JSONについての説明と、Ambient.iotでのrequests モジュールの

JSON（JavaScript Object Notation）は、軽量なデータ交換フォーマットです。人間にとって読み書きが容易で、マシンにとっても簡単にパース（解析）や生成を行える構造を持っています。そのシンプルさと効率の良さから、Webアプリケーションのデータ交換や、多くのプログラミング言語間でのデータ共有に広く使われています。

JSONの基本構造

JSONは2つの構造を基本としています。

名前/値のペアの集合（オブジェクト）: これは多くのプログラミング言語で、オブジェクト、レコード、構造体、辞書、ハッシュテーブル、キー付きリスト、または連想配列として認識されます。JSONでは、オブジェクトは波括弧（{}）で囲まれ、名前/値のペアはコロン（:）で区切られ、ペア同士はコンマ（,）で区切られます。例: {"name": "John", "age": 30}

値の順序付きリスト（配列）: 多くの言語でこれは配列、ベクトル、リスト、またはシーケンスとして認識されます。JSONでは、配列は角括弧（[]）で囲まれ、値はコンマ（,）で区切られます。例: ["apple", "banana", "cherry"]

JSONのデータ型

JSONで使用できる値は、以下のタイプに分類されます。

数値: 整数または浮動小数点。例: 123, 99.99

文字列: 0個以上の文字から成る、ダブルクォーテーション（"）で囲まれた文字列。例: "Hello, World!"

ブーリアン: true または false

配列: 値の順序付きリスト。

オブジェクト: 名前/値のペアの集合。

null: 値がないことを示す。

JSONの使用例

Web APIとの通信: クライアントとサーバー間でデータをやり取りする際、JSON形式でデータを送受信します。

設定ファイル: アプリケーションの設定をJSONファイルで保存、読み込みします。

データストレージ: データベースシステムがJSON形式でデータを保存することがあります。

JSONとXMLの比較

JSONはXML（eXtensible Markup Language）と比較して、より軽量であり、データをパースする速度が速く、構文がシンプルです。このため、特にWeb開発においてはJSONが好まれる傾向にあります。

JSONはその柔軟性、簡潔さ、そして広範なプログラミング言語のサポートにより、現代のデータ交換のデファクトスタンダードとなっています。 

ーーーーーーーーー

IoT（Internet of Things）では、多様なデバイスがインターネットを介してデータを交換します。これらのデバイスは、環境のモニタリングからスマートホームの管理、工業用途まで幅広く、それぞれ異なるタイプのデータを生成します。JSON（JavaScript Object Notation）は、その軽量性と人間にもマシンにも読みやすい形式であることから、IoTデバイス間のデータ交換や、デバイスとサーバー間の通信に広く利用されています。

IoTでのJSONの使い方

デバイスからサーバーへのデータ送信

IoTデバイスがセンサーから取得したデータ（温度、湿度、位置情報など）をサーバーに送信する際にJSON形式を使用します。例えば、温度センサーのデータをサーバーに送信するJSONメッセージは以下のようになります。

{

  "deviceId": "12345",

  "type": "temperatureSensor",

  "data": {

    "temperature": 22.5,

    "unit": "Celsius"

  },

  "timestamp": "2023-04-01T12:30:45Z"

}

サーバーからデバイスへの命令送信

サーバーからIoTデバイスへ特定の操作を指示する命令もJSON形式で送信されます。たとえば、エアコンの温度設定を変更する命令は以下のようになります。

{

  　"deviceId": "67890",

  　"command": "setTemperature",

  　"parameters": {

    　　"temperature": 24,

    　　"unit": "Celsius"

  　}

}

データの保存と分析

IoTプラットフォームやデータベースは、デバイスから送られてくるJSON形式のデータを使用して、長期間のデータトレンドの分析、リアルタイムの監視、アラートの発行などを行います。JSON形式であれば、データの構造を柔軟に変更できるため、異なるタイプのデバイスやセンサーからのデータを統一的に扱うことができます。

コンフィギュレーションと管理

IoTデバイスの設定情報をJSON形式で保存、交換することができます。これにより、デバイスのファームウェアアップデート、ネットワーク設定、動作モードの変更など、リモートからのデバイス管理が容易になります。

利点

軽量性: JSONはテキストベースで、余分なマークアップを必要としないため、通信のオーバーヘッドが少ないです。

可読性: 人間にも読みやすく、デバッグや開発が容易になります。

柔軟性: データ構造の変更が容易で、新しいデータフィールドを追加する場合も、既存のシステムに大きな影響を与えずに対応できます。

広範なサポート: ほとんどのプログラミング言語でJSONのパースや生成をサポートしており、IoTプラットフォームやデータベースもJSON形式でのデータ交換を広くサポートしています。

JSONはこれらの特性により、IoTアプリケーションにおけるデータ交換の標準的なフォーマットとなっています。

--------------------

requestsモジュールはPythonでHTTPリクエストを送るためのシンプルで使いやすいライブラリです。Ambientへデータを送信するには、requestsモジュールを使用してHTTP POSTリクエストを行います。以下は、基本的な使い方を紹介します。

