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年末年始だし M5StickC を 触って、NTP 時計付 人感センサー赤外線スイッチを作る (M5StickC事始め)

Overview

Switch Science で、 M5StickC が売っていたので、年末に遊んでみようと購入していたのだが、通電確認しかしていなかったので、情報をまとめながら、試してみる。

ありがちではありますが、M5StickCには赤外線リモコンLEDが内蔵されていますので、人感センサー赤外線スイッチを作るまで。

M5StickCとは

  • M5Stackをstick上のミニサイズにしたものです。 See 公式サイト
  • すごいところは、
    • Size:48.2mm x 25.5mm x 13.7mm
    • 重量:15.1g
    • 80mAhのバッテリー内蔵 (LiPo)
    • ESP32-Pico (4MB Flash+520KB SRAM)
    • 2.4GHz WiFi/BT
    • 赤外線LED
    • Red LED*1, Button*2,マイク!, 磁気センサー, 6軸センサーまで内蔵していることです

まずはM5StickCハードウェアを知る

公式サイトの回路図

ESP32 - M5StickC Pin Map

https://docs.m5stack.com/#/en/core/m5stickc を見ながら、PICO-D4におけるpin mappingをまとめる.

ESP32 pin Desc Assign on M5StickC GPIO as M5StickC Type MUX
1 VDDA
2 LNA_IN
3 VDDA3P3
4 VDDA3P3
5 SENSOR_VP Ext. G36 GPIO36 I GPIO36, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
6 SENSOR_CAPP Button A(m5) GPIO37 I GPIO37(Input), ADC1_CH1, RTC_GPIO1
7 SENSOR_CAPN
8 SENSOR_VN Button B(side) GPIO39 I GPIO39(Input), ADC1_CH3, RTC_GPIO3
9 EN
10 IO34 MIC (SPM1423)(SDA) GPIO34 I ADC1_CH6, RTC_GPIO4
11 IO35
12 IO32 GROVE(SDA) GPIO32 I/O 32K_XP (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
13 IO33 GROVE(SCL) GPIO33 I/O 32K_XN (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
14 IO25
15 IO26 Ext. G26 GPIO26 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1
16 IO27
17 IO14
18 IO12
19 VDD3P3_RTC
20 IO13 ST7735S(TFT_MOSI) GPIO15 I/O ADC2_CH3, TOUCH3, RTC_GPIO13, MTDO, HSPICS0, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
21 IO15 ST7735S(TFT_CLK) GPIO13 I/O ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
22 IO2
23 IO0 Ext. G0 / MIC (SPM1423)(SCL) GPIO0 I/O ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
24 IO4
25 IO16
26 VDD_SDIO
27 IO17
28 SD2 IR トランスミッタ GPIO9 I/O GPIO9(Output), SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
29 SD3 Red LED GPIO10 I/O GPIO10(Output), SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
30 CMD
31 CLK
32 SD0
33 SD1
34 IO5 ST7735S(TFT_CS) GPIO5 I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
35 IO18 ST7735S(TFT_RST) GPIO18 I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
36 IO23 ST7735S(TFT_DC) GPIO23 I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
37 VDD3P3_CPU
38 IO19
39 IO22 SCL: MPU6886, PMIC AXP192 GPIO22 I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
40 U0RXD
41 U0TXD
42 IO21 SDA: MPU6886, PMIC AXP192 GPIO21 I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
43 VDDA
44 XTAL_N_NC
45 XTAL_P_NC
46 VDDA
47 CAP2_NC
48 CAP1_NC

AXP192 - M5StickC Pin Map

LDO Connected device
LDO0 Microphone
LDO1 RTC
LDO2 LCD Backlight
LDO3 LCD
DC-DC ESP32, 6 Axes (MPU6886 or SH200Q)
IPS OUT +5V on GROVE

ペリフェラルのデータシート と アドレス

Peripheral link for data sheet SLA
ESP32-PICO ESP32-Pico D4
LCD ST7735S
RTC BM8563 0x51 (0xA3? 0x A2?)
6 Axes sensor * MPU6886
* SH200Q
* 0x68(MPU6886)(Up to 400KHz, SA0=L)
* 0x6C(SH200Q)
PMIC AXP192 0x34
MIC SPM1423HM4H-B

