試作 屋外専用 カメラ付き温湿度計

初めに

任意の場所で測定した 温湿度の記録を後で見返しても、どこで記録したかわからなくなっている場合があり、今回スプレッセンスのカメラをつけてモニターとして使えるチャンスがあったので、画像データも記録する温湿度ロガーを作ってみました。

動作

3分毎に撮影したJPEGファイルと緯度経度と温湿度を測定したCSVファイルを作り、SDカードに記録します。

本体の感じ

材料

カメラ取付部品

ユニバーサル基板に"屋外用強力両面テープ"を使って固定しています。
データはFreeCADで作成し、githubにアップしました。
カメラ取付部品 https://github.com/makatokan/spresense-camera-adapter/tree/main

開発環境のセットアップ

DS18B20について

arduinoide付属のOneWireではスプレッセンス側の対応が一部無いらしく正常動作しません、　URL:https://note.com/regnant_saya/n/n2560adf75690 に記述ございました。
この記事にあったライブラリを使わせていただいております。
尚このライブラリはオリジナルのOneire.hと入れ替えて使うようになっていますのでおりますのでオリジナルも必要な場合はあらかじめコピーとるとか別な名前で使えるようにするとかの工夫必要です

回路図

プログラム

#include <RTC.h>
#include <GNSS.h>
#include <Wire.h>     //BME280
#include <BME280I2C.h>
#include <OneWire.h> //DS18B20
#include <SDHCI.h>  
#include <Camera.h>
#define MY_TIMEZONE_IN_SECONDS (9 * 60 * 60) // JST
#define SERIAL_BAUD 9600
#define SD_CS_PIN 4        // ← SDカード CSピン
float latitude1(NAN),longitude1(NAN);
int test_lati(0),check_data(0),year_check(0);
String time1(""),time2("");
String filename = "";
String filename1 = "";
SDClass SD;
SpGnss Gnss;
SpNavData  NavData;
BME280I2C bme;
File dataFile;

float temp(NAN), hum(NAN), pres(NAN);//温度・湿度・気圧
String temp2(""); 
int DS18B20_Pin(13); //ピンNo変えるときはOneWire.cppのライブラリも書き換える
OneWire ds(DS18B20_Pin);  // on digital pin 13
//Camera
/**
 * Print error message
 */

void printError(enum CamErr err)
{
  Serial.print("Error: ");
  switch (err)
    {
      case CAM_ERR_NO_DEVICE:
        Serial.println("No Device");
        break;
      case CAM_ERR_ILLEGAL_DEVERR:
        Serial.println("Illegal device error");
        break;
      case CAM_ERR_ALREADY_INITIALIZED:
        Serial.println("Already initialized");
        break;
      case CAM_ERR_NOT_INITIALIZED:
        Serial.println("Not initialized");
        break;
      case CAM_ERR_NOT_STILL_INITIALIZED:
        Serial.println("Still picture not initialized");
        break;
      case CAM_ERR_CANT_CREATE_THREAD:
        Serial.println("Failed to create thread");
        break;
      case CAM_ERR_INVALID_PARAM:
        Serial.println("Invalid parameter");
        break;
      case CAM_ERR_NO_MEMORY:
        Serial.println("No memory");
        break;
      case CAM_ERR_USR_INUSED:
        Serial.println("Buffer already in use");
        break;
      case CAM_ERR_NOT_PERMITTED:
        Serial.println("Operation not permitted");
        break;
      default:
        break;
    }
}

/**
 * Callback from Camera library when video frame is captured.
 */

void CamCB(CamImage img)
{
  /* Check the img instance is available or not. */

  if (img.isAvailable())
    {

      /* If you want RGB565 data, convert image data format to RGB565 */

      img.convertPixFormat(CAM_IMAGE_PIX_FMT_RGB565);

      /* You can use image data directly by using getImgSize() and getImgBuff().
       * for displaying image to a display, etc. */

//      Serial.print("Image data size = ");
//      Serial.print(img.getImgSize(), DEC);
//      Serial.print(" , ");

//      Serial.print("buff addr = ");
//      Serial.print((unsigned long)img.getImgBuff(), HEX);
//      Serial.println("");
    }
  else
    {
      Serial.println("Failed to get video stream image");
    }
}
//Camera

