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2021/06/27
2021/07/03
【Websocket X IoT】Node.js上でWebsocketネットワークを構築し、ラズパイ&Arduinoをシリアル通信でデータを受信してみる
【ラズパイDIY講座】ラズパイゼロで作る監視カメラ② 〜 UV4LのビルドインシグナリングサーバでWebRTC
【Websocket X IoT】Node.js上でWebsocketネットワークを構築し、ラズパイ&Arduinoをシリアル通信でデータを受信してみるNode.jsを使ったWebsocketサーバをLinux機(ラズパイ)に構築し、シリアル接続したArduinoからWebsocket経由でデータを取得する例を解説します。
ラズベリーパイ4B 4GB 技適対応品 Raspberry Pi Zero W (ヘッダーハンダ付け済) Raspberry Pi Zero 2 W 技適取得済 ラズベリーパイピコ ラズベリーパイ カメラモジュールV2 ラズパイZere/Zero W用カメラFFCケーブル 2本セット(15ピン22ピン15cm) RAVPower USB充電器 2ポート 24W 【最大出力5V,4.8A】 ラズパイマガジン 2019年12月号 カメラ＆センサー工作入門 IoTの基本・仕組み・重要事項が全部わかる教科書 Web監視カメラの概要
今回構築する家庭内監視カメラシステムの模式図を以下に示しておきます。Websocket通信ベースでLANネットワークにあるPCやタブレットからならば何処からでもWebsocketサーバとして動作させたラズパイゼロWにアクセスして、動画を確認できるようにするのが今回の記事の目的です。
ラズベリーパイ4B 4GB 技適対応品 Raspberry Pi Zero W (ヘッダーハンダ付け済) Raspberry Pi Zero 2 W 技適取得済 ラズベリーパイピコ ラズベリーパイ カメラモジュールV2 ラズパイZere/Zero W用カメラFFCケーブル 2本セット(15ピン22ピン15cm) RAVPower USB充電器 2ポート 24W 【最大出力5V,4.8A】 ラズパイマガジン 2019年12月号 カメラ＆センサー工作入門 IoTの基本・仕組み・重要事項が全部わかる教科書 ラズパイカメラのセットアップ
ラズパイゼロとカメラモジュールの基本設定の手順を順次説明していきます。ラズパイ-カメラモジュールの接続準備
まずはラズパイゼロWのカメラ周りの材料調達から考えていきましょう。ウェブカメラとして利用するため、購入するラズパイゼロシリーズは、Wifiモジュール内蔵のゼロWをチョイスします。また今回はラズパイ公式のカメラモジュールV2を利用します。V2カメラモジュールを購入してラズパイゼロWで利用する場合の注意点として、付属のリボンケーブルはラズパイゼロ用の規格ではないので、そのままでは使えません。※図中の上がラズパイゼロ用のカメラケーブル/下が通常のラズパイ用カメラケーブルそこで別途対応のリボンケーブルを購入する必要があります。これらの具材を単純に接続させてみると以下のようになります。監視カメラとしての固定方法やケースなどは後々考えるとして、今回のブログではラズパイでカメラを使うことにフォーカスしていこうとおもいます。カメラの動作テスト
ラズパイゼロの購入から本体の基本セットアップに関しては、以前のブログに特集していましたので、ここでは既にラズパイゼロは基本設定およびNode.jsはインストール済みとし、カメラモジュールのセットアップの手順を説明していきます。
[ラズパイ x 環境構築] Wi-FiとSSHから行うRaspberryPi Zero Wのセットアップ方法Raspberry Pi Zero Wのセットアップ方法をSSH接続を利用したディスプレイレスな環境構築手順をまとめてみます。
