KoKyi - ESP32 with Google Cloud IoT

ESP32 with Google Cloud IoT

(Google ended IoT service in 2023. The below post are no longer valid)

IoT လို့ ဆိုလိုက်ရင် cloud ပေါ် အချက်အလက်တွေ ဘယ်လိုတင်မလဲ ဆိုတာစဉ်းစားရပါပြီ။ hobby သမားတွေ အသုံးများတာကတော့ Thingspeak, The Thing Network အစရှိတဲ့ platform တွေပါ။ အဓိက ကတော့ device တွေကပို့တဲ့ အချက်အလက် တွေကို internet ပေါ်ကကြည့်နိုင်မဲ့ dashboard (ဒါမှမဟုတ်) user interface တစ်ခုတည်ဆောက်ပေးတာပါပဲ။ device ကနေ cloud server ကို HTTP (ဒါမှမဟုတ်) MQTT protocol သုံးပြီး အချက်အလက်တွေပို့ကြတာပါ။ များသောအားဖြင့် platform တွေ အချင်းချင်း နည်းပညာအားဖြင့် သိပ်မကွာကြပဲ သုံးတဲ့ device အရေအတွက် (ဒါမှမဟုတ်) data ပမာဏနဲ့ ကန့်သတ်ပြီး အလကား ပေးလေ့ရှိပါတယ်။ စီးပွါးဖြစ်သုံးသူတွေကိုတော့ device/data/time limit ကျော်ရင် ငွေကောက်တဲ့ model နဲ့သွားပါတယ်။ လွန်ခဲ့သော ၄-၅နှစ်လောက်က ပေါ်တဲ့ နယ်ပယ်အသစ်မို့ ခြေကုပ်ရအောင် ဝင်လာတဲ့ တွေလဲ platform မနည်းမနောပါ။ ပေါ်လိုက်ပျောက်လိုက်နဲ့ ဒီစာရေးချိန် (May 2020)မှာ မှာတော့ စတင် အနည်ထိုင်လာပါပြီ။ အရင်က လက်ရှောင်နေတဲ့ Cloud company ကြီးတွေဖြစ်တဲ့ Amazon, Microsoft, Google, Cisco တွေက နေပြီးတော့ IoT အတွက် ဆိုပြီး cloud service တွေ ပေးနေပါပြီ။

နောက် တပိုင်းကတော့ ESP32 ကနေ Google IoT Core ကို data ဘယ်လိုပို့လဲဆိုတာ စမ်းကြည့်မှာပါ။ thingspeak လို library ခေါ်သုံးယုံ မဟုတ်ပဲ သူ့စည်းကမ်းအတိုင်း setting တွေလုပ်ရတာ နည်းနည်းလက်ဝင်ပါတယ်။

ဒီနေရာမှာ ESP32 နဲ့ Google Cloud Platform တို့ချိတ်ဆက်တာကို စမ်းကြည့်ပါမယ်။

အကြမ်းအားဖြင့် ESP32 (နဲ့ အခြား embedded device တွေ)က data အချက်အလက်တွေကို MQTT protocol နဲ့ ကိုပို့ပါတယ်။ ဒါကို Google Cloud Platform (GCP) က MQTT Bridge နဲ့လက်ခံပြီး Registry တွေမှာ သိမ်းထားပါတယ်။ Registry တစ်ခုကို device ပေါင်းများစွာက ချိတ်ဆက်နိုင်ပါတယ်။ ဒါကို user က ပြန်ကြည့်ချင်တယ် ဆိုရင်တော့ Pub/Sub လို့ခေါ်တဲ့ Publish/Subscribe API ကိုသုံးနိုင်ပါတယ်။

