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Débuter avec l’Arduino et Node-RED. Enregistrer et afficher des mesures en JSON

Débuter avec l’Arduino et Node-RED. Enregistrer et afficher des mesures en JSON depuis le port série 30 mai 2019 2 L’Arduino est très pratique pour récupérer des mesures depuis divers capteurs (présence de polluants, température, humidité, luminosité, indice UV, taux de CO ou de CO2…). Dans ce tutoriel, nous allons apprendre comment créer très rapidement un petit système d’enregistrement de données à l’aide de Node-RED. On pourra très simplement visualiser les mesures sous la forme d’un graphique ou les exporter dans un fichier CSV (fichier texte avec un point-virgule comme séparateur de données) pour faire des calculs statistiques à l’aide d’un tableur (LibreOffice, Excel, Number…). C’est un tutoriel adapté pour débuter avec du code Arduino Sommaire [masquer]  1 Matériel nécessaire  2 Ce que vous allez apprendre dans ce tutoriel Arduino  3 C’est quoi Node-RED ?  4 Installer le Node Dashboard pour Node-RED  5 Installer le Node Serial  6 Circuit Arduino  7 Code Arduino o 7.1 Formater les données en JSON  8 Connexion au port série de l’Arduino avec Node-RED  9 Extraire les données du JSON venant de l’Arduino  10 Visualiser les mesures sur un graphique  11 Enregistrer les mesures dans un fichier csv  12 Flow complet du projet o  12.0.1 Partager : Matériel nécessaire Pour ce projet, vous aurez besoin :  D’un Arduino Uno ou d’un clone (n’importe quel modèle conviendra). Vous pouvez également utiliser un ESP8266 mais celui-ci ne dispose que d’une entrée analogique. Vous pouvez également utiliser un ESP32  D’un ordinateur sur lequel est installé Node-RED et l’IDE Arduino. o Vous pouvez utiliser un PW Windows, un Mac ou un Raspberry Pi. Suivez ce tutoriel pour installer Node-RED sur votre ordinateur o Lisez celui-ci pour installer l’IDE Arduino sur Raspbian si vous voulez utiliser un Raspberry Pi .  Une (ou plusieurs capteurs). Ici, j’ai utilisé deux sondes pour mesurer l’humidité du sol. Une sonde classique YL-69 et une sonde de mesure de conductivité (marquée v1.2) revêtue d’une peinture de protection anti-corrosion. Amazon.fr WINGONEER de la Soil hygromètre Humidité de détection d'eau Sensor Module YL... 8,49€ Amazon.fr AZDelivery UNO R3 avec un câble USB pour Arduino , compatible à 100% avec... 9,99€ Amazon.fr Raspberry Pi 3 Modèle B + 49,90€ Ce que vous allez apprendre dans ce tutoriel Arduino Dans ce tutoriel, vous allez apprendre  Comment récupérer (acquérir) les données d’un capteur analogique avec du code Arduino (C++)  Comment envoyer les mesures sur le port série  Comment mettre en forme des mesures au format JSON pour les exploiter facilement depuis Node-RED  Découvrir Node-RED  Vous connecter sur le port série d’un Arduino Uno (fonctionne également avec un ESP8266 ou un ESP32)  Apprendre les notions de base de programmation javascript sous Node-RED Vous pouvez également lire cet article précédent. Le tutoriel est également disponible en vidéo sur Youtube C’est quoi Node-RED ? Node-RED est un environnement de développement polyvalent par assemblage de bloc fonctions développé par IBM. C’est un projet plus évolué que Scratch 2. Node-RED est aujourd’hui utilisé pour développer des applications professionnelles. Il permet de faire du prototypage d’application très rapidement (à condition d’avoir un peu l’habitude, sinon c’est plus long…). C’est également un excellent outil d’apprentissage intermédiaire entre Scratch et du code traditionnel. Il est possible de coder en Javascript avec le Node function (fonction). Vous pouvez commencer par lire ces tutoriels si vous débutez ou ne connaissez pas encore Node-RED  Débuter avec Node-Red sur Raspberry Pi 3, installation, démarrage automatique  Installer Node-RED sur Raspbian Stretch Lite (tutoriel avec Raspberry Pi Zero W) ou Armbian sur Orange Pi  Node-RED : installer, désinstaller facilement des modules avec le gestionnaire de palette Installer le Node Dashboard pour Node-RED Il est très facile de créer un graphique (chart en anglais) pour visualiser les mesures en provenance de l’Arduino. Ouvrez le menu de Node-RED (icône dans le coin supérieur droit) pour accéder au gestionnaire de Palette Dans le champ de recherche, saisissez le mot clé dashboard. Installez le plugin node-red-dashboard (page GitHub). Il en existe plusieurs autres. C’est l’un des premiers, il est très complet et très facile à utiliser (aucune notion de programmation nécessaire). Pour découvrir toutes les fonctionnalités du plugin dashboard, lisez ce premier tutoriel (bouton, liste, interrupteur, slider, formulaire de saisie) et le second (jauge, graphiques, notifications, template HTML). Installer le Node Serial Depuis la version 0.20, il est nécessaire d’installer le node Serial qui permet