Raspberry Pi Pico と e-Paper と Google Spreadsheet で服薬管理システムを作る。

2024-11-172025-03-01

1.Raspberry Pi Pico で服薬管理システムを作る

私は毎朝のまなければならない薬があるのだが、マイにとのことだからこそ「あれ？今日は薬飲んだっけ？」というのが定期的に発生する。

もちろん薬に日付を書いたり、スマホに飲んだ記録でもつければいいのだけど、残念だけどそこまでマメな性格ではない。

そこで、飲んだらボタンをぽちっと押せば、その時刻を記録してくれるシステムを作ることにした。もちろんボタンを押すこと自体を忘れてしまったら意味がないわけで、その改善には飲んでいる動作を機械学習で認識させ記録するようなもの（Raspberry Pi5とAI Kitでできそうではある）が必要になる。それはそれでカメラを設置して大掛かりになるのが予想される。

今回は以下の要件で作ってみることにした

ボタンを押すだけで飲んだ日時が記録されること
ボタンを押した日時はクラウドに保存されること（どこからでも確認できること）
その場でも飲んだ日時が確認できること

結果的に、下記の部品で作ってみることにした

Raspberry Pi Pico WH ← 通信用のWifiとE-Paper用にピン付きが必要
E-Paper　私はWaveshareのPico e-Paper 2.13 (B)を使用したがなんでもいい。
Google Spread sheet

このようなものが出来上がります。

選択したフォントサイズ的には表示できて5行。

１行目を直近で飲んだ日時ということで、赤色表示にすることにしています。

データベースの代わりとして、Google Spread sheetを使用することとして、同じ内容は以下のように記録されます。

2.作り方

何よりも、Raspberry Piがなければ始まらない。Picoである必要はないが、今回はボタンを押したら記録と表示をするだけであるため、OSのないPicoでも十分と考えた。

標準のPythonライブラリが使いたかったり、自身がサーバのようになる場合にはRaspberry Pi Zero以上のほうが良いのだろう。

2.1 Raspberry Pi Picoの開発環境整備

すでに済んでいる場合はスキップ。

今回はMicroPythonを使用するのでそれ用の開発環境を。

安定はThonny。

ツール→オプション→インタプリタからMicroPython（Raspberry Pi Pico）を選ぶ。

まだ、一度もRaspberry Pi Picoを使用しておらず、ファームウェアの導入もしていない場合は、BOOTSELボタンを押しながらUSB接続を実施して、　ThonnyのInstall or update MicroPython　※画面右下のリンク

を選択してファームウェアの導入を実施する必要がある。

VSCODEを使用することもできる。

2.2必要なライブラリ

今回はこの3つを組み合わせるだけでほぼすべてできる。

オリジナルのコードはほとんどなし、、、😓

MicroPython-GoogleSheet

https://github.com/PerfecXX/MicroPython-GoogleSheet?tab=readme-ov-file#micropython-googlesheet

Micro PythonからGoogle Spread sheetを操作するためのライブラリ。

APIキーを使用せずにGoogle Apps Scriptから古オープンにしてしまっているので、セキュリティが少し気なるところはあるが、まあ薬を飲んだ時刻しか記録されていないので、関係のない人にはどうでもいい情報なので気にしないことにする。

https://github.com/PerfecXX/MicroPython-GoogleSheet/blob/main/doc/md/installation.md

こちらの手順に沿って、Thonnyからライブラリのインストールを実施する。

そのあと、記録をしたいSpreadsheetを作成して、

https://github.com/PerfecXX/MicroPython-GoogleSheet/blob/main/doc/md/get_google_credential.md

こちらの手順でアクセスするためのクレデンシャルを入手しておく。

以上で、

        # Create Instance 
        ggsheet = MicroGoogleSheet(google_sheet_url,google_sheet_name)
        ggsheet.set_DeploymentID(google_app_deployment_id)
        ggsheet.appendRow(1,[str(month) + '月' + str(day) + '日' + str(hour) + '：' + str(min) + 'に服用しました'])
        
        dispnow = ggsheet.getRow(1)
        now_string = ''.join(dispnow)

