先日、Raspberry Piとスマートフォンを直接接続して、Piカメラ映像を見ながら、動画やタイムラプスを撮影できるようにしました。

• スマートフォンでRaspberry Piカメラを操作するには

屋外で撮影したい場合、こちらは大変便利なのですが、問題が1つあります。

インターネットが使えない場所でRaspberry Piを使用すると、時計がずれてしまい、正確な撮影時刻がわからなくなる問題です。

Wi-Fiか有線LANでインターネットに接続すれば正確な時刻がセットされますが、屋外で使いたいということで、インターネット環境が無い事を想定しなければなりません。

というわけで。インターネット回線が無くても、Raspberry Piに正確な現在時刻を設定できるように工夫してみたいと思います。

どこから時刻情報を得るか

日常的に使用できる時刻情報は、次の3種類かと思います・・・そういえば117は有料ですよね？

1. インターネットの時刻同期(NTP)サーバー
2. 電波時計
3. GPS

インターネットが無い環境では、2番か3番が選択肢になります。「空が見えるところなら受信できる」手軽さから、GPSから時刻を得ようと思います。GPSモジュールの費用は、接続用のケーブルと合わせて3,000円程度でした。

Raspberry Pi起動時にGPSから現在時刻を得る設定

GPSモジュールの接続

準天頂衛星システム「みびちき」に対応したGPSモジュールを接続してみました。こちらの記事になります。

• Raspberry Piに「みちびき」対応GPSモジュールを接続

こちらのGPSモジュールから日時を取得し、Raspberry Piのシステム時刻をセットする流れになります。

GPSから現在時刻を取得する方法

現在時刻をどう得るかですが。海外の情報サイトをざっと拝見したところ、gpspipeを使って日時の文字列を得る方法が常套手段のようです。

GPSDATE="`/usr/bin/gpspipe -w | /usr/bin/head -10 | /bin/grep TPV | /bin/sed -r 's/.*"time":"([^"]*)".*/\1/' | /usr/bin/head -1`"
echo $GPSDATE
/bin/date -s "$GPSDATE"

こちらを利用させて頂き、まずはRaspberry Piの起動時にざっくりと時刻設定しようと思います。

日付設定スクリプト

次のようなスクリプトを作成しました。GPSから日時情報を得て、Raspberry Piのシステム時刻を設定する内容です。

Raspberry Pi起動時に実行しようと思います。起動後、GPSの受信まで1分間待ってからシステム時刻をセット、さらに1分間待ってからもう一度セット・・・屋内では1分で失敗する場合があったための工夫ですが・・・改良の余地があるかと思います。

nano ~/setdatefromgps.sh

#!/bin/sh
echo start at `/bin/date`
for i in 1m 1m; do
  echo sleep $i
  /bin/sleep $i
  GPSDATE="`/usr/bin/gpspipe -w | /usr/bin/head -10 | /bin/grep TPV | /bin/sed -r 's/.*"time":"([^"]*)".*/\1/' | /usr/bin/head -1`"
  echo $GPSDATE
  /bin/date -s "$GPSDATE"
done
echo end at `/bin/date`

cronで起動時にスクリプトを実行

cronで起動時に日付設定スクリプトを実行するように設定します。

sudo crontab -e

次の1行を追加します。

@reboot /home/pi/setdatefromgps.sh > /home/pi/setdatefromgps.log 2>&1

再起動後、スクリプトが正しく実行されていれば、ログファイルが作成されます。

こちらのログを見ると、1回目はGPSから日時が取れておらずに位置情報になっています(3行目)。2回目は正しく日時が取得できて(8行目)現在時刻をセットできています。GPS情報の取得に数秒かかっているようですので、システム時刻は数秒～十数秒の遅れが発生していると思います。

時刻の遅れは、次に設定するNTPで補正するかたちになります。

NTPでシステム時刻をGPSと同期

NTPをインストールしてGPSの時刻と同期するように設定すれば、Raspberry Piの電源を入れている限り、正確な時刻が永続的に設定されます。

試してみたところ、GPIO18に接続した1PPS信号を使うことで、Raspberry Piを起動してから数分でGPSと時刻が同期し、正確な時刻を得られるようです・・・素晴らしい！

さらに、gpsdでPPSを有効にしたほうが、位置情報の誤差も小さくなったように感じたのですが・・・気の所為のような？

gpsdのPPS受信設定

1. /etc/default/gpsdを編集し、DEVICESに/dev/pps0を追加します。

   sudo nano /etc/default/gpsd

   DEVICES="/dev/ttyS0 /dev/pps0"

   

2. gpsdを再起動します。

   sudo systemctl restart gpsd.socket

3. gpsmonを起動して、PPS信号が受信できているか確認します。

   gpsmon

   

   画面の下の方、PPS欄に情報が表示されれば、受信できています。

NTPのGPS同期設定(1PPS対応)

NTPの設定は、Raspberry Pi公式フォーラムのこちらの情報を参照させて頂きました。

1. ntpをインストールします。

   sudo apt-get install ntp

   

2. /etc/ntp.confを編集します。

   sudo nano /etc/ntp.conf

   クロックデバイス127.127.28.2は共有メモリーで、gpsdが提供するPPS付きの時刻情報になります。

   driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift
   logfile /var/log/ntp.log
   restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery
   restrict -6 default kod nomodify notrap nopeer noquery
   restrict 127.0.0.1 mask 255.255.255.0
   restrict -6 ::1
   server 127.127.28.2 minpoll 3 maxpoll 3 true
   fudge 127.127.28.2 refid SHM2 stratum 1
   disable monitor

3. ntpをいちど停止し、起動します。再起動では変わらないのですよね・・・。

   sudo systemctl stop ntp
   sudo systemctl start ntp

   

4. ntpqで正しく時刻が同期しているか確認します。

   ntpq -p

   

   delay、offset、jitterに値が入っており、同期中のマーク(*やo)が付いていれば問題ないかと思います。

5. 再起動して正しく時刻が同期するか確認します。ntpは既定で自動起動するように設定されていると思います。

※他のPCの時刻を合わせるような、NTPサーバーとしてご利用になる場合は、ntp.confを変更する必要があります。

• Raspberry PiでLANケーブル1本で窓際に設置できるNTPサーバを作るには

以上で設定完了となります。

NTPでGPSと時刻を合わせる場合、最初、同期に時間がずいぶんかかるものと思っていました。

実際に試したところ、1PPS信号を使った場合は数分で同期することがわかりました。

NTPとgpsdを併用できるかたちで設定したため、NTPで時刻同期しながらgpsdから位置情報を得ることもできます。次回は位置情報を使ってみたいと思います。

それではまた！