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isakon 2019年10月18日作成 (2020年11月20日更新)
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isakon 2019年10月18日作成 (2020年11月20日更新) セットアップや使用方法 セットアップや使用方法 閲覧数 6240

圧力センサーで圧力を検知してESP-WROOM-02でSlackに投稿する

elchika運営のisakonです！
今回はESP8266と圧力センサーを使って、センサーに圧力が加わっているかどうかを監視し、結果をSlackのメッセージとして投稿するものを作っていこうと思います。

使用したもの

Arduino IDEはv1.8.9を使用しています。

ESP8266の後継品としてBluetoothを内蔵しているESP32があるので、そちらを買ったほうが色々なことができます。

ESP-WROOM-02にArduino IDEのスケッチを書き込めるように設定する

環境設定

ESP-WROOM-02はArduinoマイコンとしても使えるWi-Fiモジュールです。
モジュール自体は400円ほどで買えますが、ブレッドボードなどで扱いやすい2.54mmにピッチ変換されたものも流通しています。

今回はあらかじめArduinoと同一形状の基盤にESP-WROOM-02が搭載されている、スイッチサイエンス様のESPr® Oneを使ってみました。
給電やUSB接続ができるようになっているので、Arduino系のマイコンボードのように使える優れものです。
ただし、動作電圧が 3.3V3.3V なことには気をつけましょう。

ボードを購入したスイッチサイエンス様で「ESP-WROOM-02開発ボードをArduino IDEで開発する方法」が公開されているので、参考にしながら設定していきます。

Arduino IDEを起動し、上部のツールバーから「ファイル → 環境設定」を選択します。
環境設定のウインドウが開くので、下部にある「追加のボードマネージャのURL」にhttps://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.jsonを追加してOKボタンを押します。

環境設定

これでボードマネージャにesp8266が出現するようになりました。
ツールバーから「ツール → ボード → ボードマネージャ」を選択します。
ボードマネージャのウインドウが開くので「esp8266」で検索し、出てきたパッケージをインストールします。

ボードマネージャ

その後、ツールバーの「ツール → ボード → Generic ESP8266 Module」を選択し、下図のように設定を行いました。

ESP-WROOM-02設定

これでESP-WROOM-02に対してArduino IDEでスケッチを書き込めるようになりました👏

動作確認

早速動かしてみましょう！試しにESPr® OneのビルトインのLEDをチカチカさせてみます。
ピッチ変換済みモジュールなどを使っている場合は、LEDと抵抗を回路に組み込んでよしなにしてください。
今回は以下のスケッチを書き込みました。

Lチカ
#define LED_PIN 14;

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  delay(1000);
}

LED1の部分が点滅していればスケッチが書き込めています💡

ESPr®OneでLチカ

圧力センサーを使う

回路を組む

今回はFSR402という圧力センサーを使います。
圧力センサーは普段は 1MΩ1 M\Omega 程度の抵抗値がありますが、センサー部に指などで圧力をかけると抵抗値が下がっていきます。
購入時に付属してくるデータシートによれば、 1kg1kg の圧力を加えると 1kΩ1 k\Omega 程度の抵抗値になるようです。

圧力センサーですが、このままだとブレッドボードに直接挿したりして使うしかなく、少し扱いづらいです。
そこで、少し取り回しを良くするために丸ピンICソケットとジャンパー線をはんだ付けして、熱圧縮チューブで絶縁したものに圧力センサーを挿して使っています。

以下のような回路を組みました。

圧力センサーを組み込んだ回路

圧力センサーは VccV_{cc} に繋ぎ、もう片方は 10kΩ10 k\Omega の抵抗を使ってプルダウンしています。
アナログ入力がA0のみなので、A0ピンと電圧を読み取りたい部分をジャンパー線で繋いでいます。
（ESPr® Oneの場合、入力範囲は 00 ～ 3.3V3.3V で、基板上で 00 ～ 1.0V1.0V に変換してくれます）

オームの法則により電圧降下は抵抗値に比例するので、A0の電圧を VoutV_{out} とすると、

Vcc:Vout=(Rx+R):RV_{cc} : V_{out} = (R_x + R) : R

Vout=RRx+RVccV_{out} = \frac{ R }{ R_ x + R } V_{cc}

RxR_x が非常に大きい（圧力を加えていないとき）と Vout≒0V_{out} \fallingdotseq 0 となり、非常に小さい（十分な圧力を加えているとき）と Vout≒VccV_{out} \fallingdotseq V_{cc} と見なせます。
圧力を加えると電流が流れるスイッチのようなイメージです。

動作確認

Arduino IDEのツールバーの[ツール] → [シリアルモニタ]を選択してシリアルモニタを開き、右下の転送速度を115200bpsに合わせます。
その後、次のスケッチを書き込みます。

アナログピンを読み取る
void setup() {
  // ESP8266の転送速度である115200bpsに設定する
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  int value = analogRead(A0);
  Serial.println(value);
  delay(1000);
}

