小狐狸事務所: MicroPython on ESP8266 (二十) : 從 ThingSpeak 讀取資料

2017年8月28日星期一

MicroPython on ESP8266 (二十) : 從 ThingSpeak 讀取資料

昨天完成 MicroPython on ESP8266 的太陽能測候站後, 可以在電腦上連線 ThingSpeak 網站遠端觀察 ESP8266 傳遞上來的數據, 也可以在手機上安裝 ThingView 這個 App 來隨時檢視監測數據, 關於 ThingView 參考 :

# MicroPython on ESP8266 (十三) : DHT11 溫溼度感測器測試

回高雄的途中突然想到, ThingSpeak 上除了 Write API Key 外, 還有 Read API Key, 亦即可以從遠端設備直接讀取 ThingSpeak 資料庫上儲存的通道數據. 我的想法是用 ESP8266 模組讀取 ThingSpeak 數據後將資料顯示在 1602 LCD 或 SSD1306 OLED 顯示器上, 這樣便毋須開啟電腦或拿出手機檢視了. 在 ThingSpeak 網站的 Channels/API Keys 裡可查得通道的 Channel ID 與 Read API Keys (可自行建立多個讀取 API Key) :

# Core Python libraries ported to MicroPython (函式庫)
# MicroPython on WeMOS D1 Mini Workshop

實際做法我參考了下面這篇文章 :

# How to read data from a Thingspeak channel using a Raspberry Pi | Raspberry Pi | Forum

此文是針對 Raspberry Pi 上的 CPython, 使用 urllib2 模組來處理 HTTP 協定; 我則是偏好使用 requests (在 MicroPython 上為 urequests) 模組, 我只參考了 API 的 URL 格式 :

GET https://api.thingspeak.com/channels/58096/feeds/last.json?api_key=PWEAKSDX9X9QP1V6

這個 Query 字串中的關鍵資訊是黃底部分的 Channel ID 與 Read API Key, 預期 ThingSpeak 伺服器將傳回最近一筆寫入數據. 其他 Feeds 的擷取方法參考 :

# https://www.mathworks.com/help/thingspeak/get-a-channel-feed.html

測試 1 : 讀取 ThingSpeak 通道資料

#myapp.py
import urequests
import time

host='http://api.thingspeak.com'
read_api_key='PWEAKSDX9X9QP1V6'
channel_id='58096'

url='%s/channels/%s/feeds/last.json?api_key=%s' \
%(host, channel_id, read_api_key)

while True:
try:
r=urequests.get(url)
print(r.text)
print(r.json())
except:
print('urequests.get() exception occurred!')
time.sleep(3)

將此檔案存成 myapp.py, 用 ampy 傳 ESP8266 後開啟 PuTTY 按 Ctrl+D 軟開機即可. 連接 WiFi 工作交由 WiFi 連網程式 main.py 負責, 參考下面這篇文章中的 "3. SSD1306 OLED 版 AP 設定程式 " :

# WeMOS D1 Mini 開發板測試

在上面的程式中, 我以 3 秒週期去 ThingSpeak 讀取指定通道之數據, 分別印出回應物件的 text 屬性與 json() 方法的傳回值, 兩者之差別是 text 屬性為字串, 而 json() 傳回的是 JSON 資料轉成的字典物件, 參考 :

# MicroPython on ESP8266 (十二) : urequests 模組測試

REPL 輸出如下 :

PYB: soft reboot
#9 ets_task(40100164, 3, 3fff829c, 4)
WebREPL is not configured, run 'import webrepl_setup'
Connecting to AP ...
Connected:IP= 192.168.43.252
{"created_at":"2017-08-28T03:03:22Z","entry_id":75291,"field1":"30","field2":"86","field3":"39","field4":"4","field5":"0"}
{'created_at': '2017-08-28T03:03:22Z', 'field5': '0', 'entry_id': 75291, 'field3': '39', 'field2': '86', 'field1': '30', 'field4': '4'}
{"created_at":"2017-08-28T03:03:22Z","entry_id":75291,"field1":"30","field2":"86","field3":"39","field4":"4","field5":"0"}
{'created_at': '2017-08-28T03:03:22Z', 'field5': '0', 'entry_id': 75291, 'field3': '39', 'field2': '86', 'field1': '30', 'field4': '4'}
{"created_at":"2017-08-28T03:03:22Z","entry_id":75291,"field1":"30","field2":"86","field3":"39","field4":"4","field5":"0"}
{'created_at': '2017-08-28T03:03:22Z', 'field5': '0', 'entry_id': 75291, 'field3': '39', 'field2': '86', 'field1': '30', 'field4': '4'}
{"created_at":"2017-08-28T03:03:22Z","entry_id":75291,"field1":"30","field2":"86","field3":"39","field4":"4","field5":"0"}
{'created_at': '2017-08-28T03:03:22Z', 'field5': '0', 'entry_id': 75291, 'field3': '39', 'field2': '86', 'field1': '30', 'field4': '4'}

