Raspberry Pi デバイスをリモート監視ソリューションアクセラレータに接続する (C)

[アーティクル]
03/08/2019

このチュートリアルでは、次のテレメトリを、リモート監視のソリューションアクセラレータに送信する Chiller デバイスを実装します。

気温
圧力
湿度

わかりやすくするために、コードでは、Chiller に対してサンプルテレメトリ値を生成します。このサンプルを拡張するには、実際のセンサーをデバイスに接続し、実際のテレメトリを送信します。

サンプルデバイスでは、次の操作も行います。

メタデータをソリューションに送信して、機能を記述する。
ソリューションの [デバイス] ページからトリガーされたアクションに応答する。
ソリューションの [デバイス] ページから送信された構成変更に応答する。

このチュートリアルを完了するには、アクティブな Azure アカウントが必要になります。アカウントがない場合は、無料試用アカウントを数分で作成することができます。詳細については、「Azure の無料試用版サイト」を参照してください。

開始する前に

デバイス用のコードを作成する前に、リモート監視ソリューションアクセラレータをデプロイし、そのソリューションに新しい実在のデバイスを追加します。

リモート監視ソリューションアクセラレータをデプロイする

このチュートリアルで作成する Chiller デバイスは、リモート監視ソリューションアクセラレータのインスタンスにデータを送信します。リモート監視ソリューションアクセラレータを Azure アカウントにまだプロビジョニングしていない場合は、「Deploy the remote monitoring solution accelerator (リモート監視ソリューションアクセラレータをデプロイする)」を参照してください

リモート監視ソリューションのデプロイプロセスが完了したら、 [起動] をクリックしてブラウザーでソリューションダッシュボードを開きます。

ソリューションダッシュボード

デバイスをリモート監視ソリューションに追加する

Note

ソリューションにデバイスを既に追加している場合は、この手順を省略して構いません。ただし、次の手順では、デバイスの接続文字列が必要です。デバイスの接続文字列は、Azure Portal から、または az iot CLI ツールを使用して取得できます。

デバイスがソリューションアクセラレータに接続するには、有効な資格情報を使用して IoT Hub に対してデバイス自身の ID を証明する必要があります。ソリューションにデバイスを追加するときに、これらの資格情報を含むデバイスの接続文字列を保存する機会が与えられます。このチュートリアルの後半で、クライアントアプリケーションにデバイスの接続文字列を含めます。

デバイスをリモート監視ソリューションに追加するには、ソリューションの [デバイスエクスプローラー] ページで次の手順を実行します。

[+ 新規デバイス] を選択し、 [デバイスの種類] で [実際] を選択します。
デバイス ID として「Physical-chiller」と入力します。 [対称キー] オプションと [キーの自動生成] オプションを選択します。
[適用] を選択します。 デバイス ID、主キー、接続文字列の主キーの値をメモします。

これで、実在のデバイスをリモート監視ソリューションアクセラレータに追加して、デバイスの接続文字列をメモできました。以降のセクションでは、デバイスの接続文字列を使用してソリューションに接続するクライアントアプリケーションを実装します。

クライアントアプリケーションでは、組み込みの Chiller デバイスモデルが実装されます。ソリューションアクセラレータのデバイスモデルは、デバイスについて次の情報を指定します。

デバイスがソリューションにレポートするプロパティ。たとえば、Chiller デバイスは、そのファームウェアと位置に関する情報をレポートします。
デバイスがソリューションに送信するテレメトリの種類。たとえば、Chiller デバイスは、温度、湿度、および気圧の値を送信します。
ソリューションからスケジュールしてデバイスで実行できるメソッド。たとえば、Chiller デバイスは、Reboot、FirmwareUpdate、EmergencyValveRelease、および IncreasePressure メソッドを実装する必要があります。

このチュートリアルでは、実デバイスをリモート監視ソリューションアクセラレータに接続する方法を示します。制限付きのデバイス上で実行される多くの組み込みアプリケーションと同様、Raspberry Pi デバイスアプリケーションのためのクライアントコードは C で書かれています。このチュートリアルでは、Raspbian OS を実行する Raspberry Pi でアプリケーションを構築します。

