連載一覧
- 第1回：プロジェクト概要
- 第2回：ESP32-S3 の環境構築
- 第3回：I/O の実装（ADC / PWM / DIO）
- 第4回：通信プロトコル（JSON コマンド）
- 第4.5回：デバイス化対応
- 第5回：Python アプリの API 実装
- 第6回：デバイスとしてまとめる（設計編）
- 第7回：実装編・応用編（GUI / アプリ化 / 拡張の可能性）
はじめに
前回は、ESP32‑S3 を 24V 産業信号に対応した I/O デバイスとして成立させるための設計方針をまとめました。
今回はその続きとして、基板の実装・ケース組み込み・GUI アプリ化と GUI を使った動作確認 を紹介します。
実機での確認まで進めることで、設計編で検討した内容を「実際に使える形」へ落とし込みます。
また、最後に 今後の拡張の可能性 についても触れます。
1. 基板の実装
回路図
部品表
合計金額：約 2,705 円
| Reference | 一般名称 | 型式 / 値 | Qty | 単価（円） | 小計（円） |
|---|---|---|---|---|---|
| U1 | マイコンモジュール | ESP32-S3-DevKitC-1 | 1 | 1639 | 1639 |
| RV1, RV2 | 可変抵抗（トリマ） | 10kΩ 可変抵抗 | 2 | 50 | 100 |
| R1–R2 | 抵抗（固定抵抗） | 15kΩ | 2 | 1.5 | 3 |
| R9–R14 | 抵抗（固定抵抗） | 100kΩ | 6 | 1.5 | 9 |
| R3–R8 | 抵抗（固定抵抗） | 680Ω | 6 | 1 | 6 |
| R21–R26 | 抵抗（固定抵抗） | 47kΩ | 6 | 1.5 | 9 |
| R15–R20, R27–R34 | 抵抗（固定抵抗） | 10kΩ | 14 | 1 | 14 |
| Q1–Q12 | NPN トランジスタ | 2SC1815 | 12 | 5 | 60 |
| J1–J6 | ターミナルブロック（2ピン） | Terminal Block 2pin | 13 | 29.75 | 386.75 |
| D3 | ショットキーダイオード | 1N5819 | 1 | 10 | 10 |
| D4–D9 | ツェナーダイオード（3.6V） | BZX55C3V6 | 6 | 5 | 30 |
| PCB | プリント基板（PCB） | 基板製造 | 1 | 437.8 | 437.8 |
基板の外観
基板は JLCPCB で注文しました。
最低購入数量が5枚だったので、4枚持て余してます…
＜実装前＞
＜実装後＞
2. ケースへの組み込み
FreeCAD で設計し、3D プリンタで造形したケースに組み込みます。
- USB 位置に合わせた開口
- ターミナルブロックが外に出る構造
- タカチ DRP5‑9W に取り付け可能な裏面形状
3. GUI（PySide6）による操作パネル
Python API を使えば、GUI アプリとして I/O を操作するツールも作れます。
GUI の構成例
- デバイス一覧（接続先）
- DIO 状態表示
- ADC 表示
- PWM スライダー、周波数設定
- ログ表示
テスト用GUI
このような GUI を用意することで、コードを書かずに I/O を操作できる環境が整います。
今回はこちらの記事で紹介した pyside6stylekit というライブラリを使用しています。
「PySide6 のデザイン設定に悩んだので、自作 UI キット「PySide6StyleKit」を作ってみた」 ＜公開リポジトリ＞
基本操作
-
専用のファームウェアを書き込んだESP32-S3をPCにUSB接続し、「再読込」をクリック
※ファームウェアはリンク先の ESP32_S3_IO_DEVICE です。 -
接続した COM番号 を選択し、「接続」をクリック
-
一定間隔で表示を更新したい場合は自動更新設定を行い、「自動更新」をクリック
-
PWMの周波数や解像度を変更したい場合は、PWM設定を行い「適用」をクリック
-
あとは実際に入出力にモノをつなげば動作します。
4. GUI を使用した動作確認
この動作確認で使用する配線図まとめ
入出力を3.3Vで動かす場合は、24V の代わりに COM+ と J5 の 3.3V をつなぐだけでOKです。
こちらの動画で紹介しています。
5. 拡張の可能性（Wi‑Fi 化・ロギング強化）
ここからは 今後の発展ポイント（未実装） です。
本記事では実装しませんが、ESP32‑S3 の機能を活かして以下の拡張が可能です。
Wi‑Fi 化の可能性
ESP32‑S3 を Wi‑Fi に接続し、TCP や WebSocket を使って
ネットワーク I/O デバイスとして利用することもできます。
ロギング強化の可能性
- 長期ロギング
- ネットワーク越しの収集
- クラウド連携
- Web ダッシュボードとの統合
まとめ
- 基板の実装とケース組み込みが完了し、デバイスとしての形が整いました。
- GUI を用いた I/O 動作確認を行い、産業信号を安全に扱えることを確認しました。
- GUI によって操作性が向上し、コードを書かずに I/O を扱える環境が整いました。
- Wi‑Fi 化やロギング強化など、今後の拡張の可能性も見えてきました。
今後考えていること
本連載は今回で一区切りですが、今後は今回触れた「拡張の可能性」を実装していく予定です。
- Wi‑Fi 化（TCP / WebSocket）
- ロギング強化（長期保存・可視化の整備）
- ネットワーク I/O デバイスとしての運用検証
進展があれば、別記事としてまとめる予定です。