由於在上一篇測試 "太陽能測候站與移動偵測控制照明" 中是以 20 秒的週期將測候站量得之數據寫入 ThingSpeak 資料庫, 而此處卻以 3 秒週期讀取最新一筆寫入資料, 所以會連續讀到好幾筆重複的資料. 同時也可看出 text 屬性因為是字串, 鍵與值都用雙引號; 而 json() 傳回值 (字典) 則以單引號括起來. 傳回的每一筆資料包括下列欄位 :

created_at : 數據寫入日期與時間 (注意, 這是 GMT 時間)
entry_id : 紀錄的 ID
field1 : 攝氏溫度
field2 : 華氏溫度
field3 : 濕度
field4 : 亮度
field5 : PIR 觸發次數

既然 json() 傳回值是 dict 物件, 那麼就可以透過鍵來取得其值, 如下列測試 2 所示 :

測試 2 : 讀取 ThingSpeak 通道資料 (取得字典內各欄位之值)

#myapp.py
import urequests
import time

host='http://api.thingspeak.com'
read_api_key='PWEAKSDX9X9QP1V6'
channel_id='58096'

url='%s/channels/%s/feeds/last.json?api_key=%s' \
%(host, channel_id, read_api_key)

while True:
try:
r=urequests.get(url)
d=r.json()
print(d['created_at'],d['entry_id'],d['field1'],d['field2'],
d['field3'],d['field4'],d['field5'])
except:
print('urequests.get() exception occurred!')
time.sleep(10)

此處我將讀取週期改為 10 秒, 而數據來源端寫入週期為 20 秒, 因此將能大幅降低讀到多筆重複資料情形, 預期頂多重複一次, REPL 輸出如下 :

PYB: soft reboot
#9 ets_task(40100164, 3, 3fff829c, 4)
WebREPL is not configured, run 'import webrepl_setup'
Connecting to AP ...
Connected:IP= 192.168.43.252
2017-08-28T06:56:33Z 75985 32 90 35 3 0
2017-08-28T06:56:54Z 75986 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:56:54Z 75986 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:57:14Z 75987 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:57:34Z 75988 32 90 38 3 0
2017-08-28T06:57:34Z 75988 32 90 38 3 0
2017-08-28T06:57:54Z 75989 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:57:54Z 75989 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:58:14Z 75990 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:58:14Z 75990 32 90 35 4 0
2017-08-28T06:58:34Z 75991 32 90 36 4 0
2017-08-28T06:58:34Z 75991 32 90 36 4 0
2017-08-28T06:58:54Z 75992 33 91 34 3 0
2017-08-28T06:58:54Z 75992 33 91 34 3 0
2017-08-28T06:59:14Z 75993 32 90 38 4 0
2017-08-28T06:59:14Z 75993 32 90 38 4 0
2017-08-28T06:59:35Z 75994 32 90 35 3 0
2017-08-28T06:59:55Z 75995 32 90 35 3 0
2017-08-28T06:59:55Z 75995 32 90 35 3 0
2017-08-28T07:00:15Z 75996 32 90 35 3 0
2017-08-28T07:00:15Z 75996 32 90 35 3 0
2017-08-28T07:00:35Z 75997 32 90 36 3 0

沒錯, 重複次數最多一次.

接下來要將自 ThingSpeak 取得的數據顯示在 SSD1306 OLED 顯示器, 作法參考下面這篇 :

# MicroPython on ESP8266 (十八) : SSD1306 液晶顯示器測試

D1 Mini 或 ESP-12 模組與 SSD1306 的連接方式如下 :

SSD1306 使用 I2C 介面, D1 Mini 使用 D1 接 SCL, D2 接 SDA, 但在建立 I2C 物件時必須傳入 D1 與 D2 腳相對應的 GPIO5 與 GPIO4.

