工作と競馬2

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田んぼ用リモートカメラ(4)　筐体の製作、設置

電子工作 電子工作#田んぼ用リモートカメラ

概要

筐体の製作を行い、設置・稼働開始した。


背景と目的

前回に引き続き、筐体を製作し、完成させる。


詳細

1. 仕様

設置環境がリモート水位センサと同様なので、要求されるものも同じである。


2. 材料

筐体には、リモート水位センサで実績のあるポリカーボネート製のボックス(ホームセンタービバホームで扱っている)のサイズ違いを使用。ボックス自体が透明なので、ボックス内にカメラレンズを構えても、ボックスを通して外が撮影可能だ。なので穴あけも必要ない。


3. 作製

基板と電池を以下のように詰めた。アンテナ長さ的にほぼぴったりだ。日除けは、段ボールとしてある。事前の検証で、段ボールは日除けとしてかなり効果的だとわかったため。見た目は悪いが、手軽な材料なので使わない手はない。

ソーラーパネルは、金具を使って、カメラレンズを設置する面に斜めに固定。ソーラーパネルがカメラレンズの上にくることで、ちょうどレンズ周辺の日除け＋雨除けになるという狙い。とはいえ、横殴りの雨が来たらどうしようもないので、その時は拭くしかないが。


4. 設置、稼働

田植えが終わり、いよいよ稼働させる時が来た。以下のように、リモート水位センサ本体の下にぶら下げる形で、設置した。角度は、田んぼ全体がわかるように調整。


5. 動作確認

1週間ほど稼働させ、毎日送信されていることを確認。画質自体は、Unit-CAMのメモリの制約でSVGAとかなり低いのだが、とにかく成長記録としては役立つ。やはりレンズ前だけ穴あけしてアクリル板などにしたほうが、もう少しキレイにとれるのかもしれない。 あと、色味が悪いのは、後から多少の調整が効くのでよしとする。

というわけで、画質はともかくとして田んぼの真ん中からソーラーで電源を賄い、画像データを送信するシステムを稼働させることができた。課題はいろいろあるのだが、ひとまず形になったのでよかった。


まとめと今後の課題


田んぼ用リモートカメラ(3)　ソフト実装

電子工作#田んぼ用リモートカメラ 電子工作

概要

田んぼ用リモートカメラのソフトウェアを実装した。


背景と目的

前回に引き続き、ソフトを実装する。


詳細

1. 基本仕様

1.1 動作の流れ

  1. 指定時刻に起動
  2. 初期設定
  3. 電池電圧計測
  4. 庫内温度計測
  5. 撮影
  6. 画像データ送信
  7. センサデータ送信
  8. スリープ

1.1.1 指定時刻に起動

このカメラは、リアルタイムクロックを積んでいないので自分で時刻を判断して起動することができない。そこで、

  • センサデータ送信時のレスポンスで、現在時刻をクラウドからもらう
  • 次の起動時刻までの時間を計算する
  • 起動までの残り時間分だけスリープする

という仕組みにする。(クラウド側から、起動までの残り時間を渡せば、起動時刻をクラウド指示できるがこのカメラの使用用途としては毎日同じ時間に起動すればよいので気にしない。過去に作成した家庭菜園の成長記録用カメラでは、起動までの残り時間を送っている。)

1.2 クラウド側

  • 画像データ、センサデータとも、SORACOM Beamで、AWS APIGateway上に作成したエンドポイントに転送する
  • 画像データは、事前検証により送信はできるもののSORACOMからのレスポンスステータスコードが400になるが気にしない


2. ESP32

2.1 ツール

  • arduino-esp32 v1.0.6 (新しいバージョンだとうまく動かない部分があるため)

2.2 電池電圧計測

A/Dを読み取り、回路構成を考慮して変換するのみ。vbatは読み取り値。電圧の変化範囲が狭いので、4Vでの実測値1522LSBやゲイン32LSB/0.1Vを使う。

return (vbat - 1522.0) / 32.0 * 0.1 + 4.0;

2.3 温度計測

A/D入力を読み、S-8100Bの特性を考慮して電圧-温度変換をすればよいのではあるが、ESP32のA/D入力の非線形性やS-8100Bの絶対精度を考慮しながら、いろいろ悩んだ挙句、

  • 2点補正する手段が手元にない
  • 私の中での実績的に、A/Dゲイン(LSB/V)誤差がオフセット誤差に比べて大きいため、1点しか補正できない場合ゲイン誤差の補正のみを行うのが妥当

と考え、以下のようなオレオレ補正を入れ、ある程度信頼できる手元の温度計との合致性は向上したので良しとする。

adcは、A/D読み取り値だが、S-8100Bはある程度ノイズがあるため約30回の平均化をしている。

S-8100Bの絶対精度は、mTempOffsetで調整。

    // 電圧[V]
    // ESP32のADC特性(ATT=-11dB)
    // http://radiopench.blog96.fc2.com/blog-entry-1034.html
    //
    // 仕様: 3000LSB=2450mV@-11dB
    // 標準のADCオフセットは実績的に約-140[LSB]
    // 標準の傾きは仕様とオフセット実績を考慮すると3140LSB / 2.45V = 1281[LSB/V]
    // Vadc = (adc - (-140)) / 1281 * mGainAdjust
    Vadc = (double)(adc + 140.0) / 1281.0 * mAdcAttAdjust;