ဒါက အရိုးရှင်းဆုံး design တစ်ခုပါ။ Thingspeak တို့နဲ့ ကွာခြားတာကတော့ web ပိုင်းနားလည်တဲ့သူတွေ အတွက် ကိုယ်ကျွမ်းကျင်သလောက် အခြား Google Cloud service တွေနဲ့ ဆက်ချိတ်ဆက်ပြီး သုံးနိုင်ပါတယ်။ ကိုယ်စိတ်ကြိုက် UI တွေ၊ data algorithm တွေ ထပ်ထည့်နိုင်ပါတယ်။ အဲအတွက်နည်းနည်းတော့ အားစိုက်ရပါတယ်။

ဥပမာ ဒီ Google Cloud ပေါ်ရောက်လာတဲ့ data ကို InfluxDB မှာထည့်ပြီး time series data ပြလို့ရပါတယ်။ ကျွန်တော့ အနေနဲ့ Google Cloud ကို ချိတ်တာစမ်းဖို့ပဲဆိုတော့ အဲလောက်ထိ မသွားတော့ပါဘူး။ လိုက်လုပ် ကြည့်ချင်တယ် ဆိုရင်တော့ ဒီလင့်မှာ ကြည့်နိုင်ပါတယ်။

Google IoT Core သုံးရင် Google Cloud မှာ project တစ်ခု အရင်ဖွင့်ရပါမယ်။

ဒီ လင့် (https://console.cloud.google.com/)ကိုသွားရင် Google Cloud Platform ရဲ့ ကို dashboard ကိုရောက်ပါမယ်။ (Google Cloud ကို စသုံးတာဆိုရင် သုံးတဲ့ ဒေသကို မေးပါလိမ့်မယ်။ မြန်မာပြည်ကို စာရင်းထဲမှာ မတွေ့ရင် နီးစပ်ရာ တစ်နေရာထည့်လို့ရပါတယ်။) Google Cloud new project procedure က အမြဲပြောင်းနေတတ်လို့ အသေးစိတ် မရေးတော့ပါ။ ခုနောက်ပိုင်းမှာ free quota ကိုပဲသုံးဖို့ရည်ရွယ်ထားလဲ Credit Card တောင်းပါတယ်။

ဒီအောက်ကပြသလိုရရင်တော့ Google Cloud IoT Core ကို စသုံးလို့ရပါတော့မယ်

အလယ်က search boxက နေပြီး IoT Core ဆိုရှာရင် အောက်ကလိုတွေ့ပါလိမ့်မယ်။ IoT Core ကို click ခေါက်လိုက်ရင် API ရဲ့ main page ကို ရောက်ပါမယ်။ ဒီ APIကို ကိုယ့် အတွက်သုံးဖို့ enable လုပ်ထားလားဆိုတာတို့၊ free quota ဘယ်လောက်၊ အဲတာကိုမှကျော်ခဲ့ရင် ဘယ်နှုံးနဲ့ ကောက်မယ်ဆိုတဲ့ pricing scheme တွေပါတွေ့ပါ့မယ်။

Google service တွေကို API အနေနဲ့ထုတ်ပေးထားပါတယ်။ အချို့ တွေက ထည့်ထားပေးပြီး အချို့ကိုတော့ ကိုယ့်အသုံးပေါ်မူတည်ပြီး enable လုပ်ရပါတယ်။ IoT Core ကလဲ သုံးမယ်ဆိုပြီးပြောရပါတယ်။

IoT Core enable လုပ်ပြီးတာနဲ့ IoT Core ရဲ့ dashboard ကိုရောက်ပါမယ်။ အဲဒီမှာ Registry ကို ထည့်ဖို့လုပ်ရပါမယ်။

ဒီမှာဖြည့်တဲ့အချက်တွေက နောက်ပိုင်း အဆင့်တွေနဲ့ ချိတ်ဆက်မှာဖြစ်ပါတယ်။ နောက် ကိုယ်ပို့တဲ့ data ကိုပြန်ကြည့်ဖို့ Pub/Sub topic တစ်ခုလိုပါတယ်။ အဲတာပါ တစ်ခါတည်း လုပ်ရပါတယ်။