使用 SSD1306 需先下載其 MicroPython 驅動程式 ssd1306.py 並用 ampy 上傳 ESP8266 :

# micropython/drivers/display/ssd1306.py (MicroPython 官網)

下面程式是參考 "SSD1306 液晶顯示器測試" 修改測試 2 而得 :

測試 3 : 讀取 ThingSpeak 通道資料並顯示於 OLED 顯示器 (GMT 時間)

import urequests
import time
import ssd1306
from machine import Pin, I2C

def fill_blank(n):
if n<10:
return ' ' + str(n)
else:
return str(n)

i2c=I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
oled=ssd1306.SSD1306_I2C(128, 32, i2c)

host='http://api.thingspeak.com'
read_api_key='PWEAKSDX9X9QP1V6'
channel_id='58096'

url='%s/channels/%s/feeds/last.json?api_key=%s' \
%(host, channel_id, read_api_key)

while True:
try:
r=urequests.get(url)
except:
print('urequests.get() exception occurred!')
j=r.json()
print(j['created_at'],j['entry_id'],j['field1'],j['field2'],
j['field3'],j['field4'],j['field5'])

YMD,HmS=j['created_at'].split('T') #以 'T' 拆分日期時間
HmS=HmS.replace('Z','') #去除時間結尾的 'Z'
T='%sC' % (fill_blank(int(j['field1'])))
H='%sH' % (fill_blank(int(j['field3'])))
L='%s%%' % (fill_blank(int(j['field4'])))

line1='%s' % (YMD)
line2='%s' % (HmS)
line3='%s %s %s' % (T, H, L)
line4='Trigger:%s' % (j['field5'])
oled.fill(0)
oled.text(line1, 0, 0)
oled.text(line2, 0, 8)
oled.text(line3, 0, 16)
oled.text(line4, 0, 24)
oled.show()
time.sleep(10)

上面程式中我直接將 'created_at' 欄位裡的日期時間字串以 'T' 為界拆出日期與時間, 然後將溫溼度亮度字串轉成整數後丟給 fill_blank() 製作成固定兩字元字串, 以免個位數時顯示位置位移. 注意, 上面的日期時間是 GMT 時間, 亦即數據來源寫入 ThingSpeak 資料庫時的 GMT 時間. 如果要改為台灣時間可參考 "SSD1306 液晶顯示器測試" 的測試 4 作法 :

測試 4 : 讀取 ThingSpeak 通道資料並顯示於 OLED 顯示器 (台灣時間)

import urequests
import time
import ssd1306
from machine import Pin, I2C

def fill_zero(n):
if n < 10:
return '0' + str(n)
else:
return str(n)

def fill_blank(n):
if n<10:
return ' ' + str(n)
else:
return str(n)

week={0:'Mon',1:'Tue',2:'Wed',3:'Thu',4:'Fri',5:'Sat',6:'Sun'}

i2c=I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4))
oled=ssd1306.SSD1306_I2C(128, 32, i2c)

host='http://api.thingspeak.com'
read_api_key='PWEAKSDX9X9QP1V6'
channel_id='58096'

url='%s/channels/%s/feeds/last.json?api_key=%s' \
%(host, channel_id, read_api_key)

while True:
try:
r=urequests.get(url)
except:
print('urequests.get() exception occurred!')
j=r.json()
print(j['created_at'],j['entry_id'],j['field1'],j['field2'],
j['field3'],j['field4'],j['field5'])

