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Grafanaを使用して独自の天気ダッシュボードを構築する

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はじめに​

ここでは、Grafanaを使用してreTerminal上で独自の天気ダッシュボードを作成する方法を紹介します。これはMichaelm Klementskに感謝いたします。

InfluxDBは、InfluxData社によって開発されたオープンソースの時系列データベース（TSDB）です。運用監視、アプリケーションメトリクス、モノのインターネットセンサーデータ、リアルタイム分析などの分野における時系列データの保存と取得のためにGo言語で書かれています。また、Graphiteからのデータ処理もサポートしています。

Grafanaは、マルチプラットフォームのオープンソース分析およびインタラクティブ可視化ウェブアプリケーションです。サポートされているデータソースに接続すると、ウェブ用のチャート、グラフ、アラートを提供します。追加機能を持つライセンス版のGrafana Enterpriseも、セルフホストインストールまたはGrafana Labsクラウドサービスのアカウントとして利用できます。プラグインシステムを通じて拡張可能です。エンドユーザーは、インタラクティブなクエリビルダーを使用して複雑な監視ダッシュボードを作成できます。Grafanaはフロントエンドとバックエンドに分かれており、それぞれTypeScriptとGoで書かれています。

ESP32を使用して温度、湿度、気圧の測定値を収集します。これらはInfluxDBの時系列データベースに投稿されます。InfluxDBはRaspberry Pi上でローカルに実行することも、クラウドサーバー上で実行することもできますが、今回はクラウドサーバーを使用します。次に、データベースに保存された情報を表示するために、Grafanaという分析・可視化アプリケーションを使用します。GrafanaもRaspberry Pi（この場合はreTerminal）上でローカルに実行することも、クラウドサーバー上で実行することもできます。今回はreTerminal上でローカルにインストールして実行します。InfluxDBとGrafanaに別々のPiを使用する必要はありません。お望みであれば、両方をreTerminal上でローカルに実行することもできます。ただし、データを収集するためにreTerminalを常時稼働させておきたくないだけです。

ESP32とGrafana間のデータ処理

必要な材料​

Azure と InflexDB のセットアップ​

まず仮想マシンを作成する必要があります。

  • ステップ 1. 以下のページを開き、Microsoft Azure サービスにログインします。Virtual machines をクリックし、Create をクリックします。

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  • ステップ 2. 仮想マシンのデフォルトシステムとして Ubuntu 18.04 システムを選択します。Review + create をクリックして次のページに進みます。

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  • ステップ 3. すべての設定が選択されたら、Create をクリックします。

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進行には時間がかかります。完了したら、Go to resource ボタンをクリックします。

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すると以下のページに移動します。Networking をクリックし、Add inbound port rule を選択して、任意の宛先で 8086 ポートを追加します。

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  • ステップ 4. これらのコマンドをコピーして docker をインストールし、有効にします。
sudo apt udpate
sudo apt install docker docker-compose -y
sudo systemctl enable --now docker && sudo systemctl start docker
sudo systemctl status docker

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  • ステップ 5. コマンドを使用してInfluxDBイメージをプルダウンします。
sudo docker pull influxdb:2.1.1

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  • ステップ 6. コマンドを適用してInfluxDBをバックグラウンドで実行します。
sudo docker run -d --name influxdb -p 8086:8086 influxdb:2.1.1

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  • Step 7. ブラウザを開き、http://yourip:8086（あなたのIP）を入力します。「Get Started」をクリックして使用を開始します。

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  • Step 8. Organization Name と Bucket Name を記録し、「Continue」をクリックします。

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  • Step 9. Data > API Tokens をクリックします。

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Azure と InflexDB の設定が完了しました。次に ESP32 の設定に移ります。

ESP32 セットアップ​

気象データを収集するために、ピン4に接続されたDHT11センサーとI2Cインターフェース（ピン21と22）に接続されたBMP280圧力センサーを備えたESP32を使用します。この例では、初心者キットの2つのGroveセンサーモジュールを使用しています。これらには必要な電子部品（追加の抵抗など）がすべて組み込まれているためです。

ESP32 Circuit Diagram

  1. Library Manager を使用
1. Open the Arduino IDE and click to the "Sketch" menu and then Include Library > Manage Libraries.
2. Type 'influxdb' in the search box
3. Install the 'InfluxDBClient for Arduino' library
  1. 手動インストール
1. cd <arduino-sketch-location>/library.
2. git clone https://github.com/tobiasschuerg/InfluxDB-Client-for-Arduino
3. Restart the Arduino IDE
  • ステップ 2. 以下のコードをスケッチにコピーしてください。
#include <Wire.h>                                                   //Import the required libraries
#include "DHT.h"
#include "Seeed_BMP280.h"
#include <WiFiMulti.h>
WiFiMulti wifiMulti;
#define DEVICE "ESP32"

#include <InfluxDbClient.h>
#include <InfluxDbCloud.h>

#define WIFI_SSID "xxxxxxxx"                                            //Network Name
#define WIFI_PASSWORD "xxxxxxxxxx"                                        //Network Password
#define INFLUXDB_URL "http://xxxxxxxx:8086"                                                 //InfluxDB v2 server url, e.g. https://eu-central-1-1.aws.cloud2.influxdata.com (Use: InfluxDB UI -> Load Data -> Client Libraries)
#define INFLUXDB_TOKEN "xxxxxxxxx"                                                                                             //InfluxDB v2 server or cloud API token (Use: InfluxDB UI -> Data -> API Tokens -> <select token>)
#define INFLUXDB_ORG "xxxxxxx"                                                                                               //InfluxDB v2 organization id (Use: InfluxDB UI -> User -> About -> Common Ids )
#define INFLUXDB_BUCKET "xxxxxxx"                                                                                            //InfluxDB v2 bucket name (Use: InfluxDB UI ->  Data -> Buckets)
#define TZ_INFO "JST-9"                                                                                                //InfluxDB v2 timezone