デバイスをシミュレートする場合は、「新しいシミュレートされたデバイスの作成とテスト」を参照してください。

必要なハードウェア

Raspberry Pi でコマンドラインにリモート接続するためのデスクトップコンピューター。

Raspberry Pi 3 用 Microsoft IoT スタートキットまたは同等のコンポーネント。このチュートリアルでは、キット内の次のものを使用します。

Raspberry Pi 3
microSD カード (NOOBS をインストール済み)
USB ミニケーブル
イーサネットケーブル

必要なデスクトップソフトウェア

Raspberry Pi でコマンドラインにリモートでアクセスするための SSH クライアントがデスクトップコンピューターに必要です。

Windows には SSH クライアントは含まれていません。 PuTTY を使用することをお勧めします。
ほとんどの Linux ディストリビューションと Mac OS には、コマンドライン SSH ユーティリティが含まれています。詳細については、「SSH Using Linux or Mac OS (Linux または Mac OS を使用した SSH 接続)」を参照してください。

必要な Raspberry Pi ソフトウェア

この記事では、ユーザーが最新バージョンの Raspbian OS を Raspberry Pi にインストール済みであることを前提としています。

次の手順では、ソリューションアクセラレータに接続する C アプリケーションを構築するために、Raspberry Pi を準備する方法を示しています。

ssh を使用して Raspberry Pi に接続します。詳細については、Raspberry Pi の Web サイトの SSH (Secure Shell) のセクションを参照してください。
次のコマンドを使用して Raspberry Pi を更新します。
```
sudo apt-get update
```
このハウツーガイドの手順を完了するには、Linux 開発環境の設定に関するページに示されている手順に従って、必要な開発ツールとライブラリを Raspberry Pi に追加します。

コードを表示する

このガイドで使用されるサンプルコードは、Azure IoT C SDK GitHub リポジトリで入手できます。

ソースコードをダウンロードしてプロジェクトを準備する

プロジェクトを準備するには、GitHub から Azure IoT C SDK リポジトリを複製またはダウンロードします。

サンプルは、samples/solutions/remote_monitoring_client フォルダーにあります。

テキストエディターで、samples/solutions/remote_monitoring_client フォルダー内の remote_monitoring.c ファイルを開きます。

コードのチュートリアル

このセクションでは、サンプルコードのいくつかの重要な部分について説明し、これらがどのようにリモート監視ソリューションアクセラレータに関連しているかについて説明します。

次のスニペットは、デバイスの機能を記述するレポートされたプロパティがどのように定義されているかを示しています。これには次のようなプロパティがあります。

ソリューションアクセラレータがデバイスをマップに追加できるようにするためのデバイスの場所。
現在のファームウェアバージョン。
デバイスでサポートされているメソッドの一覧。
デバイスによって送信されるテレメトリメッセージのスキーマ。

typedef struct MESSAGESCHEMA_TAG
{
    char* name;
    char* format;
    char* fields;
} MessageSchema;

typedef struct TELEMETRYSCHEMA_TAG
{
    MessageSchema messageSchema;
} TelemetrySchema;

typedef struct TELEMETRYPROPERTIES_TAG
{
    TelemetrySchema temperatureSchema;
    TelemetrySchema humiditySchema;
    TelemetrySchema pressureSchema;
} TelemetryProperties;

typedef struct CHILLER_TAG
{
    // Reported properties
    char* protocol;
    char* supportedMethods;
    char* type;
    char* firmware;
    FIRMWARE_UPDATE_STATUS firmwareUpdateStatus;
    char* location;
    double latitude;
    double longitude;
    TelemetryProperties telemetry;

    // Manage firmware update process
    char* new_firmware_version;
    char* new_firmware_URI;
} Chiller;