このような形で、シートへの行の追加や読み取りを行うことができるようになる。

現在時刻を取得する

Raspberry pi picoにはOSがないため、現在時刻は都度取らなければならない。

WIFIに接続し、現在時刻を取ってくるところ。

私は、ntp.nict.jpを使用させていただいている。

# Connect to Network
        sta_if = WLAN(STA_IF)
        sta_if.active(True)
        if not sta_if.isconnected():
            print("Connecting to wifi: ", ssid)
            sta_if.connect(ssid, password)
            while not sta_if.isconnected():
                pass
            print("Connection successful")

        ntptime.host = "ntp.nict.jp"
        ntptime.settime()
        (year, month, day, hour, min, sec, weekday_num,_) = time.localtime(time.time() + 9 * 60 * 60)

E-Paperに表示を行う。

ここは、メーカーのサンプルを使用するのが一番良い。

https://www.waveshare.com/wiki/Pico-ePaper-2.13-B

英語、および線を描画するサンプルが手に入るが肝心の日本語であったりまたフォントサイズを大きくすることができない。

そこはこちらのサイトが大変に参考になりました。

そのまま使わせていただいています。ありがとうございます。

https://qiita.com/kenji0302/items/8da4c075dff974d1dc6f

ボタンを押したときだけ稼働する、稼働中はLEDで知らせる

E-Paperの描画にはとても時間がかかるため、ボタンを押して本当に動いているのか、処理中なのか、終わったのか。この辺は管理できるようにしたい。

ボタンを外に出してもよかったが今回はBOOTSELボタンを活用し、LEDも標準のものを使用することにした。簡易的に。


rp2.bootsel_button() == 1:
        led.on()

`3．コード`

私はインフラエンジニアを糧としているため、コードのきれいさに関してはご勘弁をいただきたい。

また、使用したライブラリ、参考にしたサイトに感謝を申し上げます。


# Import Library 
from ggsheet import MicroGoogleSheet
from network import WLAN,STA_IF
import ntptime
import time
from machine import Pin, SPI
from machine import Pin, SPI
import framebuf
import utime
from mfont import mfont

EPD_WIDTH       = 122
EPD_HEIGHT      = 250

RST_PIN         = 12
DC_PIN          = 8
CS_PIN          = 9
BUSY_PIN        = 13

class EPD_2in13_B_V4_Portrait:
    def __init__(self):
        self.reset_pin = Pin(RST_PIN, Pin.OUT)
        
        self.busy_pin = Pin(BUSY_PIN, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
        self.cs_pin = Pin(CS_PIN, Pin.OUT)
        if EPD_WIDTH % 8 == 0:
            self.width = EPD_WIDTH
        else :
            self.width = (EPD_WIDTH // 8) * 8 + 8
        self.height = EPD_HEIGHT
        
        self.spi = SPI(1)
        self.spi.init(baudrate=4000_000)
        self.dc_pin = Pin(DC_PIN, Pin.OUT)
        
        
        self.buffer_balck = bytearray(self.height * self.width // 8)
        self.buffer_red = bytearray(self.height * self.width // 8)
        self.imageblack = framebuf.FrameBuffer(self.buffer_balck, self.width, self.height, framebuf.MONO_HLSB)
        self.imagered = framebuf.FrameBuffer(self.buffer_red, self.width, self.height, framebuf.MONO_HLSB)
        self.init()

    def digital_write(self, pin, value):
        pin.value(value)

    def digital_read(self, pin):
        return pin.value()

    def delay_ms(self, delaytime):
        utime.sleep(delaytime / 1000.0)

    def spi_writebyte(self, data):
        self.spi.write(bytearray(data))

    def module_exit(self):
        self.digital_write(self.reset_pin, 0)

    # Hardware reset
    def reset(self):
        self.digital_write(self.reset_pin, 1)
        self.delay_ms(50)
        self.digital_write(self.reset_pin, 0)
        self.delay_ms(2)
        self.digital_write(self.reset_pin, 1)
        self.delay_ms(50)


    def send_command(self, command):
        self.digital_write(self.dc_pin, 0)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi_writebyte([command])
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)

    def send_data(self, data):
        self.digital_write(self.dc_pin, 1)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi_writebyte([data])
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)
        
    def send_data1(self, buf):
        self.digital_write(self.dc_pin, 1)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi.write(bytearray(buf))
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)
        
    def ReadBusy(self):
        print('busy')
        while(self.digital_read(self.busy_pin) == 1): 
            self.delay_ms(10) 
        print('busy release')
        self.delay_ms(20)
        
