Raspberry PiでRDBMS(PostgreSQL)を使う

2021年9月16日 最終更新日時 : 2022年8月11日 posi-think

継続して測定している私の部屋の気温、湿度、圧力、二酸化炭素濃度ですが、現在は、一日ごとのCSVファイルで記録しています。せっかくなので、データベースに記録していくようにしました。データを蓄積しておけば、後々有効利用できるのではと考えました。

PostgreSQLを使えるように

まず、データの記録や利用に使うRDBMSには、「PostgreSQL」を使います。Raspberry Pi OSにはパッケージがあり、下記のようにインストールします。

$ sudo apt install postgresql

次に、PostgreSQLのユーザとデータベース、そしてデータを格納するテーブルを作成します。PostgreSQLのユーザを作成するには、「createuser」コマンドを実行します。PostgreSQLは「postgres」というユーザの権限で動作しているため、下記のようにpostgresの権限でコマンドを実行します。

$ sudo -u postgres createuser -P -s pi

ここでは、ユーザ「pi」を作成します。「-P」オプションでパスワードの設定をおこないます。2回聞かれるので、設定したいパスワードを入力します。パスワードを入力してもコンソールには何も表示されませんので注意してください。また、「-s」オプションで管理者権限を付与しています。

次に、「createdb」コマンドでデータベースを作成します。上記の通り、piユーザはPostgreSQLの管理者権限を持っているため、そのまま実行できます。引数なしで実行すると、ユーザ名と同じ名前のデータベースを作成します（PostgreSQLのコマンドをローカルで実行する場合、OSのユーザ名とPostgreSQLのユーザ名が同じなら、パスワードの入力は不要です（pg_hba.confで設定されています）。他のコマンドも同様です)。

$ createdb

PostgreSQLの操作を行う対話形式のコマンドが「psql」です。引数なしで実行すると、ユーザ名と同じ名前のデータベースが対象です。

$ psql
pi=#

「pi=#」がプロンプトです。データベースへの操作や定義をおこなう言語「SQL」のコマンドを入力したり、「\」で始まるpsqlのコマンドを入力できます。ここでは、データを記録するための、下記に示すテーブル「sensordata」を作成します。

pi=# CREATE TABLE sensordata (date timestamp with time zone,temperature double precision, humidity double precision, pressure double precision, co2 double precision);
列名データ型備考
datetimestamp with time zone日付と時間
temperaturedouble precision温度（℃）
humiditydouble precision湿度（％）
pressuredouble precision気圧（hPa）
co2double precision二酸化炭素濃度（ppm)

テーブルの一覧を出力するコマンド「\dt」を実行して、テーブルが作成されたことを確認します。

pi=# \dt

テーブルへのデータの書き込み

作成したテーブルに、センサのデータを記録します。まず、PythonからPostgreSQLへアクセスするため、「psycopg2」というPythonパッケージをインストールします。

$ sudo pip3 install psycopg2

センサーからデータを読み取ってPostgreSQLのテーブルへ記録するPythonスクリプトです。データを読み込んでCSVファイルに記録し、加えてテーブルに記録しているので少し長くなっていますが、ポイントは、7行目の「import psycopg2」と、データベースに書き込む関数 def insertdb(t, h, p, c):、加えて190行目の 「insertdb(sensor_data['temp'], sensor_data['humidity'], sensor_data['pressure'], mh_z19.read_all()["co2"])」のです。

#coding: utf-8
import mh_z19
import smbus
import datetime
#import time
import os
import psycopg2


bus_number  = 1
i2c_address = 0x76

bus = smbus.SMBus(bus_number)

digT = []
digP = []
digH = []

t_fine = 0.0

sensor_data = {'temp':'0.0', 'pressure':'0.0','humidity':'0.0'}


def writeReg(reg_address, data):
    bus.write_byte_data(i2c_address,reg_address,data)

def get_calib_param():
    calib = []

    for i in range (0x88,0x88+24):
        calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,i))
    calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,0xA1))
    for i in range (0xE1,0xE1+7):
        calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,i))

    digT.append((calib[1] << 8) | calib[0])
    digT.append((calib[3] << 8) | calib[2])
    digT.append((calib[5] << 8) | calib[4])
    digP.append((calib[7] << 8) | calib[6])
    digP.append((calib[9] << 8) | calib[8])
    digP.append((calib[11]<< 8) | calib[10])
    digP.append((calib[13]<< 8) | calib[12])
    digP.append((calib[15]<< 8) | calib[14])
    digP.append((calib[17]<< 8) | calib[16])
    digP.append((calib[19]<< 8) | calib[18])
    digP.append((calib[21]<< 8) | calib[20])
    digP.append((calib[23]<< 8) | calib[22])
    digH.append( calib[24] )
    digH.append((calib[26]<< 8) | calib[25])
    digH.append( calib[27] )
    digH.append((calib[28]<< 4) | (0x0F & calib[29]))
    digH.append((calib[30]<< 4) | ((calib[29] >> 4) & 0x0F))
    digH.append( calib[31] )

    for i in range(1,2):
        if digT[i] & 0x8000:
            digT[i] = (-digT[i] ^ 0xFFFF) + 1

    for i in range(1,8):
        if digP[i] & 0x8000:
            digP[i] = (-digP[i] ^ 0xFFFF) + 1