このサンプルには、Parson ライブラリを使用してこのデータ構造をシリアル化する serializeToJson 関数が含まれています。

このサンプルには、クライアントがソリューションアクセラレータと対話するときに情報をコンソールに出力するいくつかのコールバック関数が含まれています。

connection_status_callback
send_confirm_callback
reported_state_callback
device_method_callback

次のスニペットは、device_method_callback 関数を示しています。この関数は、ソリューションアクセラレータからメソッド呼び出しを受け取ったときに実行するアクションを決定します。この関数は、userContextCallback パラメーター内の Chiller データ構造への参照を受け取ります。 userContextCallback の値は、main 関数でコールバック関数が構成されるときに設定されます。

static int device_method_callback(const char* method_name, const unsigned char* payload, size_t size, unsigned char** response, size_t* response_size, void* userContextCallback)
{
    Chiller *chiller = (Chiller *)userContextCallback;

    int result;

    (void)printf("Direct method name:    %s\r\n", method_name);

    (void)printf("Direct method payload: %.*s\r\n", (int)size, (const char*)payload);

    if (strcmp("Reboot", method_name) == 0)
    {
        MESSAGERESPONSE(201, "{ \"Response\": \"Rebooting\" }")
    }
    else if (strcmp("EmergencyValveRelease", method_name) == 0)
    {
        MESSAGERESPONSE(201, "{ \"Response\": \"Releasing emergency valve\" }")
    }
    else if (strcmp("IncreasePressure", method_name) == 0)
    {
        MESSAGERESPONSE(201, "{ \"Response\": \"Increasing pressure\" }")
    }
    else if (strcmp("FirmwareUpdate", method_name) == 0)
    {
        if (chiller->firmwareUpdateStatus != IDLE)
        {
            (void)printf("Attempt to invoke firmware update out of order\r\n");
            MESSAGERESPONSE(400, "{ \"Response\": \"Attempting to initiate a firmware update out of order\" }")
        }
        else
        {
            getFirmwareUpdateValues(chiller, payload);

            if (chiller->new_firmware_version != NULL && chiller->new_firmware_URI != NULL)
            {
                // Create a thread for the long-running firmware update process.
                THREAD_HANDLE thread_apply;
                THREADAPI_RESULT t_result = ThreadAPI_Create(&thread_apply, do_firmware_update, chiller);
                if (t_result == THREADAPI_OK)
                {
                    (void)printf("Starting firmware update thread\r\n");
                    MESSAGERESPONSE(201, "{ \"Response\": \"Starting firmware update thread\" }")
                }
                else
                {
                    (void)printf("Failed to start firmware update thread\r\n");
                    MESSAGERESPONSE(500, "{ \"Response\": \"Failed to start firmware update thread\" }")
                }
            }
            else
            {
                (void)printf("Invalid method payload\r\n");
                MESSAGERESPONSE(400, "{ \"Response\": \"Invalid payload\" }")
            }
        }
    }
    else
    {
        // All other entries are ignored.
        (void)printf("Method not recognized\r\n");
        MESSAGERESPONSE(400, "{ \"Response\": \"Method not recognized\" }")
    }

    return result;
}

このサンプルは、ソリューションアクセラレータがファームウェア更新メソッドを呼び出したときに JSON ペイロードを逆シリアル化し、バックグラウンドスレッドを開始して更新プロセスを完了します。次のスニペットは、スレッドで実行される do_firmware_update を示しています。

/*
 This is a thread allocated to process a long-running device method call.
 It uses device twin reported properties to communicate status values
 to the Remote Monitoring solution accelerator.
*/
static int do_firmware_update(void *param)
{
    Chiller *chiller = (Chiller *)param;
    printf("Running simulated firmware update: URI: %s, Version: %s\r\n", chiller->new_firmware_URI, chiller->new_firmware_version);

    printf("Simulating download phase...\r\n");
    chiller->firmwareUpdateStatus = DOWNLOADING;
    sendChillerReportedProperties(chiller);