DHT dht(4,DHT11);                                                   //DHT and BMP sensor parameters
BMP280 bmp280;

int temp = 0;                                                       //Variables to store sensor readings
int humid = 0;
int pressure = 0;

//InfluxDBClient client(INFLUXDB_URL, INFLUXDB_ORG, INFLUXDB_BUCKET, INFLUXDB_TOKEN, InfluxDbCloud2CACert);                 //InfluxDB client instance with preconfigured InfluxCloud certificate
InfluxDBClient client(INFLUXDB_URL, INFLUXDB_ORG, INFLUXDB_BUCKET, INFLUXDB_TOKEN); 

Point sensor("weather");                                            //Data point

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);                                             //Start serial communication
  
  dht.begin();                                                      //Connect to the DHT Sensor
  if(!bmp280.init())                                                //Connect to pressure sensor
    Serial.println("bmp280 init error!");

  WiFi.mode(WIFI_STA);                                              //Setup wifi connection
  wifiMulti.addAP(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  Serial.print("Connecting to wifi");                               //Connect to WiFi
  while (wifiMulti.run() != WL_CONNECTED) 
  {
    Serial.print(".");
    delay(100);
  }
  Serial.println();

  sensor.addTag("device", DEVICE);                                   //Add tag(s) - repeat as required
  sensor.addTag("SSID", WIFI_SSID);

  timeSync(TZ_INFO, "pool.ntp.org", "time.nis.gov");                 //Accurate time is necessary for certificate validation and writing in batches

  if (client.validateConnection())                                   //Check server connection
  {
    Serial.print("Connected to InfluxDB: ");
    Serial.println(client.getServerUrl());
  } 
  else 
  {
    Serial.print("InfluxDB connection failed: ");
    Serial.println(client.getLastErrorMessage());
  }
}

void loop()                                                          //Loop function
{
  temp = dht.readTemperature();                                      //Record temperature
  humid = dht.readHumidity();                                        //Record temperature
  pressure = bmp280.getPressure()/100;                               //Record pressure

  sensor.clearFields();                                              //Clear fields for reusing the point. Tags will remain untouched

  sensor.addField("temperature", temp);                              // Store measured value into point
  sensor.addField("humidity", humid);                                // Store measured value into point
  sensor.addField("pressure", pressure);                             // Store measured value into point

    
  if (wifiMulti.run() != WL_CONNECTED)                               //Check WiFi connection and reconnect if needed
    Serial.println("Wifi connection lost");

  if (!client.writePoint(sensor))                                    //Write data point
  {
    Serial.print("InfluxDB write failed: ");
    Serial.println(client.getLastErrorMessage());
  }
  
  Serial.print("Temp: ");                                            //Display readings on serial monitor
  Serial.println(temp);
  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.println(humid);
  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.println(pressure);
  delay(1000);                                                      //Wait 60 seconds
}

注意: コードは完成していません。APIトークンとバケットを設定すると、InfluxDBダッシュボードからアクセスするArduinoインターフェースページで生成されるコードには、すでに正しいセットアップ情報が含まれているため、コードにコピーするだけで済みます。

InfluxDB Arduino Interface Instructions

  • ステップ 3. コードをアップロードして結果を確認します。

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しばらくすると、InfluxDBデータベースに情報が利用可能になっていることが確認でき、ESP32が正しく動作していることがわかります。これで、reTerminalにGrafanaをインストールし、データベース内の情報を表示するように設定することに進むことができます。

reTerminalにGrafanaをインストールして設定する​

次に、DebianまたはUbuntuでのインストールのWebサイトで説明されているターミナル手順に従ってGrafanaをインストールします。その後、Grafanaを開始し、起動時に再起動するように設定するだけです。

Installing Grafana

  • ステップ 1. ブラウザで新しいタブを開き、localhost、ポート3000を指定してGrafana Webインターフェースにアクセスします。reTerminalでブラウザを開き、http://localhost:3000と入力できます。

Grafana Web Interface Localhost3000

次に、サーバーと認証情報を入力してInfluxDBからデータを読み取るように設定する必要があります。これらの情報はすべてInfluxDB Webインターフェースで確認でき、ESP32がデータを公開している情報と非常に似ています。

  • ステップ 2. SettingボタンをクリックしてData sourcesを選択します。

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  • ステップ 3. フィルターにInfluxDBと入力し、InfluxDBを選択します。

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これで、reTerminalにGrafanaをインストールして設定しました。

Fluxを使用するようにGrafanaを設定する​

InfluxDBデータソースでクエリ言語としてFluxを選択した状態で、InfluxDB接続を設定します：

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GrafanaはInfluxDB 2.0データソースに接続し、テストの結果を返すはずです。

  • ステップ 2. ここでパネルを追加します。

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  • ステップ 3. InfluxDBに戻り、以下の手順に従ってスクリプトを作成します。

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  • ステップ 4. スクリプトをコピーしてreTerminalに貼り付けます。

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  • ステップ 5. reTerminalで結果を確認すると、以下のように情報が表示されるはずです。

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