/dev/フォルダでvideo0が追加されているはずなので、以下のコマンドで確認します。次にこのカメラモジュールが有効かつラズパイに対応しているかの判断を以下のコマンドで行います。このときsupported=0やdetected=0になってしまうと、機種未対応のカメラモジュール製品と接続されている可能性がありますのでご留意ください。ではRaspberry Pi OSに標準でインストールされているraspistillというユーティリティでカメラモジュールから静止画像をキャプチャし、現在の場所に保存します。というコマンドを叩くと、数秒後に1.jpgという名前の画像が保存されると思います。今回はSSH接続してCUIでラズパイを動かしていますので、サッと保存した画像をプレビューできないのが難点ではあります。そんなときはsshコマンドと同じ要領で、M2Mのファイル転送を行うscpコマンドでラズパイからホストPCに画像を転送しましょう。SSH接続中のコンソールとは別画面で以下のコマンドを叩きます。ここではラズパイのユーザー・raspi、ラズパイの固定IP・192.168.0.123、SSHのポート番号(デフォルトから変えている場合)・12345、キャプチャ画像の保存先(絶対パス)・/home/raspi/1.jpgで転送元から、現在のPCのtmpフォルダへコピーさせてみましょう。で画像が送れます。手元のビュアーで天井か地面などが移っていればカメラモジュールは正常に動作しているはずです。
ラズベリーパイ4B 4GB 技適対応品 Raspberry Pi Zero W (ヘッダーハンダ付け済) Raspberry Pi Zero 2 W 技適取得済 ラズベリーパイピコ ラズベリーパイ カメラモジュールV2 ラズパイZere/Zero W用カメラFFCケーブル 2本セット(15ピン22ピン15cm) RAVPower USB充電器 2ポート 24W 【最大出力5V,4.8A】 ラズパイマガジン 2019年12月号 カメラ＆センサー工作入門 IoTの基本・仕組み・重要事項が全部わかる教科書 UV4Lサーバのセットアップ
次にラズパイから動画を簡単に配信するためのUV4L(over HTTP)サーバをセットアップしていきます。なおこちらのインストール手順として参考に書かれているやり方はちょっとだけ古いRaspbian OS Basterで確認されているようですが、一応手元のRaspberry Pi OSであっても問題なく動作しています。まずはパッケージキーのインストールですが、となってCurlでは取得失敗するかもしれませんので、このようなエラーが発生した場合wgetでの操作に切り替えます。次に以下のコマンドで/etc/apt/sources.listにUV4Lダウンロード用のレポジトリを追加します。もしくは直接/etc/apt/sources.listを編集し、とすることもできます。なおレポジトリは未だに名前がraspbian/stretchのままでプログラムがおいてありますが、とりあえず名前はそのまま気にせずに使います。編集したら、apt-getでパッケージのアップデートとUV4Lのインストールを行います。これでラズパイ側からUV4Lサーバから動画が配信されるのですが、後々WebRTC接続して利用しますので、WebRTC接続配信用のエクステンションもインストールしておきます。ラズパイの製品モデルによってCPUのアーキテクチャに併せてインストールする必要があります。今回はラズパイゼロWで利用するので、uv4l-webrtc-armv6を利用します。インストール後は再起動するとUV4Lサーバがバックグラウンドで起動するようになります。UV4Lで例えば以下のようなオプションで起動してみます。これでネットワークのパソコンのブラウザ側から、http://[ラズパイのIP]:8080/streamを叩くと、カメラからの画像が確認できます。サーバを止める場合には以下のコマンドから停止できます。ラズパイカメラからの単純な映像送信であれば、これだけで十分に監視カメラとして機能しています。
ラズベリーパイ4B 4GB 技適対応品 Raspberry Pi Zero W (ヘッダーハンダ付け済) Raspberry Pi Zero 2 W 技適取得済 ラズベリーパイピコ ラズベリーパイ カメラモジュールV2 ラズパイZere/Zero W用カメラFFCケーブル 2本セット(15ピン22ピン15cm) RAVPower USB充電器 2ポート 24W 【最大出力5V,4.8A】 ラズパイマガジン 2019年12月号 カメラ＆センサー工作入門 IoTの基本・仕組み・重要事項が全部わかる教科書 UV4LからWebRTCを試す
ここからはさらなる機能拡張に向けたWebRTC通信のための下準備の話になります。https://[ラズパイのIP]:8080/stream/webrtcからWebRTC経由でWebアプリのデモをみることができますが、昨今のブラウザではセキュリティの関係でhttps化しなければ映像が取得できないようになっています。ここではもう少し使いやすいアプリに作り変えるための独自の実装をおこなっていきます。mkcertでローカルssl証明を発行する