de communiquer via le port série. Comme précédemment, faites une recherche sur le mot clé Serial et installez le package officiel node-red-node-serialport. Circuit Arduino Rien de bien compliqué pour le circuit, il suffit d’alimenter le capteur et de récupérer le signal sur la broche analogique de l’Arduino. Ici, le YL-69 (ou FC-28) est connecté sur la broche A4. Le second capteur sur la broche A5. Code Arduino On va simplement lire à intervalle régulier (ici toutes les 5s, 5000ms), la valeur du signal analogique (de 0 à 1023) pour chaque sonde d’humidité du sol. Ensuite on envoi la sortie sur le moniteur série de l’IDE Arduino. #define wait 5000 void setup(){ // Init serial port (115200 bauds) Serial.begin(115200); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int a4 = analogRead(A4); //v1.2 int a5 = analogRead(A5); //YL-69 Serial.print("v1.2: "); Serial.print(a5); Serial.print(" YL-69: "); Serial.println(a4); delay(wait); } Formater les données en JSON On pourrait envoyer directement les mesures sur le port série de l’Arduino avec un séparateur, par exemple un caractère spécial (|, -, #…) mais cette stratégie implique que l’on sache précisément la position de chaque données. Aucun problème avec une ou deux données, ça devient plus compliqué lorsqu’il y en à une dizaine. Autre problème, la conversion de chaine de caractères qui est un éternel problème en informatique. Pour éviter tous ce problème, nous allons mettre en forme les données et indiquer à chaque fois à quoi elle correspond. Pour cela, nous allons utilise le format JSON. l’avantage, c’est qu’il est supporté par tous les langages modernes. C’est même la structure de données par défaut du javascript, langage sur lequel repose Node-RED. Le JSON est une mise en forme structurée des données de type clé = valeur. Chaque ligne de données est séparée par une virgule (sans la dernière ligne). Une valeur peut être une chaine de caractères (une image sera une chaine), un nombre (entier ou décimal), un tableau (chaine, nombre), une structure (qui contiendra elle même des données sous la forme clé = valeur). Voici un exemple. Tout d’abord en ligne, c’est ce que le code Arduino va généré {"sonde1":22.1,"sonde2":64.1,"unites":{"sonde1":"°C","sonde2":"%"}} On peut déplier la structure pour la rendre plus lisible (et trouver une erreur) { "sonde1":22.1, "sonde2":64.1, "unites": { "sonde1": "°C", "sonde2": "%" } } Pour vérifier votre code, je vous conseille d’utiliser le site jsonlint.com qui est gratuit. Jsonlint indique la ligne (et la cause d’une erreur mais ce n’est pas très explicite). Ici il faut mettre une virgule à la place du point virgule Pour de gros projet, comme par exemple cette station météo avec interface WEB, je vous conseille d’utiliser la librairie ArduinoJSON. Elle permet de stocker les données au format JSON dans la mémoire de l’Arduino. C’est très pratique pour extraire des données, des réglages, enregistrer un historique dans la mémoire SPIFFS ou une carte SD. Ici, on va faire plus simple et directement construire une chaine de caractères et l’envoyer sur le port série ce qui donne le code suivant #define wait 5000 void setup(){ // Init serial port (115200 bauds) Serial.begin(115200); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int a4 = analogRead(A4); //v1.2 int a5 = analogRead(A5); //YL-69 Serial.print("{\"v1_2_raw\":"); Serial.print(a5); Serial.print(",\"YL69_raw\":"); Serial.print(a4); Serial.println("}"); delay(wait); } Ce qui donne maintenant sur le moniteur série {"v1_2_raw":250,"YL69_raw":301} Vérifions avec Jsonlint si tout est correct Parfait, on peut continuer sur Node-RED maintenant. Connexion au port série de l’Arduino avec Node-RED Connectez-vous à Node-RED depuis un navigateur internet à l’adresse localhost:1880 ou depuis un autre ordinateur (IP:1880) Le code Node RED est appelé Flow. On va commencer par se connecter à l’Arduino à l’aide du Node (la brique de programmation) Serial (dans la palette Input, puisqu’on veut lire les mesures). Glissez-déposer le node sur la page blanche et faites un double clic sur le Node Serial pour ouvrir le panneau de configuration. Cliquez sur le crayon pour ajouter une nouvelle connexion. Utilisez la loupe pour lister les ports COM. Ici l’Arduino est connecté sur un Raspberry Pi 3, donc le chemin vers l’Arduino est au format Linux. Sur Windows, ce sera un port COMx. Dans le code Arduino, la ligne de code Serial.begin(115200) permet d’initialiser la vitesse à 115200 bauds, indiquez la vitesse sous Baud Rate. Enregistrez, c’est tout ce qu’il y à faire Cherchez le Node Debug Reliez le Node Serial au Node debug. Pour cela, placez la souris sur le carré qui symbolise la sortie de Node Serial, un fil orange apparaît. Allez l’accrocher à l’entrée du node debug. Vous venez de uploads/S4/ arduino-node-red 1 .pdf