//GNSS
void printClock(RtcTime &rtc){
time1 = String(rtc.year())+","+String(rtc.month())+","+String(rtc.day());
time2 = String(rtc.hour())+":"+String(rtc.minute());
year_check = rtc.year();
}

void updateClock(){
  static RtcTime old;
  RtcTime now = RTC.getTime();
  if (now != old){
    printClock(now);
    old = now;
  }
}

void printBME280Data(Stream* client){
   BME280::TempUnit tempUnit(BME280::TempUnit_Celsius);
   BME280::PresUnit presUnit(BME280::PresUnit_Pa);
   bme.read(pres, temp, hum, tempUnit, presUnit);
  temp2 = String(temp,1)+","+String(hum,0)+","+String(pres/100,1);
   delay(10);
}
float getTemp(){ //DS18B20温度測定
delay(50);
  //returns the temperature from one DS18S20 in DEG Celsius
  byte data[12];
  byte addr[8];
  if ( !ds.search(addr)){
      //no more sensors on chain, reset search
      ds.reset_search();
      return -1000;
  }
  if ( OneWire::crc8( addr, 7) != addr[7]){
      Serial.println("CRC is not valid!");
      return -1000;
  }
  if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28){
      Serial.print("Device is not recognized");
      return -1000;
  }
  delay(50);
  ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0x44,1); // start conversion, with parasite power on at the end
  byte present = ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0xBE); // Read Scratchpad
  for (int i = 0; i < 9; i++) { // we need 9 bytes
    data[i] = ds.read();
  }
  ds.reset_search();
  byte MSB = data[1];
  byte LSB = data[0];
  float tempRead = ((MSB << 8) | LSB); //using two's compliment
  float TemperatureSum = tempRead / 16;
  return TemperatureSum;
}


String zero2(int v) {
  if (v < 10) return "0" + String(v);
  return String(v);
}


void setup(){
  pinMode(LED0, OUTPUT);
  pinMode(LED1, OUTPUT);
  pinMode(LED2, OUTPUT);
  pinMode(LED3, OUTPUT);
  Serial.begin(SERIAL_BAUD);
  while (!Serial);
 Wire.begin(); //拡張基板I2C用

     Serial.println("Start Wire!"); 

 RTC.begin();
  int ret;
  ret = Gnss.begin();
  assert(ret == 0);
  ret = Gnss.start();
  assert(ret == 0);

       Serial.println("Start GNSS!"); 
 while(!bme.begin())
  {
    Serial.println("Could not find BME280 sensor!");
    delay(1000);
  }

         Serial.println("Start BME280!"); 
  if (Gnss.waitUpdate()){
    // Get the UTC time
    Gnss.getNavData(&NavData);
    SpGnssTime *time = &NavData.time;
    // Check if the acquired UTC time is accurate
    if (time->year >= 2000) {
      RtcTime now = RTC.getTime();
// Convert SpGnssTime to RtcTime
      RtcTime gps(time->year, time->month, time->day,
                  time->hour, time->minute, time->sec, time->usec * 1000);
#ifdef MY_TIMEZONE_IN_SECONDS
// Set the time difference
      gps += MY_TIMEZONE_IN_SECONDS;
#endif
      int diff = now - gps;
      if (abs(diff) >= 1) {
        RTC.setTime(gps);
      }
    }
  }
while(check_data == 0){
  if (Gnss.waitUpdate()) {
    Gnss.getNavData(&NavData);
    SpGnssTime *time = &NavData.time;
    if (time->year >= 2000) {
      RtcTime now = RTC.getTime();
      RtcTime gps(time->year, time->month, time->day,
                  time->hour, time->minute, time->sec, time->usec * 1000);
#ifdef MY_TIMEZONE_IN_SECONDS
      gps += MY_TIMEZONE_IN_SECONDS;
#endif
      int diff = now - gps;
      if (abs(diff) >= 1) {
        RTC.setTime(gps);
      }
    }
  }
  updateClock();
  Gnss.waitUpdate();
  delay(10);
  Gnss.getNavData(&NavData);
  digitalWrite(LED0,HIGH);
  delay(10);
latitude1 =  (NavData.latitude); 
longitude1 = (NavData.longitude);
  delay(10);
  test_lati = (NavData.latitude);
  if(test_lati >0){
  check_data = 1;
  }
}
  // updateClock();
   // --- SDカード初期化 ---
  Serial.print("Initializing SD card... ");
  if (!SD.begin(SD_CS_PIN)) {  
    Serial.println("SD init failed!");
  } else {
    Serial.println("SD init OK.");
  }


digitalWrite(LED0,LOW);
    getTemp();
//Camera
/* begin() without parameters means that
   * number of buffers = 1, 30FPS, QVGA, YUV 4:2:2 format */
  CamErr err;
  Serial.println("Prepare camera");
  err = theCamera.begin();
  if (err != CAM_ERR_SUCCESS)
    {
      printError(err);
    }

