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 (Node.js)

[アーティクル]
01/24/2018

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

注意

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。このチュートリアルでは、リソースの制約が少ない環境に適したオプションである Node.js を使用します。

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

まだインストールしていない場合は、Raspberry Pi に Node.js 4.0.0 以上をインストールします。次の手順では、Node.js v6 を Raspberry Pi にインストールする方法を示します。

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
```
次のコマンドを使用して、既存の Node.js のインストールを Raspberry Pi から削除します。
```
sudo apt-get remove nodered -y
sudo apt-get remove nodejs nodejs-legacy -y
sudo apt-get remove npm  -y
```
次のコマンドを使用して、Node.js v6 を Raspberry Pi にダウンロードしてインストールします。
```
curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_6.x | sudo bash -
sudo apt-get install nodejs npm
```
次のコマンドを使用して、Node.js v6.11.4 が正常にインストールされたことを確認します。
```
node --version
```

Node.js ソリューションを作成する

Raspberry Pi への ssh 接続を使用して、次の手順を実行します。

remotemonitoring という名前のフォルダーを Raspberry Pi のホームフォルダーで作成します。コマンドラインでこのフォルダーに移動します。
```
cd ~
mkdir remotemonitoring
cd remotemonitoring
```
次のコマンドを実行して、サンプルアプリケーションを完成させるために必要なパッケージをダウンロードしてインストールします。
```
npm install async azure-iot-device azure-iot-device-mqtt
```
remotemonitoring フォルダーで、remote_monitoring.js という名前のファイルを作成します。このファイルをテキストエディターで開きます。 Raspberry Pi では、nano または vi テキストエディターを使用できます。

remote_monitoring.js ファイルに次の require ステートメントを追加します。

var Protocol = require('azure-iot-device-mqtt').Mqtt;
var Client = require('azure-iot-device').Client;
var Message = require('azure-iot-device').Message;
var async = require('async');

require ステートメントの後に次の変数宣言を追加します。プレースホルダー値 {device connection string} を、リモート監視ソリューションでプロビジョニングしたデバイス用の値に置き換えます。
```
var connectionString = '{device connection string}';
```

基本のテレメトリをいくつか定義するために、次の変数を追加します。

var temperature = 50;
var temperatureUnit = 'F';
var humidity = 50;
var humidityUnit = '%';
var pressure = 55;
var pressureUnit = 'psig';

プロパティ値を定義するには、次の変数を追加します。

var schema = "real-chiller;v1";
var deviceType = "RealChiller";
var deviceFirmware = "1.0.0";
var deviceFirmwareUpdateStatus = "";
var deviceLocation = "Building 44";
var deviceLatitude = 47.638928;
var deviceLongitude = -122.13476;
var deviceOnline = true;

ソリューションに送信する、報告対象プロパティを定義するには、次の変数を追加します。これらのプロパティには、Web UI に表示するメタデータが含まれます。

var reportedProperties = {
  "SupportedMethods": "Reboot,FirmwareUpdate,EmergencyValveRelease,IncreasePressure",
  "Telemetry": {
    [schema]: ""
  },
  "Type": deviceType,
  "Firmware": deviceFirmware,
  "FirmwareUpdateStatus": deviceFirmwareUpdateStatus,
  "Location": deviceLocation,
  "Latitude": deviceLatitude,
  "Longitude": deviceLongitude,
  "Online": deviceOnline
}

操作結果を出力するには、次のヘルパー関数を追加します。

function printErrorFor(op) {
    return function printError(err) {
        if (err) console.log(op + ' error: ' + err.toString());
    };
}

テレメトリの値をランダム化するために使用する次のヘルパー関数を追加します。
```
function generateRandomIncrement() {
    return ((Math.random() * 2) - 1);
}
```

ソリューションからのダイレクトメソッドの呼び出しを処理するため、次の汎用関数を追加します。この関数は、呼び出されたダイレクトメソッドに関する情報を表示しますが、このサンプルではデバイスを変更しません。ソリューションは、次のようにデバイスで動作するダイレクトメソッドを使用します。

function onDirectMethod(request, response) {
  // Implement logic asynchronously here.
  console.log('Simulated ' + request.methodName);

  // Complete the response
  response.send(200, request.methodName + ' was called on the device', function (err) {
    if (err) console.error('Error sending method response :\n' + err.toString());
    else console.log('200 Response to method \'' + request.methodName + '\' sent successfully.');
  });
}

ソリューションからの FirmwareUpdate ダイレクトメソッドの呼び出しを処理するために、次の関数を追加します。この関数は、ダイレクトメソッドのペイロードで渡されたパラメーターを検証し、ファームウェア更新シミュレーションを非同期に実行します。

function onFirmwareUpdate(request, response) {
  // Get the requested firmware version from the JSON request body
  var firmwareVersion = request.payload.Firmware;
  var firmwareUri = request.payload.FirmwareUri;

  // Ensure we got a firmware values
  if (!firmwareVersion || !firmwareUri) {
    response.send(400, 'Missing firmware value', function(err) {
      if (err) console.error('Error sending method response :\n' + err.toString());
      else console.log('400 Response to method \'' + request.methodName + '\' sent successfully.');
    });
  } else {
    // Respond the cloud app for the device method
    response.send(200, 'Firmware update started.', function(err) {
      if (err) console.error('Error sending method response :\n' + err.toString());
      else {
        console.log('200 Response to method \'' + request.methodName + '\' sent successfully.');

        // Run the simulated firmware update flow
        runFirmwareUpdateFlow(firmwareVersion, firmwareUri);
      }
    });
  }
}

ソリューションに進行状況を報告する実行時間の長いファームウェア更新フローをシミュレートするために、次の関数を追加します。

// Simulated firmwareUpdate flow
function runFirmwareUpdateFlow(firmwareVersion, firmwareUri) {
  console.log('Simulating firmware update flow...');
  console.log('> Firmware version passed: ' + firmwareVersion);
  console.log('> Firmware URI passed: ' + firmwareUri);
  async.waterfall([
    function (callback) {
      console.log("Image downloading from " + firmwareUri);
      var patch = {
