Azureに入門！ラズパイとPythonから接続してみた！

AzureにラズベリーパイとPythonで繋げてみました。

初心者でも簡単にAzure(クラウド)を始めることができます。

Azureへの登録から設定方法、またPythonのプログラム含めて紹介しています。

Azureに入門！ラズパイとPythonから接続してみた！

Azure IoT Hubにラズベリーパイを接続してみました。

ラズパイとクラウド(Azure)で通信させて、GPIOの入出力を制御しています。

ラズパイはPythonから動かしています。

PythonのSDKをインストールするだけで、簡単に実行することが出来ました。

Azureのアカウントの登録から設定方法まで紹介します。

実際のテストの様子を動画でも紹介しています。是非一緒にご覧ください。

Azureの始め方

Azureの始め方は簡単です。下記ページから登録を進めていきます。

無料でアカウントが作成でき、無料のクレジットとサービスも使えます。

今回テストした内容も無料枠内で問題なく対応できました。。

https://azure.microsoft.com/ja-jp/free/

「無料で始める」を選択すると、Microsoftのアカウントを聞かれるので入力します。

あとは名前や住所・クレジットカードなどの情報を埋めていくだけです。

この記事ではAzureの始め方を紹介していますが、AWSでも同様なテストが可能です。

Azure…Microsoftのクラウド
AWS…Amazonのクラウド

AWSにも無料分のクレジット・サービスがありますので、無料で実施できます。

下記記事で紹介しています。(リンクはこちら)

AWSにラズパイを接続！GPIOの信号をクラウドに送信してみた

AWSにラズパイを接続！GPIOの信号をクラウドに送信してみた

AWSに入門したくなり、ラズベリーパイで始めてみました。ラズパイとAWSを接続して、PythonでGPIOの信号をクラウドに送信しています。無料枠の範囲内で実施出来ますので、AWSを始めてみたい人におすすめします。

Azure IoT Hubの作成

Azureとラズパイを接続するために、「Azure IoT Hub」のサービスを使います。

アカウント作成後に、Azureのホーム画面から「IoT Hub」を選択します。

最初にプロジェクト・インスタンスの詳細を埋めていきます。

各項目を入力して「次へ」を選択すればOKです。

リソースグループ、IoT Hub名は任意に入力しました。領域は東日本を選択しています。

次にネットワークに関してはパブリックドメインを選択しました。

価格とスケールティアに関しては「F1:Freeレベル」の選択をおすすめします。

今回の通信テストレベル程度ならば、無料で使えるFreeレベルで対応できました。

それ以外の項目は(筆者は)デフォルト設定です。

他にもリソースを整理するタグの設定がありますが、対応せずともテスト可能です。

最後に「確認および作成」で最終確認して、デプロイを待てばIoT Hubの作成完了です。

下記公式ページにも手順が記載されていますので、必要に応じて参考ください。

https://docs.microsoft.com/ja-jp/azure/iot-hub/iot-hub-raspberry-pi-kit-node-get-started

IoTデバイスを追加

IoT Hubの作成(デプロイ)が完了すると、IoTデバイスを登録出来ます。

作成したIoT Hubから、「IoTデバイス」から「デバイスの追加」を選択します。

デバイスIDは任意の名前を入力します。他はデフォルト設定でした。

デバイスの作成が完了すると、キーやプライマリ接続文字列などが入手できます。

プライマリ接続文字列に関してはコピーして控えておきます。

Azure IoT SDK (Python)をインストール

ラズベリーパイでAzureを使うためのライブラリ・SDKをインストールしていきます。

Azureは多くのプログラミング言語に対応していますが、今回はPythonを使います。

ラズパイにはデフォルトでPythonがインストールされており、誰でも簡単に使用できます。

初心者の方でも大丈夫です。下記記事で使い方を紹介しています。(リンク先はこちら)