    ThreadAPI_Sleep(5000);

    printf("Simulating apply phase...\r\n");
    chiller->firmwareUpdateStatus = APPLYING;
    sendChillerReportedProperties(chiller);

    ThreadAPI_Sleep(5000);

    printf("Simulating reboot phase...\r\n");
    chiller->firmwareUpdateStatus = REBOOTING;
    sendChillerReportedProperties(chiller);

    ThreadAPI_Sleep(5000);

    size_t size = strlen(chiller->new_firmware_version) + 1;
    (void)memcpy(chiller->firmware, chiller->new_firmware_version, size);

    chiller->firmwareUpdateStatus = IDLE;
    sendChillerReportedProperties(chiller);

    return 0;
}

次のスニペットは、クライアントがテレメトリメッセージをソリューションアクセラレータに送信する方法を示しています。メッセージプロパティには、ソリューションアクセラレータがテレメトリをダッシュボードに表示するのに役立つメッセージスキーマが含まれています。

static void send_message(IOTHUB_DEVICE_CLIENT_HANDLE handle, char* message, char* schema)
{
    IOTHUB_MESSAGE_HANDLE message_handle = IoTHubMessage_CreateFromString(message);
    if (message_handle != NULL)
    {
        // Set system properties
        (void)IoTHubMessage_SetMessageId(message_handle, "MSG_ID");
        (void)IoTHubMessage_SetCorrelationId(message_handle, "CORE_ID");
        (void)IoTHubMessage_SetContentTypeSystemProperty(message_handle, "application%2fjson");
        (void)IoTHubMessage_SetContentEncodingSystemProperty(message_handle, "utf-8");

        // Set application properties
        MAP_HANDLE propMap = IoTHubMessage_Properties(message_handle);
        (void)Map_AddOrUpdate(propMap, "$$MessageSchema", schema);
        (void)Map_AddOrUpdate(propMap, "$$ContentType", "JSON");

        time_t now = time(0);
        struct tm* timeinfo;
#ifdef _MSC_VER
#pragma warning(push)
#pragma warning(disable: 4996) /* Suppress warning about possible unsafe function in Visual Studio */
#endif
        timeinfo = gmtime(&now);
#ifdef _MSC_VER
#pragma warning(pop)
#endif
        char timebuff[50];
        strftime(timebuff, 50, "%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ", timeinfo);
        (void)Map_AddOrUpdate(propMap, "$$CreationTimeUtc", timebuff);

        IoTHubDeviceClient_SendEventAsync(handle, message_handle, send_confirm_callback, NULL);

        IoTHubMessage_Destroy(message_handle);
    }
}

サンプルの main 関数:

SDK サブシステムを初期化およびシャットダウンします。
Chiller データ構造を初期化します。
レポートされたプロパティをソリューションアクセラレータに送信します。
デバイスメソッドコールバック関数を構成します。
シミュレートされたテレメトリ値をソリューションアクセラレータに送信します。

int main(void)
{
    srand((unsigned int)time(NULL));
    double minTemperature = 50.0;
    double minPressure = 55.0;
    double minHumidity = 30.0;
    double temperature = 0;
    double pressure = 0;
    double humidity = 0;

    (void)printf("This sample simulates a Chiller device connected to the Remote Monitoring solution accelerator\r\n\r\n");

    // Used to initialize sdk subsystem
    (void)IoTHub_Init();

    (void)printf("Creating IoTHub handle\r\n");
    // Create the iothub handle here
    device_handle = IoTHubDeviceClient_CreateFromConnectionString(connectionString, MQTT_Protocol);
    if (device_handle == NULL)
    {
        (void)printf("Failure creating IotHub device. Hint: Check your connection string.\r\n");
    }
    else
    {
        // Setting connection status callback to get indication of connection to iothub
        (void)IoTHubDeviceClient_SetConnectionStatusCallback(device_handle, connection_status_callback, NULL);

