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NTP 時刻取得と活用
2021.11.13


YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。


以前、RTCリアルタイムクロックDS1302をご紹介しました。
画像処理 第3回リアルタイムクロック
バッテリー駆動で長期間動作可能なのですが、時刻のずれが大きいように思えます。 そこで、Arduino に変えて、WiFi機能を実装しているESP32を使用することによって、NTPにより時刻を取得、利用することを考えてみます。
※NTP(Network Time Protocol/ネットワーク・タイム・プロトコル)は、NTPサーバーから時刻を取得するための通信プロトコルです。

■実装のポイント

1.ESP32のプログラム起動時の初期処理で、WiFi接続、NTPによりタイムサーバーから時刻を取得する。
2.時刻取得は起動時のみとし、それに起動時からの経過時間を加算することで、現在時刻を算出する。
3.屋外ではスマホのテザリング、屋内ではブロードバンドルーターのWiFi接続ポイントを利用する。

■プログラム開発環境


ノートパソコンから、TeraTermによりラズベリーパイにSSH接続して操作します。


Sparkfun ESP32 Thing Plus と 色々カスタマイズしていますが、Raspberry Pi 3 model B です。
Sparkfun ESP32 Thing Plus → 画像処理・基本変換

ラズベリーパイのOSは、Raspbian GNU/Linux 10 (buster) です。

ビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO

■サンプルプログラム

$ mkdir ~/NTP
$ cd ~/NTP
$ pio init -b esp32thing_plus
$ vi src/ntp.ino

#include <WiFi.h>
#include <time.h>

#define TIMEZONE_JST (3600 * 9)
#define DAYLIGHTOFFSET_JST (0)

const char* ntp_server1 = "ntp.nict.jp";
const char* ntp_server2 = "pool.ntp.org";

static char *ssid[] = {"ssid_1","ssid_2"};
static char *password[] = {"password_1","password_2"};
int  wifi_cnt = 2;
static time_t t = 0;
static char clocktime[25]; // 時刻表示用文字列
static char filename[7];   // 撮影用文字列
static char dirname[9];    // ディレクトリ用文字列
static char jpegname[20];

void setup() {

	Serial.begin(115200);
	delay(100);

	for (int i=0;i<wifi_cnt;++i) {
		get_ntp(i);
		if (t>TIMEZONE_JST) break;
	}
}

void get_ntp(int num) {

	int cnt = 0;

	WiFi.begin(ssid[num], password[num]);
	while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
		if ((++cnt)==20) return;
		delay(500);
	}

	configTime(TIMEZONE_JST, DAYLIGHTOFFSET_JST, ntp_server1, ntp_server2);

	for (cnt=0;cnt<10;++cnt) {
		t = time(NULL);
		if (t>TIMEZONE_JST) break;
		delay(500);
	}
	WiFi.disconnect();
}

void getdate() {

	static const char *pszWDay[] = {"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
	time_t now = t + millis()/1000;
	struct tm* tm = localtime(&now);

	sprintf(clocktime, "%04d/%02d/%02d(%s) %02d:%02d:%02d",
					tm->tm_year+1900,
					tm->tm_mon+1,
					tm->tm_mday,
					pszWDay[tm->tm_wday],
					tm->tm_hour,
					tm->tm_min,
					tm->tm_sec );

	sprintf(filename,"%02d%02d%02d",tm->tm_hour,tm->tm_min,tm->tm_sec);
	sprintf(dirname,  "%04d%02d%02d",tm->tm_year+1900,tm->tm_mon+1,tm->tm_mday);
	sprintf(jpegname,"%s/%s.jpg",dirname,filename);
}

void loop() {
	getdate();
	Serial.println(clocktime);
	Serial.print("filename=");
	Serial.println(jpegname);
	delay(1000);
}

プログラムの要点

1.利用可能なWiFiアクセスポイントを列挙します。
static char *ssid[] = {"ssid_1","ssid_2"};
static char *password[] = {"password_1","password_2"};

2.NTPサーバと、ローカルのタイムゾーンを設定します。
#define TIMEZONE_JST (3600 * 9)
#define DAYLIGHTOFFSET_JST (0)
const char* ntp_server1 = "ntp.nict.jp";
const char* ntp_server2 = "pool.ntp.org";

configTime(TIMEZONE_JST, DAYLIGHTOFFSET_JST, ntp_server1, ntp_server2);

第1引数:GMT(グリニッジ標準時)とローカル時刻との差(秒)を指定します。日本時間は、GMTより9時間進んでいます。
第2引数:夏時間で進める時間(秒)です。日本はサマータイムはないので、ゼロです。
第3引数以降:NTPサーバを最低でも1つ設定します。

3.時刻を取得します。
t = time(NULL);
1970年1月1日0時0分0秒からの通算時間を取得できます。 時刻取得に失敗した場合、configTime()の第1引数に指定したオフセット値が戻されます。

4.WiFi接続を切断します。
WiFi.disconnect();
時刻取得は1回でよいので、WiFiを切断します。

5.現在時刻を算出します。
time_t now = t + millis()/1000;
millis()はプログラム起動時からの経過ミリ秒を返します。

■プログラム実行

$ pio run -t upload
$ pio device monitor -p /dev/ttyUSB0 -b 115200
2021/11/06(Sat) 21:56:34
filename=20211106/215634.jpg
2021/11/06(Sat) 21:56:35
filename=20211106/215635.jpg
2021/11/06(Sat) 21:56:36
filename=20211106/215636.jpg

filename=20211106/215634.jpg
この例では、カメラで撮影した画像を、SDカードに保存する際のファイル名を生成しています。 Arduinoなどで扱えるファイル名は8.3形式で、拡張子を除いた長さは最大8文字です。 そこで、ディレクトリ名に日付、ファイル名に時刻を使うことで対応しています。

時刻取得に失敗した場合は次のようになります。
1970/01/01(Thu) 09:00:23
filename=19700101/090023.jpg

常時稼働のシステムの場合には、定期的に時刻同期するように変更してください。
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