ဒီအောက်က အတိုင်းဖြည့်လို့ရပါတယ်။ Topic က ကိုယ်ကြိုက်ရာပေးလို့ရပါတယ်။

Registry အတွက် သက်ဆိုင်တာတွေဖြည့်ပြီးရင်တော့ အောက်က "Create" ကိုနှိပ်တာနဲ့ Registry တစ်ခုတည်ဆောက်ပြီးပါပြီ။ ဒီ Registry ကို MQTT/HTTP ၂မျိုးနဲ့ပို့လို့ရပါတယ်။ နောက် ထပ်လုပ်ရမှာကတော့ device တည်ဆောက်ရပါမယ်။ IoT Core ထဲက device ဆိုတာတော့ အပြင်မှာ တစ်ကယ်ချိတ်ဆက်မဲ့ ကိုယ့် ရဲ့ device အပွါးလို့ပြောလို့ရပါတယ်။ Registry တစ်ခုအောက်မှာ device အများကြီးလာချိတ်လို့ရပါတယ်။

Ref: https://www.survivingwithandroid.com/cloud-iot-core-esp32/

device setting ကို စလုပ်ရင် သတိထားဖို့လိုပါတယ်။ လုပ်ရမဲ့ အဆင့်ကျန်ခဲ့ရင် error မပြပဲ data connection မရဖြစ်တတ်ပါတယ်။

နောက် အဆင့်က တော့ ညာဘက်ထောင့်က cloud shell ကိုဖွင့်ရမှာပါ။ ဒီဟာက Google Cloud ရဲ့ command language interpreter (cli) ပါ။ command တွေ ရိုက်ထည့်ပြီး run ဖို့သုံးပါတယ်။

ဒါဆို screen ရဲ့ အောက်ဆုံးမှာ terminal တစ်ခုပေါ်လာပါလိမ့်မယ်

device ကို ချိတ်ဖို့ အတွက် google cloud ကနေ Elliptic Certificate ထုတ်ရပါမယ်။

ဒီအောက်က command ၂ကြောင်းကို တစ်ကြောင်းချင်းစီရိုက်ထည့်ပြီး public/private key ထုတ်ရပါမယ်။

=================================

openssl ecparam -genkey -name prime256v1 -noout -out esp32-device.pem

openssl ec -in esp32-device.pem -pubout -out esp32-device-public.pem

=================================

public key ကို device setting ထဲထည့်ရမှာမို့ ဒီ command နဲ့ရိုက်ပြီး terminal window ကနေပြလို့ရပါတယ်

=================================

cat esp32-device-public.pem

=================================

Google IoT Core window ရဲ့ ဘယ်ဘက်က "Devices" ကို click နှိပ်ရင် Device page ကိုရောက်ပါမယ်။ အဲဒီက "+CREATE A DEVICE" ကို click နှိပ်ပါ

device name ကိုယ်ကြိုက်ရာ ပေးပြီးရင် အရေးကြီးတဲ့ အချက်က စောစောက ရထားတဲ့ public key ကို ထည့်ရပါမယ်။

public key နဲ့ သူ့ type ကိုထည့်ရပါမယ်။ ပြီးလို့ "Create" နှိပ်လိုက်ရင် device ရပါပြီ

ဒီအဆင့်ပြီးပြီ ဆိုရင်တော့ ESP32 ဘက်ပြန်လှည့်ရပါမယ်။

ဒီ အထိ အကျဉ်းချုပ်ရရင် အရေးကြီးတဲ့ အချက်က

၁) IoT Core enable လုပ်ဖို့

၂) Registry

၃) Elliptic Certificate private and public key pair

၄) Device

ဒီမှာ ESP32 ကို Arduino IDE နဲ့သုံးပါတယ်။

လိုအပ်တဲ့ library တွေကတော့

1) google-cloud-iot-arduino

https://github.com/GoogleCloudPlatform/google-cloud-iot-arduino

2) MQTT library for Arduino (https://github.com/256dpi/arduino-mqtt)