  /* Start video stream.
   * If received video stream data from camera device,
   *  camera library call CamCB.
   */

  Serial.println("Start streaming");
  err = theCamera.startStreaming(true, CamCB);
  if (err != CAM_ERR_SUCCESS)
    {
      printError(err);
    }

  /* Auto white balance configuration */

  Serial.println("Set Auto white balance parameter");
  err = theCamera.setAutoWhiteBalanceMode(CAM_WHITE_BALANCE_DAYLIGHT);
  if (err != CAM_ERR_SUCCESS)
    {
      printError(err);
    }
 
  /* Set parameters about still picture.
   * In the following case, QUADVGA and JPEG.
   */

  Serial.println("Set still picture format");
  err = theCamera.setStillPictureImageFormat(
     CAM_IMGSIZE_QUADVGA_H,
     CAM_IMGSIZE_QUADVGA_V,
     CAM_IMAGE_PIX_FMT_JPG);
  if (err != CAM_ERR_SUCCESS)
    {
      printError(err);
    }


/**
 * @brief Take picture with format JPEG per second
 */

//Camera    
}

void loop(){

  float temperature = getTemp();
   printBME280Data(&Serial);
   delay(10);

  Serial.println("BME280 temp = ");

updateClock();
  Gnss.waitUpdate();
  delay(10);
  Gnss.getNavData(&NavData);
  delay(10);
latitude1 =  (NavData.latitude); 
longitude1 = (NavData.longitude);
  int yy = year_check % 100;  // 下2桁
  int mm = RTC.getTime().month();
  int dd = RTC.getTime().day();
  int hh = RTC.getTime().hour();
  int mi = RTC.getTime().minute();

  filename = zero2(yy) + zero2(mm) + zero2(dd) + zero2(hh) + zero2(mi) + ".csv";
  Serial.println("CSV filename = " + filename);
String data1 = String(time1)+","+String(latitude1)+","+String(longitude1)+","+String(temp2)+","+String(temperature,1);
dataFile = SD.open("/" + filename, FILE_WRITE);
if (dataFile) {
  dataFile.println(data1);
  dataFile.close();
  Serial.println("Write OK: " + data1);
} else {
  Serial.println("Write ERROR: " + filename);
}
// -----------------------------
delay(10);
//Camera
     Serial.println("Call takePicture()");
      CamImage img = theCamera.takePicture();

      /* Check availability of the img instance. */
      /* If any errors occur, the img is not available. */

      if (img.isAvailable())
        {
          /* Create file name */

      filename1 = zero2(yy) + zero2(mm) + zero2(dd) + zero2(hh) + zero2(mi) + ".jpg";
  Serial.println("JPEG filename = " + filename1);
          Serial.print("Save taken picture as ");
          Serial.print(filename1);
          Serial.println("");

          /* Remove the old file with the same file name as new created file,
           * and create new file.
           */

          SD.remove(filename1);
          File myFile = SD.open(filename1, FILE_WRITE);
          myFile.write(img.getImgBuff(), img.getImgSize());
          myFile.close();
          delay(100);
        }
      else
        {
          /* The size of a picture may exceed the allocated memory size.
           * Then, allocate the larger memory size and/or decrease the size of a picture.
           * [How to allocate the larger memory]
           * - Decrease jpgbufsize_divisor specified by setStillPictureImageFormat()
           * - Increase the Memory size from Arduino IDE tools Menu
           * [How to decrease the size of a picture]
           * - Decrease the JPEG quality by setJPEGQuality()
           */

          Serial.println("Failed to take picture");
        }
//Camera
delay(10);
digitalWrite(LED3,HIGH);
delay(30000);
digitalWrite(LED3,LOW);
delay(150000);
}

出力ファイル例

ファイル名で2020年1月26日4時22分を表しています
2601020422.csv
データの並び　年　月　日　緯度　経度　温度　湿度　気圧　DS18B20の温度
2026,1,26,35.36,138.77,9.0,75,980.4,8.1
ほかにカメラ画像を日付付き名前のjpeg保存しております。

最後に

カメラを固定する方法に手間取り、1月に３Dプリンタを購入して部材を作りました
　外装ケースまで作る事が出来なかったので、試作といたしました。