Raspberry Pi 3の Bluetooth BLEで TI SensorTagと接続してセンサーの測定値を読み取る方法 (ラズパイ３の BLEと Node.jsで、TIの SensorTag CC2541DKに接続してセンサーの状態を取得)

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・2017/08/11

Raspberry Pi 3の Bluetooth BLEで TI SensorTagと接続してセンサーの測定値を読み取る方法

(ラズパイ３の BLEと Node.jsで、TIの SensorTag CC2541DKに接続してセンサーの状態を取得)

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

● Raspberry Pi 3 Model Bを遂に購入

　Raspberry Pi3 Model B RPI2 RPI3

　大人気の CPUボードの Raspberry Piに WiFiと Bluetoothが搭載されたモデルが新発売となりました。
　以前から Raspberry Pi 2を買おうかどうか迷っていましたが、Raspberry Pi 3 Model Bの発売を機に購入を決意してラズベリアンになる事にしました。

　※ ラズパイの OS Raspbianはバージョンが上がる毎に過去の版と OSの内部の作りが変わり、過去に書かれた製作記事（例えば Raspbian Wheezyの時代の記事）がそのままではエラーが出たりして動かない事が有ります。
　※ 当方のホームページのラズパイ記事は全て Raspberry Pi 3 Model Bと Raspbian Jessieの組み合わせで動作確認をしております。
（ただし、将来的に新しい Raspbian OSが出た場合に、当方の Raspbian Jessieを基にした内容がそのままでは動かない可能性が有ります。）
　※ 2017/08/16から Raspbian OSは Raspbian Jessieから Raspbian Stretchに変わりました。
　※ 2019/06/20から Raspbian OSは Raspbian Stretchから Raspbian Busterに変わりました。

Download Raspbian for Raspberry Pi

ちなみに、歴代のバージョンと名称は

Debian	コードネーム	年月	備考	（参考）Ubuntuでの該当名称
Debian 11	Bullseye	2021/08/14～	2021/11からラズパイにリリース	Focal Fossa 20.04 LTS ？
Debian 10	Buster	2019/06/20～	2019/06からラズパイ４対応	Bionic 18.04 LTS
Debian 9	Stretch	2017/08/16～	2018/03からラズパイ３Ｂ＋対応	Xenial 16.04 LTS
Debian 8	Jessie	2015～	2016/02からラズパイ３対応	Trusty 14.04 LTS
Debian 7	Wheezy	2013～2016
Debian 6.0	Squeeze	2011～2014
Debian GNU/Linux 5.0	Lenny	2009～2012

●ラズパイ３の Bluetooth BLEで TI SensorTagと接続してセンサーの測定値を読み取る方法

　ラズパイ３の BLE + Node.jsで擬似環境を作成する必要性が出てきました。
　ここでは BLEや Node.jsに慣れる為にサンプルを動かして BLEと Node.jsに対して免疫をつけていきます。

　ラズパイで BLEをプログラムから自由に扱う手段としては Node.jsを使う方法が一般的な様です。
　ここでも Node.jsを使って TIの SensorTagと BLE接続します。
　（と言うか、SensorTagと接続するサンプルライブラリが Node.js前提にしています。）
sensortag - Node.js lib for the TI SensorTag and TI CC2650 SensorTag
sandeepmistry/node-sensortag - Node.js lib for the TI SensorTag

　この場合はラズパイ３と TI SensorTagの役割は下記の様になります。

ラズパイ３	セントラル（通信のホスト、マスター）
TI SensorTag	ペリフェラル（周辺機器、スレーブ）

　接続に使用する TI SensorTag キット。
　TIのページから直接 $29で PayPal支払いで簡単に購入できます。
IoT を容易に実現 - TI SensorTag キット

　CC2650 SensorTagの前バージョンの CC2541 SensorTag（2014年 8月購入）でも動きました。
CC2541DK-SENSOR - CC2541 SensorTag 開発キット

・2014/08/01

TIの 8051マイコン内蔵の BLE CC2540/CC2541を使ってみる
Bluetooth Low Energyの SensorTagや iBeacon、CC Debuggerの使い方など

　BLE = Bluetooth Low Energy

　GATT Characteristicsの一覧表。Bluetooth SIGで決めた決まりきった UUIDの一覧表。
GATT Characteristics - Bluetooth SIG

　SensorTag User Guide CC2541DK SENSORの UUIDの一覧表。
SensorTag User Guide

●ラズパイ３に Node.jsをインストールする方法

・ uname -aで環境を確認する。
　（RASPBIAN STRETCH WITH DESKTOP Release date:2017-08-16）

$ uname -a
Linux raspberrypi 4.9.41-v7+ #1023 SMP Tue Aug 8 16:00:15 BST 2017 armv7l GNU/Linux

$ nodejs -v
v4.8.2

$ npm -v
-bash: npm: command not found

　2017/08版の Raspbian OSには Node.js v4.8.2がインストールされています。
　が、不要なので削除して Node.js v7をインストールします。