        FirmwareUpdateStatus: 'Downloading image..'
      };
      reportUpdateThroughTwin(patch, callback);
      sleep(10000, callback);
    },
    function (callback) {
      console.log("Downloaded, applying firmware " + firmwareVersion);
      deviceOnline = false;
      var patch = {
        FirmwareUpdateStatus: 'Applying firmware..',
        Online: false
      };
      reportUpdateThroughTwin(patch, callback);
      sleep(8000, callback);
    },
    function (callback) {
      console.log("Rebooting");
      var patch = {
        FirmwareUpdateStatus: 'Rebooting..'
      };
      reportUpdateThroughTwin(patch, callback);
      sleep(10000, callback);
    },
    function (callback) {
      console.log("Firmware updated to " + firmwareVersion);
      deviceOnline = true;
      var patch = {
        FirmwareUpdateStatus: 'Firmware updated',
        Online: true,
        Firmware: firmwareVersion
      };
      reportUpdateThroughTwin(patch, callback);
      callback(null);
    }
  ], function(err) {
    if (err) {
      console.error('Error in simulated firmware update flow: ' + err.message);
    } else {
      console.log("Completed simulated firmware update flow");
    }
  });

  // Helper function to update the twin reported properties.
  function reportUpdateThroughTwin(patch, callback) {
    console.log("Sending...");
    console.log(JSON.stringify(patch, null, 2));
    client.getTwin(function(err, twin) {
      if (!err) {
        twin.properties.reported.update(patch, function(err) {
          if (err) callback(err);
        });      
      } else {
        if (err) callback(err);
      }
    });
  }

  function sleep(milliseconds, callback) {
    console.log("Simulate a delay (milleseconds): " + milliseconds);
    setTimeout(function () {
      callback(null);
    }, milliseconds);
  }
}

ソリューションにテレメトリを送信する次のコードを追加します。クライアントアプリでは、次のようにメッセージスキーマを識別するためのプロパティをメッセージに追加します。

function sendTelemetry(data, schema) {
  if (deviceOnline) {
    var d = new Date();
    var payload = JSON.stringify(data);
    var message = new Message(payload);
    message.properties.add('iothub-creation-time-utc', d.toISOString());
    message.properties.add('iothub-message-schema', schema);

    console.log('Sending device message data:\n' + payload);
    client.sendEvent(message, printErrorFor('send event'));
  } else {
    console.log('Offline, not sending telemetry');
  }
}

クライアントインスタンスを作成するために次のコードを追加します。
```
var client = Client.fromConnectionString(connectionString, Protocol);
```

次の処理を行うために、以下のコードを追加します。

接続を開きます。
必要なプロパティのハンドラーを設定します。
報告されたプロパティを送信します。
ダイレクトメソッドのハンドラーを登録します。このサンプルでは、ファームウェア更新ダイレクトメソッドに別のハンドラーを使用しています。

テレメトリの送信を開始します。

client.open(function (err) {
if (err) {
  printErrorFor('open')(err);
} else {
  // Create device Twin
  client.getTwin(function (err, twin) {
    if (err) {
      console.error('Could not get device twin');
    } else {
      console.log('Device twin created');

      twin.on('properties.desired', function (delta) {
        // Handle desired properties set by solution
        console.log('Received new desired properties:');
        console.log(JSON.stringify(delta));
      });

      // Send reported properties
      twin.properties.reported.update(reportedProperties, function (err) {
        if (err) throw err;
        console.log('Twin state reported');
      });

      // Register handlers for all the method names we are interested in.
      // Consider separate handlers for each method.
      client.onDeviceMethod('Reboot', onDirectMethod);
      client.onDeviceMethod('FirmwareUpdate', onFirmwareUpdate);
      client.onDeviceMethod('EmergencyValveRelease', onDirectMethod);
      client.onDeviceMethod('IncreasePressure', onDirectMethod);
    }
  });

  // Start sending telemetry
  var sendDeviceTelemetry = setInterval(function () {
    temperature += generateRandomIncrement();
    pressure += generateRandomIncrement();
    humidity += generateRandomIncrement();
    var data = {
      'temperature': temperature,
      'temperature_unit': temperatureUnit,
      'humidity': humidity,
      'humidity_unit': humidityUnit,
      'pressure': pressure,
      'pressure_unit': pressureUnit
    };
    sendTelemetry(data, schema)
  }, 5000);

  client.on('error', function (err) {
    printErrorFor('client')(err);
    if (sendTemperatureInterval) clearInterval(sendTemperatureInterval);
    if (sendHumidityInterval) clearInterval(sendHumidityInterval);
    if (sendPressureInterval) clearInterval(sendPressureInterval);
    client.close(printErrorFor('client.close'));
  });
}
});

変更を remote_monitoring.js ファイルに保存します。
Raspberry Pi 上のコマンドプロンプトで次のコマンドを実行して、サンプルアプリケーションを起動します。
```
node remote_monitoring.js
```

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 (Node.js)

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

Node.js ソリューションを作成する

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 (Node.js)

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

Node.js ソリューションを作成する

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 (Node.js)

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

デバイステレメトリを表示する