ラズベリーパイでプログラミング入門！Pythonの簡単な始め方

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SDKをインストール

今回使用するライブラリのGithubのリンク先は下記です。

https://github.com/Azure/azure-iot-sdk-python

「Azure IoT Device SDK」「Azure IoTHub Service SDK」をインストールします。

pip3 install azure-iot-device

pip3 install azure-iot-hub

またGitのリポジストリもクローンしておきます。

git clone https://github.com/Azure/azure-iot-sdk-python.git

Azure IoT Hubにメッセージ送信する

ラズパイからAzure IoT Hubにメッセージを送るプログラムは用意されています。

クローンしたリポジストリの中にあります。

下記フォルダ内の「simple_send_message.py」がメッセージ送信のプログラムです。

cd /home/pi/azure-iot-sdk-python/azure-iot-device/samples/

但しラズパイ上で動かす前に環境変数の設定が必要になります。

プログラムの中の "IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING"の箇所です。

IoT Hubを作成したときに控えた「プライマリ接続文字列」を使います。

色々対応方法はあると思いますが、筆者はexportのコマンドを使いました。

下記赤字箇所を「プライマリ接続文字列」に置き換えて、ターミナルで入力します。

export IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING="<your connection string here>"

あとはPythonのプログラムを動かすだけです。下記コマンドで実行できます。

実行後は「Message successfully sent!」と表示されます。

ラズベリーパイからAzureに無事メッセージ送信したことを確認できました。

python3 simple_send_message.py

Azure IoT Hubのメッセージを確認する

デバイス側(ラズパイ)からクラウド側(Azure)に送ったメッセージを確認します。

今回は「Visual Studio Code」の「Azure IoT Tools」を使用しています。

Visual Studio Codeをインストール

Visual Studio Code(VSCode)はMicrosoftが提供しているエディタです。

色々な拡張機能を追加することができます。

AzureもMicrosoftのクラウドのため多くのサポートが受けれます。

必要な方は下記からダウンロード・インストールをお願いします

https://azure.microsoft.com/ja-jp/products/visual-studio-code/

Azure IoT Toolsをインストール

Visual Studio CodeにAzureの拡張機能を追加します。

拡張機能の箇所で「Azure IoT Tools」と検索して、インストールすればOKです。

もしくは下記Visual StudioのURLからでも大丈夫です。

https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=vsciot-vscode.azure-iot-tools

その後サインインしてIoT Hubを選択すると、既に作成したデバイス含めて表示されます。

(VS Code上でもIoT Hubを作れるそうです。凄く便利です)

Azure IoT Hubをモニターする

Azure IoT Toolsで多くのことが出来るようになりますが、一部だけ簡単に紹介します。

Azure IoT Hubへのメッセージをモニターすることが可能になります。

デバイス箇所で右クリックして「ビルドエンドポイントのモニターを開始」を選びます。

デバイス・IoT Hubにメッセージ送信する

デバイスやIoT HubにVScodeからメッセージを送信することも可能になります。

D2Cメッセージ…device-to-cloud
C2Dメッセージ…cloud-to-device

Azure IoT Hubの使い方のテスト

ラズパイとクラウド(Azure)で通信させて、GPIOの入出力を制御するテストしました。

SDKのPythonのプログラムを少し弄って、下記2パターン試してみました。

D2C…ラズパイのGPIO入力→Azureにメッセージ送信
C2D…Azureからメッセージ送信→ラズパイのGPIO出力

ラズベリーパイのGPIO入出力の配線に関しては下記形です。

GPIO出力…GPIO22にLEDと330Ω抵抗を直列接続
GPIO入力…GPIO17にスイッチを接続。(10kΩプルダウン)

冒頭でも紹介しましたが、テスト動画含めて紹介しています。

是非一緒にご覧ください。

ラズパイからAzureにメッセージ送信

最初にラズパイのGPIO入力→Azureにメッセージ送信のテストを行います。

テスト内容

左の画面がラズベリーパイで、右の画面がAzure(Visual Studio Code)です。

Azureのモニターを開始します。

Visual Studio Codeで「ビルドエンドポイントのモニターを開始」を選択します。

ラズベリーパイ側でPythonのプログラムを準備します。

(動画内では省略していましたが)環境変数をexportしてから、プログラムを実行します。

プログラムを起動すると、Azureにもメッセージが表示されます。

ラズパイのGPIOに接続されたスイッチを押して、Azureにメッセージ送信しています。

Azure(Visual Studio Code)側を見ると、メッセージを確認できています。

Pythonのプログラム

SDKの下記のプログラムを弄って動かしました。

「/azure-iot-sdk-python/azure-iot-device/samples/simple_send_message.py」

単純にGPIO入力が入ったら、Azureにメッセージ送信する内容を加えています。

import os
import asyncio
from azure.iot.device.aio import IoTHubDeviceClient

import RPi.GPIO as GPIO
import time
 
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17,GPIO.IN)

async def main():
    # Fetch the connection string from an enviornment variable
    conn_str = os.getenv("IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING")