まずは初期出荷ファームウェアのバックアップから

esptool.pyの入手

$ cd ~/work/tools
$ git clone https://github.com/themadinventor/esptool/
$ cd esptool
$ sudo python setup.py install

git cloneの代わりにzip downloadでも大丈夫ですよ。

backup

M5StickCは4MのFlash ROMを内蔵しているので、4M分backupしておきます。

$ esptool.py --chip esp32 -b 1500000 --port /dev/cu.usbserial-Cxxxxxx read_flash 0x00000 0x400000 bkup-m5c-4M.bin
esptool.py v2.9-dev
Serial port /dev/cu.usbserial-Cxxxxxx
Connecting.....
Chip is ESP32-PICO-D4 (revision 1)
Features: WiFi, BT, Dual Core, 240MHz, Embedded Flash, VRef calibration in efuse, Coding Scheme None
Crystal is 40MHz
MAC: d8:a0:1d:xx:xx:xx
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 1500000
Changed.
4194304 (100 %)
Read 4194304 bytes at 0x0 in 36.7 seconds (913.9 kbit/s)...
Hard resetting via RTS pin...

Arduino環境のsetup

いくつか開発環境はありますが、以前 ESP8266で IoT開発環境を整えた こともありますので、Arduinoベースにしていきます。

ESP8266と基本は同じです
( 公式サイトのQuick Startもご参考 )

  1. https://www.arduino.cc/en/Main/Software から Arduino開発環境をdownloadしてinstall (1.8.10(Arduino2)をinstallしないと私の古いversionではesp32の追加に失敗しました)

  2. Preferenceの追加の開発ボードマネージャーにhttps://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.jsonを追加
    すでに入力されている場合は、以下のように ,で区切れば良いみたいです。
    https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json,http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json,https://raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json,http://digistump.com/package_digistump_index.json

  3. ツール→マイコンボード→ボードマネージャーから、esp32を検索で追加

  4. ツール→マイコンボード→M5StickCを選択
    1500000bpsが使えるようです。シリアルポートの設定も忘れずに。
    (なお、USBはCP210xをinstallしておけば良いようです。)

  5. M5StickC Libraryのinstall (スケッチ -> ライブラリをインクルード -> ライブラリ管理 から M5StickCを検索してインストール)

動作確認

動作確認がてら何か作ろうと思ったのですが、せっかくM5StickCには赤外線LEDが搭載されているので、赤外線リモコンからスタートしてみようかなと思います。

が、いわゆる、赤外線受光部は残念ながらM5StickCには入っていないので、そこは接続します。
以前秋月で買ってあった赤外線リモコン用の受光素子(32KHzのパルスをdecodeしてくれる)を使っても良かったのですが、M5Stack用赤外線送受信ユニット も同時に買ってあったので、とりあえずこれを使います。+5Vなのですが、分圧抵抗が入っているので、I/Oに直結できます。

こんな風につなぎます。

赤外送受信ユニット M5StickC
IN G36
OUT G26
+5V +5V
GND GND

(右のブレッドボードのは秋月のを使ってESP8266でつなげていたのを引っ剥がしてM5StickCにつなげようかと思った残骸です。赤外線送受信ユニット買ったの忘れていたwww)

まず、送信したいリモコンのコードを調べる

https://github.com/crankyoldgit/IRremoteESP8266
を使わせてもらいます。

Arduino上で、

  1. スケッチ -> ライブラリをインクルード -> ライブラリ管理 から IRremoteESP8266を検索してインストール

  2. スケッチ例 -> IRremoteESP8266 -> IRrecvDumpV2を選択

  3. 下記を変更して適当な場所に保存

    - const uint16_t kRecvPin = 14;
    + const uint16_t kRecvPin = 36;

  4. ビルド&焼き込んで実行

  5. ツール→シリアルモニターで

IRrecvDumpV2 is now running and waiting for IR input on Pin 36

が、表示されていたら、受信したいリモコンを押してdumpしましょう。

Timestamp : 000163.203
Library   : v2.7.1

Protocol  : NEC
Code      : 0x41B67D82 (32 Bits)
uint16_t rawData[71] = {9000, 4552,  538, 598,  536, 1728,  536, 598,  536, 622,  512, 622,  510, 622,  512, 598,  536, 1728,  538, 1728,  536, 596,  536, 1728,  536, 1754,  510, 624,  510, 1754,  512, 1728,  536, 622,  512, 596,  536, 1728,  536, 1730,  536, 1728,  536, 1728,  536, 1754,  512, 596,  536, 1730,  534, 1728,  538, 596,  536, 600,  534, 622,  510, 598,  536, 596,  538, 1730,  534, 622,  512, 41504,  9026, 2324,  512};  // NEC 41B67D82
uint32_t address = 0x6D82;
uint32_t command = 0xBE;
uint64_t data = 0x41B67D82;