    for i in range(0,6):
        if digH[i] & 0x8000:
            digH[i] = (-digH[i] ^ 0xFFFF) + 1  

def readData():
    data = []
    for i in range (0xF7, 0xF7+8):
        data.append(bus.read_byte_data(i2c_address,i))
    pres_raw = (data[0] << 12) | (data[1] << 4) | (data[2] >> 4)
    temp_raw = (data[3] << 12) | (data[4] << 4) | (data[5] >> 4)
    hum_raw  = (data[6] << 8)  |  data[7]

    compensate_T(temp_raw)
    compensate_P(pres_raw)
    compensate_H(hum_raw)
    
def compensate_P(adc_P):
    global  t_fine
    pressure = 0.0

    v1 = (t_fine / 2.0) - 64000.0
    v2 = (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 2048) * digP[5]
    v2 = v2 + ((v1 * digP[4]) * 2.0)
    v2 = (v2 / 4.0) + (digP[3] * 65536.0)
    v1 = (((digP[2] * (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 8192)) / 8)  + ((digP[1] * v1) / 2.0)) / 262144
    v1 = ((32768 + v1) * digP[0]) / 32768

    if v1 == 0:
        return 0
    pressure = ((1048576 - adc_P) - (v2 / 4096)) * 3125
    if pressure < 0x80000000:
        pressure = (pressure * 2.0) / v1
    else:
        pressure = (pressure / v1) * 2
    v1 = (digP[8] * (((pressure / 8.0) * (pressure / 8.0)) / 8192.0)) / 4096
    v2 = ((pressure / 4.0) * digP[7]) / 8192.0
    pressure = pressure + ((v1 + v2 + digP[6]) / 16.0)
    
    #print "pressure : %7.2f hPa" % (pressure/100)
    sensor_data['pressure'] = pressure/100
 

def compensate_T(adc_T):
    global t_fine
    v1 = (adc_T / 16384.0 - digT[0] / 1024.0) * digT[1]
    v2 = (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * digT[2]
    t_fine = v1 + v2
    temperature = t_fine / 5120.0
    # print "temp : %-6.2f ℃" % (temperature)
    sensor_data['temp'] = temperature

def compensate_H(adc_H):
    global t_fine
    var_h = t_fine - 76800.0
    if var_h != 0:
        var_h = (adc_H - (digH[3] * 64.0 + digH[4]/16384.0 * var_h)) * (digH[1] / 65536.0 * (1.0 + digH[5] / 67108864.0 * var_h * (1.0 + digH[2] / 67108864.0 * var_h)))
    else:
        return 0
    var_h = var_h * (1.0 - digH[0] * var_h / 524288.0)
    if var_h > 100.0:
        var_h = 100.0
    elif var_h < 0.0:
        var_h = 0.0
    # print "hum : %6.2f ％" % (var_h)
    sensor_data['humidity'] = var_h

def setup():
    osrs_t = 1			#Temperature oversampling x 1
    osrs_p = 1			#Pressure oversampling x 1
    osrs_h = 1			#Humidity oversampling x 1
    mode   = 3			#Normal mode
    t_sb   = 5			#Tstandby 1000ms
    filter = 0			#Filter off
    spi3w_en = 0			#3-wire SPI Disable

    ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode
    config_reg    = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en
    ctrl_hum_reg  = osrs_h

    writeReg(0xF2,ctrl_hum_reg)
    writeReg(0xF4,ctrl_meas_reg)
    writeReg(0xF5,config_reg)

def insertdb(t, h, p, c):
    try:
        conn = psycopg2.connect(host='localhost', dbname='pi', user='pi', password='**********')
    except Exception as e:
        print('Error: ', e)
        return
    sql = 'INSERT INTO sensordata VALUES (%s,%s,%s,%s,%s)'
    try:
        with conn.cursor() as cur:
            cur.execute(sql, ('NOW',t, h, p, c))
        conn.commit()
    except Exception as e:
        print('Error: ', e)
    conn.close()
    

setup()
get_calib_param()


if __name__ == '__main__':
    try:
        readData()
        time_str = datetime.datetime.today().strftime("%Y/%m/%d %H:%M:%S")
        temp_str = str(sensor_data['temp'])
        humid_str = str(sensor_data['humidity'])
        pressure_str = str(sensor_data['pressure'])
        cdox2 = str(mh_z19.read_all()["co2"])
        # print(sensor_data)
        #print(time_str+","+temp_str+","+humid_str+","+pressure_str)
        
        dir_path = '/home/pi/bme280-data'
        
        today=datetime.datetime.now()
        filename = today.strftime('%Y%m%d') + 'New'
        
        if not os.path.exists('/home/pi/bme280-data'):
            os.makedirs('/home/pi/bme280-data')
        f = open('/home/pi/bme280-data/'+filename+'.csv','a')
        f.write(time_str+","+temp_str+","+humid_str+","+pressure_str+","+cdox2+"\n")
        f.close()
        
        
        #RDBMSへの書き込み
        insertdb(sensor_data['temp'], sensor_data['humidity'], sensor_data['pressure'], mh_z19.read_all()["co2"])
        
    except KeyboardInterrupt:
        pass

コメントのないわかりにくいコードですいません。

データが書き込まれているか、確かめてみます。

このデータの使い方をこれから検討していきます。

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Electronic Work、Raspberry Pi
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