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天気予報付き時計

概要

Arduino core for the ESP32とESP-WROOM-32開発ボードを使い、有機ELグラフィックディスプレイに、時刻と天気予報を表示します。

作るもの

天気予報のAPIを利用して、OLED有機ELディスプレイに、現在の時刻と天気情報を表示します。3行目の数字は、左の写真では湿度、右は降水確率を表示しています。30秒ごとに切り替えています。2時の位置にある下線は現在の時刻を表示しています。

用意するもの

以下のものを用意します。

  • ESP-WROOM-32
  • USBケーブル
  • 有機ELグラフィックディスプレイ (uOLED-128-G2)

uOLED-128-G2を利用した実験は、こちらのページを参照してください。

基本的な考え方

状況把握

天気に関するAPIを利用して、1時間ごとの天気情報を取得します。無料で利用できるAPIはいくつかありますが、今回は、Dark Sky APIを利用しました。これにより、1時間ごとの天気情報を12時間分取得します。Dark Sky APIは、一日1000回までの利用であれば、無料とのことです。また、Arduino core for ESP32を使って、時刻情報も取得します。

このAPIを選んだのは、1時間ごとの情報を取得できたからです。アナログ時計の文字盤のところに、予報に応じた表示を行おうと思ったためです。

Dark Sky API

登録

Dark Sky APIを利用するには、ユーザ登録を行い、APIキーを取得する必要があります。開発者用ページにから、登録用ページに行き、メールアドレスとパスワードを登録します。すぐに確認用のURLが記載されたメールが送信されてくるので、そのURLにアクセスし、登録を完了させます。

APIの利用

APIの利用は簡単で、以下の形式でリクエストを送信すれば、結果がJSON形式で返却されます。

https://api.darksky.net/forecast/[API KEY]/[緯度],[経度]

追加でオプションを指定することも可能です。units=siを指定して、SI単位系でデータを取得しています。

経度と緯度は、例えば、Google Mapで地点を検索して、右クリックから「この場所について」を選択すると、取得することができます。

なお、ドキュメントによると、Dark Sky APIのデータを利用する際は、https://darksky.net/poweredby/ へのリンクを張った「Powered by Data Sky」という表示を行う必要があります。ただし、リンクは、可能な場合(if possible)とのことです。

JSON形式データの解析

JSON形式のデータを解析するためのArduino用のライブラリはいくつかありますが、今回は、Json Streaming Parserを利用しました。一文字ずつ読み込ませて、キーや値を見つけるたびに、コールバック関数が呼び出される形式のAPIです。バッファを用意する必要がないので、メモリをあまり使わなくて済みます。

Arduinoソフトウェアの、ライブラリマネージャから簡単にインストールすることができます。Arduinoソフトウェアを起動して、「スケッチ」⇒「ライブラリをインクルード」⇒「ライブラリを管理」の順に呼び出し、ライブラリマネージャで、「json」を検索すると出てくるので、インストールボタンを押して、インストールします。

Dark Sky APIが返却するJSON形式のデータの解析

Dark Sky APIは、様々なデータを返却してくれます。今回は、現在の天気情報として、"currently"のデータを、半日分の天気情報として、"hourly"のデータを利用しました。hourlyのデータの中にも、現在の天気情報が含まれていて、こちらだけを解析する方がプログラムは簡単なのですが、どうも、hourlyのデータよりもcurrentlyのデータの方が実態を表しているような気がした(雨が降っているのに曇りと出てきたので)ので、両方のデータを使うことにしました。これらのデータは、weatherData[]というインスタンス変数に格納しています。ただし、weatherData[0]は、currentlyデータで、weatherData[1]移行は、hourlyデータです。weatherData[1]は、weatherData[0]と同じ時間のデータです(が、currentlyのデータはその時間内でも更新されていくようです)。

返却されるデータから、以下のデータを取得しました。ただし、実際に利用しているデータはあまりありません。

項番 データ 意味 備考
1 weather 天気 0: clear-day
1: clear-night
2: rain
3: snow
4: sleet
5: wind
6: fog
7: cloudy
8: partly-cloudy-day
9: partly-cloudy-night
2 temperature 温度 摂氏
3 humidity 湿度 %
4 precipIntensity 雨量 mm/時間
5 precipProbability 降水確率 %
6 pressure 気圧 hPa
      

機器操作

取得した天気情報と時刻情報を表示します。

画面の中央部分に、現在の気温と時刻、湿度を表示しました。アナログ時計の文字盤のところに、天気を示すアイコンを表示するようにしてみました。また、現在の時刻のアイコンの下には、線を点滅させて、わかりやすくしました。ただし、アイコンは1ドットずつ表示させているので、更新するのに時間がかかります。OLEDディスプレイとの通信スピードを上げれば、もう少しは改善できるのですが、esp32のUART周りに手を入れる必要があり、少しためらっています(なんとなくflush()の動作が怪しいです)。

設計

ハードウェアの設計

設計というほどのものではなく、単に、ディスプレイとESP-WROOM-32を接続するだけです。

uOLED-128-G2とESP-WROOM-32(ESP-WROOM-32開発ボード)とは、以下のように接続しました。uOLED-128-G2は、5Vで動作します。ただし、uOLED-128-G2が出力する電圧を測定したところ、約3.3Vだったので、そのまま接続しています。実際に利用するときは、各自の責任で利用してください。

ESP-WROOM-32との接続は以下のように行いました。IO16/IO17は、シリアル通信で利用します。ESP-WROOM-32のシリアル通信の実験はこちら

uOLED-128-G2のピン ESP-WRROM-32 Devkit Cのピン
1 +5V
2 -
3 IO16
4 -
5 IO17
6 -
7 GND
8 -
9 -
10 -

プログラムの設計

Dark Sky APIの情報解析

DarkSkyParserというクラスを作成しました。JSON形式のデータを解析して、現在の天気と、現在の天気を含む13時間分の天気のデータの合計14セットを取得します。

スケッチ

画面表示プログラムとDarkSkyParser、uOLED-128-G2用ライブラリをまとめて、GitHubに配置しました。

利用する場合は、ssid, password, apiKey, latitude, longitudeをご自分の環境に合わせて設定してください。

OLEDとの接続を低速(9600bps)で行っているので、画面の書き換えに時間がかかります。このため、動きがなめらかではなくなっています。もっと高速でつなげることもできなくはないのですが、Arduino core for the ESP32のシリアル通信周りを少し書き換える必要があるので、我慢しています。

バージョン

Arduino 1.8.4/Arduino core for the ESP32/ESP-WROOM-32



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