    def TurnOnDisplay(self):
        self.send_command(0x20)  # Activate Display Update Sequence
        self.ReadBusy()

    def SetWindows(self, Xstart, Ystart, Xend, Yend):
        self.send_command(0x44) # SET_RAM_X_ADDRESS_START_END_POSITION
        self.send_data((Xstart>>3) & 0xFF)
        self.send_data((Xend>>3) & 0xFF)

        self.send_command(0x45) # SET_RAM_Y_ADDRESS_START_END_POSITION
        self.send_data(Ystart & 0xFF)
        self.send_data((Ystart >> 8) & 0xFF)
        self.send_data(Yend & 0xFF)
        self.send_data((Yend >> 8) & 0xFF)
        
    def SetCursor(self, Xstart, Ystart):
        self.send_command(0x4E) # SET_RAM_X_ADDRESS_COUNTER
        self.send_data(Xstart & 0xFF)

        self.send_command(0x4F) # SET_RAM_Y_ADDRESS_COUNTER
        self.send_data(Ystart & 0xFF)
        self.send_data((Ystart >> 8) & 0xFF)
    

    def init(self):
        print('init')
        self.reset()
        
        self.ReadBusy()   
        self.send_command(0x12)  #SWRESET
        self.ReadBusy()   

        self.send_command(0x01) #Driver output control      
        self.send_data(0xf9)
        self.send_data(0x00)
        self.send_data(0x00)

        self.send_command(0x11) #data entry mode       
        self.send_data(0x03)

        self.SetWindows(0, 0, self.width-1, self.height-1)
        self.SetCursor(0, 0)

        self.send_command(0x3C) #BorderWaveform
        self.send_data(0x05)

        self.send_command(0x18) #Read built-in temperature sensor
        self.send_data(0x80)

        self.send_command(0x21) #  Display update control
        self.send_data(0x80)
        self.send_data(0x80)

        self.ReadBusy()
        
        return 0       
        
    def display(self):
        self.send_command(0x24)
        self.send_data1(self.buffer_balck)
        
        self.send_command(0x26)
        self.send_data1(self.buffer_red)  

        self.TurnOnDisplay()

    
    def Clear(self, colorblack, colorred):
        self.send_command(0x24)
        self.send_data1([colorred] * self.height * int(self.width / 8))
        
        self.send_command(0x26)
        self.send_data1([colorred] * self.height * int(self.width / 8))
                                
        self.TurnOnDisplay()

    def sleep(self):
        self.send_command(0x10) 
        self.send_data(0x01)
        
        self.delay_ms(2000)
        self.module_exit()
        
class EPD_2in13_B_V4_Landscape:
    def __init__(self):
        self.reset_pin = Pin(RST_PIN, Pin.OUT)
        
        self.busy_pin = Pin(BUSY_PIN, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
        self.cs_pin = Pin(CS_PIN, Pin.OUT)
        if EPD_WIDTH % 8 == 0:
            self.width = EPD_WIDTH
        else :
            self.width = (EPD_WIDTH // 8) * 8 + 8
        self.height = EPD_HEIGHT
        
        self.spi = SPI(1)
        self.spi.init(baudrate=4000_000)
        self.dc_pin = Pin(DC_PIN, Pin.OUT)
        
        
        self.buffer_balck = bytearray(self.height * self.width // 8)
        self.buffer_red = bytearray(self.height * self.width // 8)
        self.imageblack = framebuf.FrameBuffer(self.buffer_balck, self.height, self.width, framebuf.MONO_VLSB)
        self.imagered = framebuf.FrameBuffer(self.buffer_red, self.height, self.width, framebuf.MONO_VLSB)
        self.init()

    def digital_write(self, pin, value):
        pin.value(value)

    def digital_read(self, pin):
        return pin.value()

    def delay_ms(self, delaytime):
        utime.sleep(delaytime / 1000.0)

    def spi_writebyte(self, data):
        self.spi.write(bytearray(data))

    def module_exit(self):
        self.digital_write(self.reset_pin, 0)

