 これを例えば&field1=2000&field2=500&field3=80 に変える。そして、アドレス欄でエンターキーを打って、Webアクセスする。
  ※ 数値の部分は好きな値を入れてよい。
• 画面に数値だけが表示されればアクセス成功である。 アクセスに失敗した時は 0 だけが表示されるので、間違ったところを確認して、 再びアクセスする。
• 前の画面に戻って「Private View」タブをクリックすると、 グラフが表示されるので、グラフの右端に今打ち込んだ数値が出ていれば成功である。
• 上の★に戻って、違う数値に変えてアクセスしてみる。
• IoTデバイスには、このようなWebアクセス(HTTP GET)を行うプログラムが書き込まれている。ここにプログラムを置いてあるので、興味がある人は参考にすると良い。

実習の終わりに

WebブラウザのProxyサーバの設定を必ず元に戻すこと(Proxyサーバを使用しないようにする)。戻さないとWebページにアクセスできなくなる。