(အခြား function တူ library တွေလဲရှိပါတယ်။သုံးကြည့်ပေမဲ့ data မပို့နိုင်တာတွေ့ရပါတယ်။ ထဲထဲဝင်ဝင် မစမ်းကြည့်လို့ ဘာကြောင့်လဲ ဆိုတာ မပြောတတ် ပါ။)

==================================================

ကျွန်တောသုံးတဲ့ code ကို ဒီမှာ (https://github.com/thihaElec/ESP32/tree/master/Esp32-20200504-git)ရှာလို့ရပါတယ်။

အထဲမှာ ဖိုင်၃ဖိုင်ပါ ပါတယ်။

- esp32-mqtt.h (IoT Core နဲ့ ပတ်သက်တဲ့ function / API တွေရှိပါတယ်)

- ciotc_config.h (WiFi , IoT Core info, EC Private key, Certificate) ဘယ်လိုရှာရလဲ ဆိုတာ အောက်မှာ ပြပါမယ်

- Esp32-20200504-git.ino (ကိုယ့်ရဲ့ main program ပါ)

===============================================

ciotc_config.h မှာ

- ကိုယ့်ရဲ့ SSID နဲ့ password ကိုထည့်ပါ

- Google cloud က project ID ၊ location / registry ID ( "Registry details" main page မှာ ကြည့်ပါ )၊ device ID ( "Devices" main page မှာ ကြည့်ပါ )

- Private key ကို cloud shell မှာ ဒီ command ရိုက်ပြီးကြည့်ပါ (openssl ec -in esp32-device.pem -noout -text)

နောက်ဆုံး တစ်ခုကတော့ root cert ပါ။ ဒီလင့် (https://pki.goog/roots.pem) ကနေ ဒေါင်းယူလို့ရပါတယ်။ text editor တစ်ခုခုနဲ့ ဖွင့်ပြီး ကူးယူနိုင်ပါတယ်။

code ကို compilation pass ဖြစ်ရင် ESP32 ကို download လုပ်ရုံပါပဲ။

serial monitor ကိုဖွင့်ပြီး status တွေကြည့်ပါ။

wifi ချိတ်လို့လို့ရရင် ဒီအောက်က status တွေပေါ်ပါ့မယ်။ ပထမ အနီရောင် box က data ပို့တာ မအောင်မြင်ဘူးဆိုတာပြတာပါ။ ဒုတိယက တော့ data ပို့တာ အောင်မြင်ကြောင်းပါ

အဓိက ကြုံရတဲ့ အခက်အခဲက တော့

၁) ciotc_config.h မှာ ထည့်တဲ့ အချက်အလက်တွေက Google Cloud မှာထည့်တဲ့အချက်အလက်တွေ (project, device ID/ location, private key) အကုန်တူရပါမယ်။

၂) Google Cloud မှာလဲ ချိတ်ဆက်မှုမှန်ရပါ့မယ်။ (project -> IoT Core-> Registry -> Device)

နောက်ဆုံး အနေနဲ့ ကိုယ့် data ကိုယ်ပြန်ကြည့်ဖို့ ဆိုရင်

- Pub/Sub API ကို ဖွင့်ပါ။ (device set up လုပ်တုန်းက Pub/Sub topic ဖွင့်ခဲ့တာ မှိတ်မိမယ် ထင်ပါတယ်။) Pub/Sub API main page မှာ Subscription topic ID ကို click နှိပ်ရင် data traffic တွေကို graph နဲ့ပြတာတွေ့နိုင်ပါတယ်။

- ပြီးရင် Cloud shell က နေ အောက်ပါ command နဲ့ကြည့်လို့ရပါတယ်

gcloud pubsub subscriptions --project <your-project-id> pull <subscription ID> --auto-ack --limit=10