Node.js with Arduino

Draft
作成日：2013年2月23日
作成者：AONO Masayuki＜msyaono(at)rockos.co.jp>

本書はArduinoを使ってnode.jsと連携するまでの記録です。

1 導入編

ハードウェア構成

ここでは、Arduinoをネットワークに繋いで照度センサの値をnode.jsアプリに送るために必要な最小構成のハードウェアを準備する。

名称	メーカ(購入先)	数量	単価	備考
ARDUINO Uno R3	Amazon	1	2,520
イーサネットシールド for Arduino (micro SD, Wiznet W5100)	Amazon	1	1,700	MacAddr 90-A2-DA-0D-D1-A3
ブレッドボード	Amazon	1
Cdsセル、抵抗、ジャンパ線	Amazon	一式
USBケーブル(A-B)	Amazon	1

setup&config

Arduino IDEのMac版をダウンロード
ArduinoとMacをUSBケーブルで接続
IDEを立ち上げてツール->シリアルポートから/dev/tty.usbmodemfd121を選択する。

動作確認

LEDブリンクサンプル

ファイル->スケッチの例->01.Basics->Blinkを選択する。
サンプルソースコードがIDE上に表示されるので、コマンドキー⌘+Rでコンパイルする。
⌘+UでArduinoに書き込む。
バイナリが正常に転送されるとプログラムが走り、LEDが1秒周期でON/OFFする。

Webserverサンプル

ファイル->スケッチの例->Ethernet->WebServerを選択する。

MACアドレスとIPアドレスを書き換える。

byte mac[] = { 
0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0D, 0xD1, 0xA3 };
IPAddress ip(192,168,50, 177);

⌘+Rでコンパイル、⌘+UでArduinoに書き込む。
同じセグメントからhttp://192,168.50.177にアクセスすると、アナログ値が表示される。

sample source

/*
  Web Server
 
 A simple web server that shows the value of the analog input pins.
 using an Arduino Wiznet Ethernet shield. 
 
 Circuit:
 * Ethernet shield attached to pins 10, 11, 12, 13
 * Analog inputs attached to pins A0 through A5 (optional)
 
 created 18 Dec 2009
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe
 
 */

#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = { 
  0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0D, 0xD1, 0xA3 };
IPAddress ip(192,168,50, 177);

// Initialize the Ethernet server library
// with the IP address and port you want to use 
// (port 80 is default for HTTP):
EthernetServer server(80);

void setup() {
 // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
   while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only
  }


  // start the Ethernet connection and the server:
  Ethernet.begin(mac, ip);
  server.begin();
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}


void loop() {
  // listen for incoming clients
  EthernetClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("new client");
    // an http request ends with a blank line
    boolean currentLineIsBlank = true;
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        char c = client.read();
        Serial.write(c);
        // if you've gotten to the end of the line (received a newline
        // character) and the line is blank, the http request has ended,
        // so you can send a reply
        if (c == '\n' && currentLineIsBlank) {
          // send a standard http response header
          client.println("HTTP/1.1 200 OK");
          client.println("Content-Type: text/html");
          client.println("Connnection: close");
          client.println();
          client.println("<!DOCTYPE HTML>");
          client.println("<html>");
                    // add a meta refresh tag, so the browser pulls again every 5 seconds:
          client.println("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"5\">");
          // output the value of each analog input pin
          for (int analogChannel = 0; analogChannel < 6; analogChannel++) {
            int sensorReading = analogRead(analogChannel);
            client.print("analog input ");
            client.print(analogChannel);
            client.print(" is ");
            client.print(sensorReading);
            client.println("<br />");       
          }
          client.println("</html>");
          break;
        }
        if (c == '\n') {
          // you're starting a new line
          currentLineIsBlank = true;
        } 
        else if (c != '\r') {
          // you've gotten a character on the current line
          currentLineIsBlank = false;
        }
      }
    }
    // give the web browser time to receive the data
    delay(1);
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("client disonnected");
  }
}

Websocketのサンプル

ArduinoにCdsセルを接続し、測定値を生でNode.jsアプリケーションに送信するサンプル。

Githubで公開されているWebsocketclientライブラリをZipでダウンロードする。

以下のフォルダーにコピーする。

 # mv ~/Downloads/ArduinoWebsocketClient-master /Applications/Arduino.app/Contents/Resources/Java/libraries/

ディレクトリ名に’-‘がつくとArduinoIDEにおこられるので、名前を変更する。
```
# mv ArduinoWebsocketClient-master Websocket    
```
ArduinoIDEを起動し、スケッチ->ライブラリを使用->Websocketを選択する。

Arduino側はsocketクライアントとしてプログラムを作成する。

#include "Arduino.h"

#include <WebSocketClient.h>
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>

// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = { 
0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0D, 0xD1, 0xA3 };
IPAddress ip(192,168,50, 177);

/* socket.io server */
char SERVER[] = "192.168.0.150";
byte PORT = 3011;
WebSocketClient client;


// Initialize the Ethernet server library
// with the IP address and port you want to use 

void setup() {


  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
   while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only
  }
  // start the Ethernet connection and the server:
  Ethernet.begin(mac, ip);

  Serial.print("Debug: Setup");
  delay(1000);

  if(client.connect(SERVER, "/socket.io/1/websocket/", 3011)){
    client.setDataArrivedDelegate(dataArrived);
    delay(1000);
  } else { 
    while(1){}
  }

}

void dataArrived(WebSocketClient client, String data) {
  Serial.println("Data Arrived: "+data);
}

/*
 * main loop
 */
void loop() {

  client.monitor();
  /* Read value of Cds cell*/
  int sensorReading = analogRead(0);

  /* send a message */
  String message = "{";
  message += "\"CDS_A0\":";
  message += sensorReading;
  message += "}";

  client.send(message);
  delay(1000);
}

Node.jsで動くSocketサーバのプログラムを以下に示す。

var HOST = '127.0.0.1';
var PORT = 3011;

function log(objs) {
    var d = new Date,
        fmtDate = '',
        month;
    var msg = {};
    month = d.getMonth() + 1;

    fmtDate = d.getFullYear() + '/' + month + '/' +     d.getDate() +
        ' ' + d.getHours() + ':' + d.getMinutes() + ':' +
        d.getSeconds() + ':' + d.getMilliseconds();

    console.log(fmtDate + ' ' + objs.title+':'+objs.info);
}
/**
 *
 */
var ws = require('websocket.io').listen(PORT);

ws.on('connection', function(socket){
    log({'title':'socket','info':'bound on '+PORT});
    socket.on('message', function(data){
        log({'title':'socket','info':data});
    });
});

arduinoを起動した時のServer側のログ

$ node unosrv
$ node websocksrv.js 
2013/2/26 11:37:5:890 socket:bound on 3011
2013/2/26 11:37:7:7 socket:{"CDS_A0":626}
2013/2/26 11:37:8:9 socket:{"CDS_A0":626}
2013/2/26 11:37:9:16 socket:{"CDS_A0":625}
2013/2/26 11:37:10:17 socket:{"CDS_A0":626}
2013/2/26 11:37:11:22 socket:{"CDS_A0":625}