        Chiller chiller;
        memset(&chiller, 0, sizeof(Chiller));
        chiller.protocol = "MQTT";
        chiller.supportedMethods = "Reboot,FirmwareUpdate,EmergencyValveRelease,IncreasePressure";
        chiller.type = "Chiller";
        size_t size = strlen(initialFirmwareVersion) + 1;
        chiller.firmware = malloc(size);
        if (chiller.firmware == NULL)
        {
            (void)printf("Chiller Firmware failed to allocate memory.\r\n");
        }
        else
        {
            memcpy(chiller.firmware, initialFirmwareVersion, size);
            chiller.firmwareUpdateStatus = IDLE;
            chiller.location = "Building 44";
            chiller.latitude = 47.638928;
            chiller.longitude = -122.13476;
            chiller.telemetry.temperatureSchema.messageSchema.name = "chiller-temperature;v1";
            chiller.telemetry.temperatureSchema.messageSchema.format = "JSON";
            chiller.telemetry.temperatureSchema.messageSchema.fields = "{\"temperature\":\"Double\",\"temperature_unit\":\"Text\"}";
            chiller.telemetry.humiditySchema.messageSchema.name = "chiller-humidity;v1";
            chiller.telemetry.humiditySchema.messageSchema.format = "JSON";
            chiller.telemetry.humiditySchema.messageSchema.fields = "{\"humidity\":\"Double\",\"humidity_unit\":\"Text\"}";
            chiller.telemetry.pressureSchema.messageSchema.name = "chiller-pressure;v1";
            chiller.telemetry.pressureSchema.messageSchema.format = "JSON";
            chiller.telemetry.pressureSchema.messageSchema.fields = "{\"pressure\":\"Double\",\"pressure_unit\":\"Text\"}";

            sendChillerReportedProperties(&chiller);

            (void)IoTHubDeviceClient_SetDeviceMethodCallback(device_handle, device_method_callback, &chiller);

            while (1)
            {
                temperature = minTemperature + ((double)(rand() % 10) + 5);
                pressure = minPressure + ((double)(rand() % 10) + 5);
                humidity = minHumidity + ((double)(rand() % 20) + 5);

                if (chiller.firmwareUpdateStatus == IDLE)
                {
                    (void)printf("Sending sensor value Temperature = %f %s,\r\n", temperature, "F");
                    (void)sprintf_s(msgText, sizeof(msgText), "{\"temperature\":%.2f,\"temperature_unit\":\"F\"}", temperature);
                    send_message(device_handle, msgText, chiller.telemetry.temperatureSchema.messageSchema.name);


                    (void)printf("Sending sensor value Pressure = %f %s,\r\n", pressure, "psig");
                    (void)sprintf_s(msgText, sizeof(msgText), "{\"pressure\":%.2f,\"pressure_unit\":\"psig\"}", pressure);
                    send_message(device_handle, msgText, chiller.telemetry.pressureSchema.messageSchema.name);


                    (void)printf("Sending sensor value Humidity = %f %s,\r\n", humidity, "%");
                    (void)sprintf_s(msgText, sizeof(msgText), "{\"humidity\":%.2f,\"humidity_unit\":\"%%\"}", humidity);
                    send_message(device_handle, msgText, chiller.telemetry.humiditySchema.messageSchema.name);
                }

                ThreadAPI_Sleep(5000);
            }

            (void)printf("\r\nShutting down\r\n");

            // Clean up the iothub sdk handle and free resources
            IoTHubDeviceClient_Destroy(device_handle);
            free(chiller.firmware);
            free(chiller.new_firmware_URI);
            free(chiller.new_firmware_version);
        }
    }
    // Shutdown the sdk subsystem
    IoTHub_Deinit();

    return 0;
}

アプリケーションの構築と実行

次の手順では、CMake を使用してクライアントアプリケーションをビルドする方法について説明します。リモート監視クライアントアプリケーションは、SDK のビルドプロセスの一環として構築されます。