    # Hardware reset
    def reset(self):
        self.digital_write(self.reset_pin, 1)
        self.delay_ms(50)
        self.digital_write(self.reset_pin, 0)
        self.delay_ms(2)
        self.digital_write(self.reset_pin, 1)
        self.delay_ms(50)


    def send_command(self, command):
        self.digital_write(self.dc_pin, 0)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi_writebyte([command])
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)

    def send_data(self, data):
        self.digital_write(self.dc_pin, 1)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi_writebyte([data])
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)
        
    def send_data1(self, buf):
        self.digital_write(self.dc_pin, 1)
        self.digital_write(self.cs_pin, 0)
        self.spi.write(bytearray(buf))
        self.digital_write(self.cs_pin, 1)
        
    def ReadBusy(self):
        print('busy')
        while(self.digital_read(self.busy_pin) == 1): 
            self.delay_ms(10) 
        print('busy release')
        self.delay_ms(20)
        
    def TurnOnDisplay(self):
        self.send_command(0x20)  # Activate Display Update Sequence
        self.ReadBusy()

    def SetWindows(self, Xstart, Ystart, Xend, Yend):
        self.send_command(0x44) # SET_RAM_X_ADDRESS_START_END_POSITION
        self.send_data((Xstart>>3) & 0xFF)
        self.send_data((Xend>>3) & 0xFF)

        self.send_command(0x45) # SET_RAM_Y_ADDRESS_START_END_POSITION
        self.send_data(Ystart & 0xFF)
        self.send_data((Ystart >> 8) & 0xFF)
        self.send_data(Yend & 0xFF)
        self.send_data((Yend >> 8) & 0xFF)
        
    def SetCursor(self, Xstart, Ystart):
        self.send_command(0x4E) # SET_RAM_X_ADDRESS_COUNTER
        self.send_data(Xstart & 0xFF)

        self.send_command(0x4F) # SET_RAM_Y_ADDRESS_COUNTER
        self.send_data(Ystart & 0xFF)
        self.send_data((Ystart >> 8) & 0xFF)
    

    def init(self):
        print('init')
        self.reset()
        
        self.ReadBusy()   
        self.send_command(0x12)  #SWRESET
        self.ReadBusy()   

        self.send_command(0x01) #Driver output control      
        self.send_data(0xf9)
        self.send_data(0x00)
        self.send_data(0x00)

        self.send_command(0x11) #data entry mode       
        self.send_data(0x07)

        self.SetWindows(0, 0, self.width-1, self.height-1)
        self.SetCursor(0, 0)

        self.send_command(0x3C) #BorderWaveform
        self.send_data(0x05)

        self.send_command(0x18) #Read built-in temperature sensor
        self.send_data(0x80)

        self.send_command(0x21) #  Display update control
        self.send_data(0x80)
        self.send_data(0x80)

        self.ReadBusy()
        
        return 0       
        
    def display(self):
        self.send_command(0x24)
        for j in range(int(self.width / 8) - 1, -1, -1):
            for i in range(0, self.height):
                self.send_data(self.buffer_balck[i + j * self.height])
        
        self.send_command(0x26)
        for j in range(int(self.width / 8) - 1, -1, -1):
            for i in range(0, self.height):
                self.send_data(self.buffer_red[i + j * self.height])

        self.TurnOnDisplay()

    
    def Clear(self, colorblack, colorred):
        self.send_command(0x24)
        self.send_data1([colorblack] * self.height * int(self.width / 8))
        
        self.send_command(0x26)
        self.send_data1([colorred] * self.height * int(self.width / 8))
                                
        self.TurnOnDisplay()

    def sleep(self):
        self.send_command(0x10) 
        self.send_data(0x01)
        
        self.delay_ms(2000)
        self.module_exit()
      
def jpredchar(fd, epd, x, y, width, height):
    bn = (width+7)>>3
    py = y
    for i in range(0, len(fd), bn):
        px = x
        for j in range(bn):
            for k in range(8 if (j+1)*8 <=width else width % 8):
                if fd[i+j] & 0x80>>k:
                    epd.imagered.pixel(px + k, py, 0x00)
            px+=8
        py+=1

def jpblackchar(fd, epd, x, y, width, height): 
    bn = (width+7)>>3
    py = y
    for i in range(0, len(fd), bn):
        px = x
        for j in range(bn):
            for k in range(8 if (j+1)*8 <=width else width % 8):
                if fd[i+j] & 0x80>>k:
                    epd.imageblack.pixel(px + k, py, 0x00)
            px+=8
        py+=1


def jpredtext(str, x, y, mf, epd):
    mf.begin()
    for c in str:
        d = mf.getFont(ord(c))
        jpredchar(d, epd, x, y, mf.getWidth(), mf.getHeight())
        x = x + mf.getWidth()
    mf.end()

def jpblacktext(str, x, y, mf, epd):
    mf.begin()
    for c in str:
        d = mf.getFont(ord(c))
        jpblackchar(d, epd, x, y, mf.getWidth(), mf.getHeight())
        x = x + mf.getWidth() 
    mf.end()


