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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

EXEファイルのダウンロードはこちら　＜公開リポジトリ＞

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。