remote_monitoring.c ファイルを編集し、<connectionstring> を、ソリューションアクセラレータにデバイスを追加したときにこのハウツーガイドの冒頭でメモしたデバイス接続文字列に置き換えます。
Azure IoT C SDK リポジトリリポジトリの複製されたコピーのルートに移動し、次のコマンドを実行してクライアントアプリケーションを構築します。
```
mkdir cmake
cd cmake
cmake ../
make
```
クライアントアプリケーションを実行し、テレメトリを IoT Hub に送信します。
```
./samples/solutions/remote_monitoring_client/remote_monitoring_client
```
コンソールには、次のメッセージが表示されます。
- アプリケーションは、ソリューションアクセラレータにサンプルテレメトリを送信します。
- ソリューションのダッシュボードから呼び出されたメソッドに応答します。

デバイステレメトリを表示する

デバイスから送信されたテレメトリは、ソリューションの [デバイスエクスプローラー] ページで表示できます。

プロビジョニングしたデバイスを、 [デバイスエクスプローラー] ページのデバイスの一覧から選択します。パネルには、デバイステレメトリのプロットなど、デバイスに関する情報が表示されます。
[気圧] を選択して、テレメトリの表示を変更します。
デバイスに関する診断情報を表示するには、下へスクロールして、 [診断] に移動します。

デバイスを操作する

デバイスでメソッドを呼び出すには、リモート監視ソリューションの [デバイスエクスプローラー] ページを使用します。たとえば、リモート監視ソリューションで、Chiller デバイスが Reboot メソッドを実装しています。

[デバイス] を選択して、ソリューションの [デバイスエクスプローラー] ページに移動します。
プロビジョニングしたデバイスを、 [デバイスエクスプローラー] ページのデバイスの一覧から選択します。
デバイスで呼び出すことができるメソッドの一覧を表示するには、 [ジョブ] を選択してから、 [メソッド] を選択します。複数のデバイスで実行するジョブのスケジュールを設定するために、一覧から複数のデバイスを選択することができます。 [ジョブ] パネルには、選択したすべてのデバイスに共通のメソッドの型が表示されます。
[再起動] を選択し、ジョブ名を RebootPhysicalChiller に変更して、 [適用] を選択します。
シミュレートされたデバイスがメソッドを処理しているとき、デバイスコードを実行しているコンソールに一連のメッセージが表示されます。

Note

ソリューションでジョブの状態を追跡するには、 [View Job Status]\(ジョブ状態の表示\) を選択します。

次のステップ

「リモート監視の構成済みソリューションのカスタマイズ」の記事では、ソリューションアクセラレータをカスタマイズする方法をいくつか説明します。

次の方法で共有

Raspberry Pi デバイスをリモート監視ソリューションアクセラレータに接続する (C)

開始する前に

リモート監視ソリューションアクセラレータをデプロイする

デバイスをリモート監視ソリューションに追加する

必要なハードウェア

必要なデスクトップソフトウェア

必要な Raspberry Pi ソフトウェア

コードを表示する

ソースコードをダウンロードしてプロジェクトを準備する

コードのチュートリアル

アプリケーションの構築と実行

デバイステレメトリを表示する

デバイスを操作する

次のステップ

その他のリソース

次の方法で共有

Raspberry Pi デバイスをリモート監視ソリューション アクセラレータに接続する (C)

開始する前に

リモート監視ソリューション アクセラレータをデプロイする

デバイスをリモート監視ソリューションに追加する

必要なハードウェア

必要なデスクトップ ソフトウェア

必要な Raspberry Pi ソフトウェア

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ソース コードをダウンロードしてプロジェクトを準備する

コードのチュートリアル

アプリケーションの構築と実行

デバイス テレメトリを表示する

デバイスを操作する

次のステップ

その他のリソース

Raspberry Pi デバイスをリモート監視ソリューションアクセラレータに接続する (C)

リモート監視ソリューションアクセラレータをデプロイする

必要なデスクトップソフトウェア

ソースコードをダウンロードしてプロジェクトを準備する

デバイステレメトリを表示する