# autoremove nodejsで既存の nodejsを削除する。
sudo apt-get -y autoremove nodejs

# setup Node.js v7
curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_7.x | sudo -E bash -
# install Node.js v7
sudo apt-get -y install nodejs

# node -vでバージョンを確認する。
# $ node -v
# v7.10.1 (node-v51 ABI)

# npm -vでバージョンを確認する。
# $ npm -v
# 4.2.0

　npm install sensortagで Node.jsの SensorTagライブラリをインストールします。

npm install sensortag

# インストールの途中で下記のエラーが出ますが、発生原因や対処方法等が不明なので放置します。
# node-pre-gyp ERR! Tried to download: https://github.com/tessel/node-usb/releases/download/1.2.0/usb_bindings-v1.2.0-node-v51-linux-arm.tar.gz
# node-pre-gyp ERR! Pre-built binaries not found for usb@1.2.0 and node@7.10.1 (node-v51 ABI) (falling back to source compile with node-gyp)

# インストール後は ./node_modules/ディレクトリが作成されています。
cd
ls -l ./node_modules/
ls -l ./node_modules/sensortag

# sensortagライブラリを sudo node test.jsで実行します。
cd
cd ./node_modules/sensortag
sudo node test.js

# Error: Cannot find module 'async'

# asyncモジュールが無いのでインストールします。
# $ npm list -g async
# /usr/lib
# └── (empty)

# asyncモジュールが無いのでインストールします。
npm install async
# sensortag@1.3.0 /home/pi/node_modules/sensortag
# └── async@0.2.10

　CC2541 SensorTagの側面のボタンを押して Advertising状態にしてから、sensortagライブラリを sudo node test.jsで実行します。

sudo node test.js

　SensorTagを認識すると下記の様にセンサーの測定値が表示され、最後は左右ボタンの押下待ちになります。

discovered: {"id":"bc6a29xxxxxx","type":"cc2540"}
connectAndSetUp
readDeviceName
        device name = TI BLE Sensor Tag
readSystemId
        system id = bc:6a:29:xx:xx:xx:xx:xx
readSerialNumber
        serial number = N.A.
readFirmwareRevision
        firmware revision = 1.5 (Oct 23 2013)
readHardwareRevision
        hardware revision = N.A.
readSoftwareRevision
        software revision = N.A.
readManufacturerName
        manufacturer name = Texas Instruments
enableIrTemperature
readIrTemperature
        object temperature = 25.7 °C
        ambient temperature = 30.1 °C
disableIrTemperature
enableAccelerometer
readAccelerometer
        x = 0 G
        y = -0.4 G
        z = 0.9 G
disableAccelerometer
enableHumidity
readHumidity
        temperature = 30.4 °C
        humidity = 63.5 %
disableHumidity
enableMagnetometer
readMagnetometer
        x = 0 μT
        y = 0 μT
        z = 0 μT
disableMagnetometer
enableBarometricPressure
readBarometricPressure
        pressure = 1013.9 mBar
disableBarometricPressure
enableGyroscope
readGyroscope
        x = 0.9 °/s
        y = 3.1 °/s
        z = -0.1 °/s
disableGyroscope
readTestData
        data = 59
readTestConfiguration
        configuration = 0
readSimpleRead - waiting for button press ...
left: true
right: false
disconnect
disconnected!

● npm install sensortagでインストールされるモジュール郡

　npm install sensortagでインストールされるモジュール郡

$ ls -l ./node_modules/
total 32
drwxr-xr-x 6 pi pi 4096 Aug  7 05:56 bluetooth-hci-socket
drwxr-xr-x 3 pi pi 4096 Aug  7 05:54 bplist-parser
drwxr-xr-x 2 pi pi 4096 Aug  7 05:54 debug
drwxr-xr-x 2 pi pi 4096 Aug  7 05:54 ms
drwxr-xr-x 4 pi pi 4096 Aug  7 05:54 nan
drwxr-xr-x 6 pi pi 4096 Aug  7 05:54 noble
drwxr-xr-x 5 pi pi 4096 Aug  7 05:54 noble-device
drwxr-xr-x 4 pi pi 4096 Aug  7 05:57 sensortag

$ ls -l ./node_modules/sensortag/
total 60
-rw-r--r-- 1 pi pi  1547 Feb 13  2017 CHANGELOG.md
-rw-r--r-- 1 pi pi    45 Mar 25  2015 index.js
drwxr-xr-x 2 pi pi  4096 Aug  7 05:54 lib
-rw-r--r-- 1 pi pi  1081 Nov 14  2013 LICENSE
drwxr-xr-x 3 pi pi  4096 Aug  7 05:57 node_modules
-rw-r--r-- 1 pi pi  2198 Aug  7 05:54 package.json
-rw-r--r-- 1 pi pi  6730 Feb 13  2017 README.md
-rw-r--r-- 1 pi pi  1515 Sep 13  2015 test-cc2650-io.js
-rw-r--r-- 1 pi pi   573 Oct  2  2016 test-continous-discover-connect.js
-rw-r--r-- 1 pi pi   363 Aug 29  2015 test-discover.js
-rw-r--r-- 1 pi pi 13946 Oct  2  2016 test.js

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