# Network Creadential 
ssid = "＜WIFIのSSIDを入れてください＞"    
password = "＜WIFI接続用のパスワード入れてください＞"

# Google Sheet Credential 
google_sheet_url = "https://docs.google.com/spreadsheets/＜Google Spread sheetのURLにしてください＞"
google_sheet_name = "＜Google Spread sheetのシート名にしてください＞"
google_app_deployment_id = "Google appのIDにしてください"

led = Pin('LED', Pin.OUT)
led.off() 

while True:
    if rp2.bootsel_button() == 1:
        led.on()

        # Connect to Network
        sta_if = WLAN(STA_IF)
        sta_if.active(True)
        if not sta_if.isconnected():
            print("Connecting to wifi: ", ssid)
            sta_if.connect(ssid, password)
            while not sta_if.isconnected():
                pass
            print("Connection successful")

        ntptime.host = "ntp.nict.jp"
        ntptime.settime()
        (year, month, day, hour, min, sec, weekday_num,_) = time.localtime(time.time() + 9 * 60 * 60)

        print(f"Successfully got datetime: {year:04}-{month:02}-{day:02} {hour:02}:{min:02}:{sec:02}")

        # Create Instance 
        ggsheet = MicroGoogleSheet(google_sheet_url,google_sheet_name)
        ggsheet.set_DeploymentID(google_app_deployment_id)

        # Update the data to a specific cell (Row,Column,Data)
        #ggsheet.updateCell(1,1,"Hello this is my first data")
        # Get the data from a specific cell (Row,Column)
        #print(ggsheet.getCell(1,1))

        # Delete the data from a specific cell (Row,Column)
        #ggsheet.deleteCell(1,1)

        # Append the data to a specific row (Row, Data List)
        ggsheet.appendRow(1,[str(month) + '月' + str(day) + '日' + str(hour) + '：' + str(min) + 'に服用しました'])
        
        dispnow = ggsheet.getRow(1)
        now_string = ''.join(dispnow)
        
        rec1 = ggsheet.getRow(2)
        rec1_string = ''.join(rec1)
        
        rec2 = ggsheet.getRow(3)
        rec2_string = ''.join(rec2)
        
        rec3 = ggsheet.getRow(4)
        rec3_string = ''.join(rec3)
        
        epd = EPD_2in13_B_V4_Landscape()
        epd.Clear(0xff, 0xff)
        epd.imageblack.fill(0xff)
        epd.imagered.fill(0xff)
        mf = mfont()
        mf.setFontSize(16)    
        disps="◆ お薬管理システム ◆"
        jpblacktext(disps, 5, 10, mf, epd)
        jpredtext(now_string, 5, 35, mf, epd)
        jpblacktext(rec1_string, 5, 60, mf, epd)
        jpblacktext(rec2_string, 5, 85, mf, epd)
        jpblacktext(rec3_string, 5, 110, mf, epd)
        epd.display()
        epd.delay_ms(2000)
        epd.sleep()
        
        
        # Update the data in a specific row (Row, Data List) 
        #ggsheet.updateRow(1,[3,2,1,"Row 1 Updated!"])

        # Get all of the data from a specific row (Row)
        #print(ggsheet.getRow(1))
        # Delete the data in a specific row (Row)
        #ggsheet.deleteRow(1)

        # Append the data to a specific column (Column, Data List)
        #ggsheet.appendColumn(1,[1,2,3,"Column 1 Appended!"])

        # Update the data to a specific column (Column, Data List)
        #ggsheet.updateColumn(1,[3,2,1,"Column 1 Updated!"])

        # Get all of the data from a specific column (Column)
        #print(ggsheet.getColumn(1))

        # Delete the data in a specific column (Column)
        #ggsheet.deleteColumn(1)

        led.off() 
        time.sleep(5)