DT=j['created_at'].replace('T','-')
DT=DT.replace('Z','') #去除時間結尾的 'Z'
DT=DT.replace(':','-') #將時間的 ':' 全改為 '-' 以利 split()
DT=DT + '-0-0' #因 time.mktime() 需 8 個整數參數故補兩個 0
DT=DT.split('-') #拆成 6 元素的串列
DT=[int(i) for i in DT] #因 time.mktime() 需 8 個整數參數
Y,M,D,H,m,S,W,DY=time.localtime(time.mktime(DT) + 28800) #轉成台灣時間
YMD='%s-%s-%s' % (str(Y),fill_zero(M),fill_zero(D))
WD=week[W]
HmS='%s:%s:%s' % (fill_zero(H),fill_zero(m),fill_zero(S))
T='%sC' % (fill_blank(int(j['field1'])))
H='%sH' % (fill_blank(int(j['field3'])))
L='%s%%' % (fill_blank(int(j['field4'])))

line1='%s %s' % (YMD, WD)
line2=HmS
line3='%s %s %s' % (T, H, L)
line4='Trigger:%s' % (j['field5'])
oled.fill(0)
oled.text(line1, 0, 0)
oled.text(line2, 0, 8)
oled.text(line3, 0, 16)
oled.text(line4, 0, 24)
oled.show()
time.sleep(10)

此程式將 ThingSpeak 紀錄的 GMT 日期時間字串修整後, 在後面補上兩個 0 拆成 8 元素的串列後傳給 time.maketime() 轉成自 2000/1/1 以來的時戳 (秒), 再加上 28800 秒 (8 小時) 即為台灣時間之時戳, 傳給 time.localtime() 會傳回該時戳對應之日期與時間串列. 由於 MicroPython 沒有實作 strptime() 函數, 所以只好用上面這個方法來轉換.

以上是在 SSD1306 OLED 上顯示從 ThingSpeak 讀取之資料, 如果要在 1602 LCD 上顯示, 可參考 "液晶顯示器 1602A 測試" 這篇的作法. 使用 1602 前須先下載 esp8266_i2c_lcd.py 與 lcd_api.py 這兩個 Python 驅動程式, 下載後用 ampy 上傳到 ESP8266 即可.

將上面測試 4 程式修改為 1602 版如下 :

測試 5 : 讀取 ThingSpeak 通道資料並顯示於 1602 LCD 顯示器 (台灣時間)

import urequests
import time
from machine import Pin, I2C
from esp8266_i2c_lcd import I2cLcd

def fill_zero(n):
if n < 10:
return '0' + str(n)
else:
return str(n)

def fill_blank(n):
if n<10:
return ' ' + str(n)
else:
return str(n)

i2c=I2C(scl=Pin(5),sda=Pin(4),freq=400000)
lcd=I2cLcd(i2c, 0x27, 2, 16)
lcd.custom_char(0, bytearray([0x1C,0x14,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00]))

host='http://api.thingspeak.com'
read_api_key='PWEAKSDX9X9QP1V6'
channel_id='58096'

url='%s/channels/%s/feeds/last.json?api_key=%s' \
%(host, channel_id, read_api_key)

while True:
try:
r=urequests.get(url)
except:
print('urequests.get() exception occurred!')
j=r.json()
print(j['created_at'],j['entry_id'],j['field1'],j['field2'],
j['field3'],j['field4'],j['field5'])

DT=j['created_at'].replace('T','-')
DT=DT.replace('Z','')
DT=DT.replace(':','-')
DT=DT + '-0-0'
DT=DT.split('-')
DT=[int(i) for i in DT]
Y,M,D,H,m,S,W,DY=time.localtime(time.mktime(DT) + 28800)
YMD='%s-%s-%s' % (str(Y),fill_zero(M),fill_zero(D))
HmS='%s:%s:%s' % (fill_zero(H),fill_zero(m),fill_zero(S))
T='%s%s' % (fill_blank(int(j['field1'])),chr(0))
H='%sH' % (fill_blank(int(j['field3'])))
L='%s%%' % (fill_blank(int(j['field4'])))
Trigger=j['field5']

lcd.move_to(0, 0)
lcd.putstr(YMD)
lcd.move_to(11, 0)
lcd.putstr(L)
lcd.move_to(15, 0)
lcd.putstr(Trigger)
lcd.move_to(0, 1)
lcd.putstr(HmS)
lcd.move_to(9, 1)
lcd.putstr(T)
lcd.move_to(13, 1)
lcd.putstr(H)
time.sleep(10)

注意, 由於 1602 僅能顯示 16*2=32 個字元, 所以我將顯示資訊的位置重新做了規劃, 完整的時間 HmS 改在第二列開頭顯示, 溫度放在其後; 亮度改至日期後面, 而觸發次數放在第一列的最後一個字元.

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