圧力センサーを指でつまんだり離したりすると、シリアルモニタに0 ～ 1024（ESP8266だと1023ではないようです）の値が表示されます。

圧力センサーを組み込んだ回路

Slackにメッセージを送信する

センサーと連動してSlackなどのサービスに通知したくなることがあると思います。
ESP8266やESP32などのWi-Fiモジュールを組み込むと、モノの状態をセンサーなどで調べつつ、インターネット経由で状態を送信して知ることができるようになります。

まずはセンサーの回路とつながずに、Slackの特定のチャンネルに通知する方法から考えていきます。

Wi-Fiルーターに接続する

ESP8266はライブラリを使えば数行を書くだけで簡単にWi-Fiルーターに接続できます。
ESP8266WiFi libraryを読みながら接続の設定をします。

ESP8266でWi-Fiルーターに接続する
#include <ESP8266WiFi.h>

// 各自設定する
static const String WIFI_SSID = "ssid";
static const String WIFI_PASSWORD = "password";

void setupWifi() {
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  // 接続に数秒かかるので接続されるまでループする
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }

  // DHCPによって割り当てられたIPアドレスを出力する
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  setupWifi();
}

void loop() {
  // noop
}

シニアルモニタにIPアドレスが表示されれば接続成功です。

SlackのIncoming Webhookの設定

https://slack.com/services/new/incoming-webhook にアクセスします。
投稿したいチャンネルを選択して「Incoming Webhook インテグレーションの追加」を押します。

Incoming Webhookの追加

遷移先のページにWebhook URLが書いてあるのでこれを後ほど使います。
このURLを知られると他人でもメッセージを送れてしまうので、管理には気をつけましょう。

また、このページの下部でSlackで表示される名前やアイコンをカスタマイズできます。

メッセージを送信するスケッチを書き込む

先ほど表示されたWebhook URLに対して、POSTリクエストで文字列のJSONを送信すると、指定したチャンネルに投稿されます。
単純なメッセージを送信するだけならpayload={"text": "送信したいメッセージ"}の文字列を送信すれば投稿できます。
投稿ごとにユーザー名を変えたければusernameを、アイコンを変えたければicon_emojiを送信するJSONに含めれば変えられます。

IncomingWebhookでSlackにメッセージを送信する
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h>
#include <WiFiUdp.h>

static const String WIFI_SSID = "ssid";
static const String WIFI_PASSWORD = "password";

static const String SLACK_HOST = "hooks.slack.com";
static const String SLACK_URL = "webhook url";

static const int PORT = 443;
// https通信に使うSlackの2021/02/12まで有効な証明書の拇印
// Chromeのアドレスバーの鍵マーク → 証明書 → 詳細タブ → 拇印の行 の値をコピーする
static const char* FINGERPRINT = "c10d5349d23ee52ba261d59e6f990d3dfd8bb2b3";

void setupWifi() {
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }
  
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void submitSlack() {
  WiFiClientSecure client;
  client.setFingerprint(FINGERPRINT);

  if (!client.connect(SLACK_HOST, PORT)) { 
    Serial.println("Slackとの接続に失敗しました");
  }

  String message = "ESP8266からの送信テスト";
  String payload = "payload={\"text\": \"" + message + "\"}";
  Serial.println(payload.c_str());

  String request = "POST " + SLACK_URL + " HTTP/1.1\n" +
    "Host: " + SLACK_HOST + "\n" +
    "User-Agent: ESP8266\n" +
    "Connection: close\n" +
    "Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n" +
    "Content-Length: " + payload.length() + "\n\n" +
    payload;

  client.println(request);
  delay(7000);

  while (client.available()) {
    // 終端文字まで文字列を読む（終端文字は破棄される）
    String line = client.readStringUntil('\r');
    Serial.print(line);
  }
  
  Serial.println("");
  client.stop();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  setupWifi();
  submitSlack();
}

void loop() {
  // noop
}

スケッチを書き込んでしばらくすると、Slackの指定したチャンネルにメッセージが投稿されます。

Slackに投稿されたメッセージ

圧力検知とSlackへの投稿を組み合わせる

Wi-Fiルーターがあって給電さえできれば圧力を検知した結果をSlackに送信できるようにします。
圧力センサーを使ったスケッチとSlackにメッセージを送信するスケッチを組み合わせます。

圧力センサーに圧力がかかったときにSlackにメッセージを送信する
// 同様の実装なので省略（以下...で既存のコードと同じなので省略の意味）

static const int THRESHOLD = 512;

boolean isEnabled = false;

// ...

void submitSlack() {
  // ...
  String message = isEnabled ? ":nauseated_face:" : ":face_vomiting:";
  // ...
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  setupWifi();
}

void loop() {
  int value = analogRead(A0);
  boolean isPressing = value >= THRESHOLD;

  if (isEnabled != isPressing) {
    isEnabled = isPressing;
    submitSlack(); 
  }

  delay(1000);
}

これで圧力センサーに一定以上の圧力を加えているときと、圧力を加えるのをやめたときにSlackにメッセージが投稿されます🎉

指で圧力をかけてからかけるのをやめたときの投稿

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  • isakon さんが 2019/10/18 に 編集 をしました。 (メッセージ: 初版)
  • isakon さんが 2020/08/21 に 編集 をしました。 (メッセージ: 筆者を明記した)
  • isakon さんが 2020/11/20 に 編集 をしました。
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