    // 温度[C]
    // S-8100Bの特性
    // +30degのとき1.508V(typ)
    // -8mV/K
    // T = -(V - 1.508) / 0.008 + 30
    temperature = -(Vadc - 1.508) / 0.008 + 30.0 + mTempOffset;

2.4 撮影

撮影は、家庭菜園の成長記録カメラとほぼ同様。解像度の設定だけSXGAに変更する。予備撮影など、オートホワイトバランス機能の癖を考慮した撮影手順が重要。

2.5 画像データ送信

BG96で送信するための基本的なコードは、こちらに従うため、ポイントだけ記載する。

画像データは、jpgファイルのバイナリデータをHTTPのボディに入れて送る。最終的に、AWS APIGatewayで受け取らせるため、Content-Typeヘッダをapplication/octet-streamにする。

ctx.printf("Content-Type: application/octet-stream\n");

また、カメラ個体を識別するIDのような文字列も一緒に送りたいのだが、ボディをバイナリデータにしてしまうと他の文字列データなどを入れにくい。そこで、ヘッダに以下のようなものを追加する。SORACOMの仕様では、受け取ったヘッダはそのまま流すので、AWS側で処理すればよい。

ctx.printf("machineId: %s\n", machineId);

2.6 センサデータ送信

センサデータは、JSONのボディで送信するので、こちらと同じ感じになるので省略。

レスポンスで、先述のスリープ時間を決めるための現在時刻を受け取る。JSONなので、こちらを参考に処理。

2.7 スリープ

リモート水位センサの場合と同様、ESP32のディープスリープを使用する。先述の通り、スリープ時間は、センサデータ送信のレスポンスで受け取った現在時刻からの次回起動目標時刻の差を計算して設定する。


3. クラウド

3.1 画像の受け取り

こちらのようにAPIGatewayでデータを受け取る。Lambdaでは、base64エンコードされた文字列として受け取るので、それをjpgバイナリに戻すようにbase64デコードして、処理してS3に保存する。

3.2 センサデータの受け取り

APIGatewayで、JSONを受け取り、Lambdaで処理してS3に保存する。


4. 動作確認

1週間ほど、テストを行い、毎日同じ時間に画像、センサデータがS3に蓄積されることを確認できた。


まとめと今後の課題

田んぼ用リモートカメラのソフト実装ができた。次は、筐体をしたい。


WinSCPで、勝手にリモートのファイルが消えてしまう

概要

WinSCPで、勝手にリモートのファイルが消えてしまうことがあるため、暫定の対策をした。原因は今のところ分かっていない。


状況

環境

  • Windows10 PC
  • WinSCP 5.19.6 (現象自体はこのバージョンよりも前から起きていると思われる)
  • 既定のエディタ: Visual Studio Code
  • LinuxシステムにSFTPで接続し、ファイルを編集

現象

  • WinSCP上でVisual Studio Codeを開いていると、いつの間にか当該ファイルがリモート側から削除されている
  • WinSCPには、ファイル削除時に確認ダイアログが出るオプションがあり、有効にしているにもかかわらず、確認なしに削除されている
  • VSCode上では、削除されたファイルは閉じられることなくそのまま表示されている。すぐにそのまま保存すれば問題ないだろうが、保存できず
  • 頻度としては、1日使っていると起こるかな？という感じ。神出鬼没なので、実験して原因を追い込もうにもなかなかうまくいかない。

↓WinSCPの環境設定


原因の推測

今のところ不明だが、気になる部分を列挙。

  • VSCodeとの組み合わせの問題か？ → VSCode以外のエディタにしてみたらどうか、確認したい
  • なんとなく、WinSCPの画面リフレッシュのタイミングで消えているような感じがする。リフレッシュは、自分で行っていないので、WinSCPが自動的に何かのタイミングで行っている？？？

対策

今のところ原因がわからないが、このままでは怖くて使えないため、対策としてWinSCPのゴミ箱機能を使うことにした。 ファイルが削除されるときに、ゴミ箱に退避してくれるものだ。 各セッションの設定で、高度なセッションの設定画面を出し、環境>ゴミ箱から、任意の設定を行う。リモートの普段触ることがないディレクトリを指定しておく。

この状態で、問題の現象が起きファイルは削除されてしまったが、ゴミ箱に残ってくれた。なので、最悪の状況はどうにか回避できそう。

しかし、原因はつかみづらく、しばらく格闘が必要な気がする。 そもそも、VSCodeを使っている時点で、FTPツールは卒業すべきかもなあ。