ラズパイ/M5Stack 用サンプルで学ぶ IP ネットワーク通信プログラム入門

IoT 機器のネットワーク通信機能は重要です.本書は「ラズベリーパイ」「M5Stack」を使った IoT 機器のワイヤレス・ネットワーク通信を利用したプログラムを, サンプルを使って解説しました.
マイコンでインターネットや LAN を活用したシステムの知識を習得できます.
実際に動作確認しながらプログラムのポイントを学習し, それを応用してシステムに作り上げます.
サンプル・プログラムを数多く紹介し, 読者が自分の用途にカスタマイズして作り込めるよう解説しています.
IP に関する知識の習得と, IP に対応したプログラミング能力の向上に役立つ一冊です.

『ラズパイ/M5Stack 用サンプルで学ぶ IP ネットワーク通信プログラム入門』 (国野 亘 著、CQ 出版、2023 年 4 月刊) は、ラズベリー・パイや M5Stack などのマイコンでワイヤレスの IP ネットワーク通信を使うプログラムを、サンプルを動かしながら解説する入門書です。CQ 出版の「マイコン活用シリーズ」の 1 冊で、副題は「IoT マイコンの入出力をワイヤレス通信で自由自在」です。版元の案内には、実際に動作確認しながらプログラムのポイントを学習し、それを応用してシステムに作り上げるとあり、サンプル・プログラムを数多く紹介して読者が自分の用途にカスタマイズして作り込めるよう解説しているとも書かれています。

全 15 章の構成、UDP の送受信からモバイル通信まで

目次は全 15 章です。第 1 章「UDP ブロードキャストで送受信する」、第 2 章「ラズベリー・パイでセンサ値データ収集システム」、第 3 章「インターネット・プロトコル通信プログラミング」で通信のプログラムを組み、第 4 章「GPIO で ON/OFF DC モータ制御」と第 5 章「ラズベリー・パイでサーボ・モータ制御」はラズベリー・パイ、第 6 章「ESP32 の I/O 制御プログラミング」と第 7 章「HTTPS とブロードキャスト・プログラミング」は M5Stack を使います。続く第 8 章は「A-D コンバータ応用プログラミング」、第 9 章は「クラウド連携プログラミング」、第 10 章は「IoT Sensor Core の使い方」で、IoT Sensor Core は本書オリジナルの ESP32 用 IoT 汎用ソフトと目次に記されています。第 11 章「リアルタイム顔認識プログラミング」は Sipeed M1 Dock、第 12 章「多機能 Web カメラ応用プログラミング」は M5Camera、第 13 章「Thonny Python IDE でプログラミング」はラズベリー・パイ Pico を使います。第 14 章「キャリア SIM 利用通信プログラミング」はさくらのセキュアモバイルコネクト、最後の第 15 章「M5Stack でモバイル通信プログラミング」はさくらのモノプラットフォームを使う章です。国立国会図書館の書誌では索引ありと記録されています。

UDP と TCP、LAN の中でセンサーの値を送る仕組み

IP 通信でデータを運ぶプロトコルには、接続を確立してから順序と到達を確かめながら送る TCP と、接続を作らずにデータを送り出す UDP があります。UDP は接続を作らないため、同じ LAN にいるすべての機器にあてたブロードキャスト送信に使えます。インターネットの通信を支える TCP/IP の仕組みでは、IP ルーターが複数の LAN や WAN を中継してパケットを運び、家庭や社内の LAN の中ではプライベート IP アドレスが使われます。第 1 章は TCP と UDP の説明から入り、UDP のブロードキャスト送信と受信、センサー値の CSV データ送信のプログラムを載せています。第 2 章は受け取ったセンサー値を受信時刻と紐づけて保存し、HTTP サーバーで LAN 内に共有します。第 3 章はグローバル IP アドレスとプライベート IP アドレス、HTTP 通信の仕組み、プロトコル・スタック、Wireshark を使った TCP/IP 通信の確認方法を扱い、TCP の送信クライアントと受信サーバー、実験用の HTTP サーバーと HTTP クライアントのプログラムを載せています。

GPIO と PWM、ESP32 の Wi-Fi で機器を動かす

GPIO はマイコンのピンを入力や出力として使う仕組みで、PWM はオンとオフの時間の比率を変えて平均の電力を調節する出力の方式です。ラズベリー・パイ は Linux が動く小型のコンピューターで、M5Stack は Wi-Fi と Bluetooth を内蔵したマイコンの ESP32 に画面やボタンを組み合わせた機器です。第 4 章は汎用 DC ファンを制御する FET 回路の製作とラズベリー・パイの準備を扱い、CPU 冷却用 DC ファンの手動と自動の ON/OFF 制御、PWM 出力による回転速度制御、そのようすのクラウドへの送信までを 4 本のプログラムで組みます。第 5 章はサーボ・モータ Tower Pro SG90 を使い、キーボードから入力した角度での停止、低速回転制御、HTTP サーバー機能を加えたリモート制御を扱います。第 6 章は M5Stack で HTTP サーバー搭載のワイヤレス L チカ端末や、照度、温湿度、人感の各センサーの値を Wi-Fi で送る送信機を作ります。

カメラの顔認識とキャリア SIM のモバイル通信まで

センサーの値を集めて離れた場所から確かめたり、機器を遠隔で制御したりする仕組みは IoT と呼ばれます。第 9 章は GPS データのクラウドへの送信と、スマホのビーコンを数えて人の密度を比べる BLE カウンター送信機を扱います。第 11 章は K210 マイコンを載せた AI カメラ Sipeed M1 Dock で顔検出と GPIO 制御、UART 出力、来場者のカウントと Bluetooth LE での送信を組み、第 12 章は M5Camera で顔を検知した画像の LINE への送信や画像の定期的な FTP 送信を扱います。閉域網はインターネットを通らずに機器とサーバーを結ぶ通信網で、第 14 章はさくらのセキュアモバイルコネクトの閉域網で UDP を使い、M5StickC から送ったセンサー値をクラウド・サーバーで公開するまでを扱います。第 15 章はさくらのモノプラットフォームで、モバイル対応のボタン送信機、温度センサー送信機、温湿度センサーとデータ受信サーバーによる遠隔モニター、GNSS データ送信機を作ります。

本書は UDP の送受信から TCP と HTTP、GPIO とモーターの制御、カメラ、キャリア SIM のモバイル通信までを、ラズベリー・パイ、M5Stack、ラズベリー・パイ Pico などを使う全 15 章のサンプル・プログラムに収めています。ネットワークの本の選び方は ネットワーク本ガイド にまとめています。