    # Create instance of the device client using the connection string
    device_client = IoTHubDeviceClient.create_from_connection_string(conn_str)

    # Connect the device client.
    await device_client.connect()

    # Send a single message
    print("Sending message...")
    await device_client.send_message("This is a message that is being sent")
    print("Message successfully sent!")
    
    while True:
        if GPIO.input(17):
            await device_client.send_message("GPIO17_ON")
            time.sleep(1)
            break
        
    # Finally, shut down the client
    await device_client.shutdown()


if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

    # If using Python 3.6 or below, use the following code instead of asyncio.run(main()):
    # loop = asyncio.get_event_loop()
    # loop.run_until_complete(main())
    # loop.close()

import os

import asyncio

from azure.iot.device.aio import IoTHubDeviceClient

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(17,GPIO.IN)

async def main():

# Fetch the connection string from an enviornment variable

conn_str = os.getenv("IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING")

# Create instance of the device client using the connection string

device_client = IoTHubDeviceClient.create_from_connection_string(conn_str)

# Connect the device client.

await device_client.connect()

# Send a single message

print("Sending message...")

await device_client.send_message("This is a message that is being sent")

print("Message successfully sent!")

while True:

if GPIO.input(17):

await device_client.send_message("GPIO17_ON")

time.sleep(1)

break

# Finally, shut down the client

await device_client.shutdown()

if __name__ == "__main__":

asyncio.run(main())

# If using Python 3.6 or below, use the following code instead of asyncio.run(main()):

# loop = asyncio.get_event_loop()

# loop.run_until_complete(main())

# loop.close()

Azureからラズパイにメッセージ送信

次にAzureからメッセージ送信→ラズパイのGPIO出力のテストを行います。

テスト内容

左の画面がラズベリーパイで、右の画面がAzure(Visual Studio Code)です。

ラズパイ側でAzureからのメッセージを受信するプログラムを用意します。

環境変数をexportしてからプログラムを起動します。

Azure(Visual Studio Code)からラズパイにメッセージ送信を行います。

「デバイスへC2Dメッセージ送信」を選択します。

1回目は「test」のメッセージを送信しています。

Azureから送信すると、ラズパイ側でメッセージ受信していることが分かります。

2回目は「GPIO22_ON」のメッセージを送信しています。

ラズパイがメッセージ受信すると同時に、LED点灯(GPIO出力)も確認できます。

Pythonのプログラム

SDKの下記のプログラムを弄って作りました。

「/azure-iot-sdk-python/azure-iot-device/samples/sync-samples/receive_message.py」

Azureから指定のメッセージが送信されたらGPIOをON/OFFする内容を加えています。

import os
from six.moves import input
import threading
from azure.iot.device import IoTHubDeviceClient

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(22,GPIO.OUT)

# The connection string for a device should never be stored in code. For the sake of simplicity we're using an environment variable here.
conn_str = os.getenv("IOTHUB_DEVICE_CONNECTION_STRING")
# The client object is used to interact with your Azure IoT hub.
device_client = IoTHubDeviceClient.create_from_connection_string(conn_str)


# connect the client.
device_client.connect()


# define behavior for receiving a message
def message_handler(message):
    print("the data in the message received was ")
    print(message.data)
    #print("custom properties are")
    #print(message.custom_properties)
    if message.data == b'GPIO22_ON':
        GPIO.output(22, True)        
    if message.data == b'GPIO22_OFF':
        GPIO.output(22, False)
        
# set the message handler on the client
device_client.on_message_received = message_handler


# Wait for user to indicate they are done listening for messages
while True:
    selection = input("Press Q to quit\n")
    if selection == "Q" or selection == "q":
        print("Quitting...")
        break

        
# finally, shut down the client
device_client.shutdown()