Ambientへのデータ送信のステップ

requests モジュールのインストール: まだインストールしていない場合は、pipコマンドを使用してインストールします。

pip install requests

リクエストの準備: Ambient APIへデータを送信するためのURL、ヘッダー（必要に応じて）、そしてデータを準備します。

POSTリクエストの送信: 準備したURL、ヘッダー、データを使用してPOSTリクエストを送信します。

レスポンスの処理: リクエストのレスポンスを受け取り、成功したかどうかを確認します。

サンプルコード

以下のサンプルコードは、Ambientに温度データを送信する例を示しています。

import requests

import json

# AmbientのAPIエンドポイント

AMBIENT_URL = "http://ambidata.io/api/v2/channels/YOUR_CHANNEL_ID/data"

# データ送信のためのヘッダーとパラメータ

headers = {

    "Content-Type": "application/json",

}

data = {

    "writeKey": "YOUR_WRITE_KEY",  # Ambientのライトキー

    "d1": 25.2,  # 送信するデータ（例：温度）

}

# POSTリクエストを送信

response = requests.post(AMBIENT_URL, data=json.dumps(data), headers=headers)

# レスポンスの確認

if response.status_code == 200:

    print("Data successfully sent to Ambient.")

else:

    print("Failed to send data to Ambient. Status code:", response.status_code)

このコードを実行する前に、YOUR_CHANNEL_IDとYOUR_WRITE_KEYをAmbientで取得したチャンネルIDとライトキーに置き換えてください。また、d1の値は送りたいデータに応じて変更します。Ambientでは、d1からd8までのデータフィールドを使用できます。

注意点

AmbientのAPIエンドポイントやパラメータは、AmbientのAPIドキュメントに基づいて適宜調整してください。

ネットワークエラーやタイムアウトを適切に処理するために、try-exceptブロックを使用して例外処理を行うことをお勧めします。

requestsを使用する際には、リクエストのタイムアウトを設定することを忘れないでください（例：requests.post(url, data=data, headers=headers, timeout=5)）。

requestsライブラリの使用法はこれだけではありませんが、IoTデータをAmbientに送信する基本的な方法を説明するには十分です。データを送信する際のさまざまなシナリオで応用が可能です。

Ambient.iotで IoTデータを表示

iMacのUSBポートにAruduino UNO が接続されており、　9600bpsで次のようなメッセージが5秒ごとに送られてくる。 BMP_001:Pres:1011.81 BMP_001:Temp:18.20 SHT_001:Temp:19.74 SHT_001:Humi:68.48 RTC_001:Time:2001/05/16-04:00:00 RTC_001:Temp:17.00 HAM_001:Light:69

このデータを1分おきに　ambient.iot　へ送るためのPython プログラムを作った。

------ 

ChatGPTに作られせた。

------------------------------

import serial
import time
import requests
import json

# Ambientの設定
AMBIENT_CHANNEL_ID = "YOUR_CHANNEL_ID"
AMBIENT_WRITE_KEY = "YOUR_WRITE_KEY"
AMBIENT_URL = "http://ambidata.io/api/v2/channels/{channel_id}/data".format(channel_id=AMBIENT_CHANNEL_ID)

# シリアルポートの設定 (Mac向けに調整)
SERIAL_PORT = '/dev/cu.usbmodemXXXXX'  # Macに接続されているArduinoのポート。XXXXはデバイスによって異なります。

BAUD_RATE = 9600

def send_data_to_ambient(data):
    headers = {
        "Content-Type": "application/json",
    }
    response = requests.post(AMBIENT_URL, data=json.dumps(data), headers=headers)
    if response.status_code == 200:
        print("Data successfully sent to Ambient.")
    else:
        print("Failed to send data to Ambient.")

def main():
    with serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE) as ser:
        # 1分おきにデータ送信
        while True:
            aggregated_data = {}
            start_time = time.time()
            while time.time() - start_time < 60:  # 60秒間データを収集
                if ser.in_waiting > 0:
                    line = ser.readline().decode('utf-8').strip()
                    # データ解析と整形
                    if line:
                        parts = line.split(':', 2)  # 最大2回まで分割
                        if len(parts) == 3:
                            sensor_id, value_type, value = parts
                            key = f"{sensor_id}_{value_type}"
                            aggregated_data[key] = value
                        else:
                            print("Received malformed data:", line)
            if aggregated_data:
                # Ambientに送信するデータの形式に合わせて整形
                data = {"writeKey": AMBIENT_WRITE_KEY, "d1": aggregated_data.get('BMP_001_Pres', ''),
                        "d2": aggregated_data.get('BMP_001_Temp', ''), "d3": aggregated_data.get('SHT_001_Temp', ''),
                        "d4": aggregated_data.get('SHT_001_Humi', ''), "d5": aggregated_data.get('RTC_001_Time', ''),
                        "d6": aggregated_data.get('RTC_001_Temp', ''), "d7": aggregated_data.get('HAM_001_Light', '')}
                send_data_to_ambient(data)
            # 次の送信までの待機時間を計算し、負の値でないことを保証
            sleep_time = 60 - (time.time() - start_time)
            if sleep_time > 0:
                time.sleep(sleep_time)

if __name__ == "__main__":
    main()

----------------------------

2/2 00:30から　05:30までの観測結果を表示した結果が下の図のとおり

--------

raspberry piでの　プログラムも　ほぼ同様で動作するはず。
USBポートの設定を変えれば良い。

--