ローカルssl証明にはopensslを使って発行する例が多く紹介してありますが、今回はmkcertを使って行っています。以前、別のブログでmkcertの概要の方を解説した記事をおこしたことがありましたので詳しいことはそちらで確認ください。mkcertはGo言語で作成されていますので、まずはGoのインストールから初めていきます。ラズパイにGoをインストールする場合はリポジトリからは取得できないので、wgetからパッケージをダウンロードします。インストールしただけではパスが通ってないため、Goのパスを通します。ではmkcertをソースコードビルドをします。使いやすいようにビルドしたアプリケーションは移動してコマンドから呼び出せるように配置しておきます。ではmkcertを利用してssl証明を発行します。これでlocalhost+1-key.pemとlocalhost+1.pemの二つの自分認証ファイルが発行されました。この2つのファイルをserver.keyとserver.crtに、それぞれリネームして利用してみます。さて、この2つのファイルの絶対パスが/home/user/server.keyと/home/user/server.crtに配置してあるとして、とUV4Lサーバを起動してみましょう。この状態でネットワーク内の別PCのブラウザからhttps://[ラズパイのIP]:4300/stream/webrtcへアクセスすると、怪しいSSL接続とはされつつも今回は例外として見逃してもらえるようになりました。ローカルでもssl接続が可能となりWebRTCモードから映像の取得できていることがデモアプリからも確認できました。
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UV4Lを使ってラズパイカメラから画像を取り込むと、画面上部にデカデカとsoftware by http://linux-projects.orgのウォータマークがデフォルト表示されてしまいます。これはUV4Lで指定したカメラのドライバraspicamを利用している限り必ず表示されるような仕様になっているため、V4L2(Video for Linux 2)ドライバを使う必要があります。V4L2はLinux上でビデオを扱うための汎用APIとして開発されているものです。純正のラズパイカメラモジュールV2はこのV4L2に対応しているため、raspicamの代わりのドライバとして利用できます。ラズパイゼロではデフォルトでV4L2ドライバは利用できないため、/etc/modulesにドライバを追加します。追加したらラズパイを再起動するだけでV4L2ドライバが有効になっていると思います。v4l2-ctlコマンドでデバイス一覧をみると、video0がv4l2ドライバが有効となっています。もしも誤ってvideo0デバイスを消したり、再起動後もカメラモジュールが認識しない場合には手動でvideo0デバイスを作成する必要があるかも知れません。としてvideo0デバイスを作成後、再起動してみて認識するかどうかを確認してください。それでもダメそうならカメラケーブル配線に問題がないかなどハードの方を疑ってみたりと色々と悩む必要があります...。V4L2ドライバが正常にセットアップできたら、UV4Lを外部ドライバからvideo0を指定して起動してみます。上手く動作すると、無事ウォータマークが消えているはずです。
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以上、ここまででUV4Lサーバを使ったラズパイカメラからの映像の転送方法を解説していきました。LANネットワーク越しにラズパイからの映像を飛ばすだけであれば、十分監視カメラシステムとしては機能しそうです。次回はもう少し応用的な利用法を模索するために、Node.jsを使ったWebRTCのシグナリングまで考えていこうかと思います。参考サイト
UV4L | User space Video4Linuxuv4l-server command optionsRaspberry Pi Zero W カメラ映像をリアルタイムでストリーミングする方法WebRTC extension for the UV4L Streaming ServerUV4L Webrtc on Raspberry PiWebRTC on Raspberry Pi: Live HD Video and Audio StreamingVideo streaming from Raspberry Pi with UV4L