こんなのが出ればOkです

Ir送信を試してみる

同様にスケッチ例で、IrSendDemoを使い試してみると、、、M5StickC内蔵のIrはどうも赤外線LEDのドライブ能力が低いようで、
全然飛びません。1mぐらいが限界みたいです。。。

const uint16_t kIrLed = 32; // M5StickCはGPIO9で内蔵IRを利用できるのですが、先程のGROVE赤外線送受信ユニットが、USB type Cの下にある4 pin端子に直接接続できたのでG32を使って赤外線出力してみました。

というわけで、先程の赤外線送受信ユニットを試すと、2mぐらいは十分届きそうなので、こちらをつかうことにしました。

PIRセンサーを利用して、人がいる間だけON/OFFする。

PIRセンサーもたくさん実は持っているのですが、M5StickCにブロックのように接続できるものが売っていたので、一緒にポチっていました。

赤外送受信ユニット M5StickC
IN G33
OUT G32
+5V +5V
GND GND
PIRユニット M5StickC
OUT G36
+3.3V +3.3V
GND GND
NC +5V
NC G0
NC G26
NC BAT

のように接続されています

https://github.com/hidenorly/m5stickC_PIRSwitch
においておきました。

なお、要件とその背景ですが

  • PIRセンサーは動きがないと検出結果としてをH出力しない (一定以上未検出でOFFを出力する必要がある)
  • Ir送信はIr受信側で確実に受信してくれるとは限らない (複数回送信)
  • せっかくLCDがあるので、ON/OFFみたいな表示はしたい。
  • せっかくボタンがあるので、マニュアル的にON/OFFしたい。
  • 人が来たらすぐにON、人がいなくなってから一定期間経過してかるOFF (上のPIRセンサーの特徴からON中に人が検出したらON延長)

をサポートしています。

最初、ESP8266_IoTを移植したのですが、だいぶゴージャスになりすぎたので、
上は綺麗サッパリさせてあります。
(それでも、Class化を多用していますが。。。)

M5StickCで、WiFiやNTPを使う

M5StickCだと、WiFiをつなげるのがなぜかESP8266で書いたコードがそのまま動かなくて少しハマりました (delay()をWiFi.mode()する前後に入れないと動かないなど)。

https://github.com/hidenorly/M5StickC_NtpSwitch
にあげました。

IMG-0962.jpg

例によって、最初はAPモードで起動しますので、MAC AddressのAPに接続して、192.168.10.1 に接続して、SSIDとパスワードを設定すれば、APに接続できます。

結果、NTPサーバーに接続して、日時を表示できます。
ON/OFFの変化の際に、そちらも表示されます。

また、NTP clientですが、標準で取り込まれているので、

configTime(9 * 3600L, 0, "ntp.pool.org");

のような感じでNTPサーバーに接続できました。

センサー MPU6886/SH200Qを使う

23:16:37.303 -> g:3995.85,3995.73,  4.52
23:16:37.379 -> a:  0.51,  0.24,  0.87
23:16:37.379 -> g:3995.54,3995.12,  4.58
23:16:37.483 -> a:  0.52,  0.25,  0.87
23:16:37.483 -> g:3995.79,3995.24,  4.33

のように取れるように

int IMU_Init(void);
void IMU_getGyroData(float* gyroX, float* gyroY, float* gyroZ);
void IMU_getAccelData(float* accelX, float* accelY, float* accelZ);
void IMU_getAhrsData(float* pitch, float* roll, float* yaw);

のwrapperを作っておきました。

なお、センサードライバー自体は、M5StickVでのC framework向けに開発したものを移植したものです。

https://github.com/hidenorly/M5StickC_Base
においておきました。

番外編

久々にMacをつかった方へ : gitコマンドとかを使えるように

先日、m2 SSDを交換して、Mojaveをupgrade installしたばかりだったので、Xcodeが使えなくなっていました。
そうすると、

$ git status
xcrun: error: invalid active developer path (/Library/Developer/CommandLineTools), missing xcrun at: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin/xcrun

のようにエラーが出ていました。

$ xcode-select --install

のようにして、xcodeを再インストールしてください。

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