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

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 )

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)
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
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
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。)
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、

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
スケッチ例 -> IRremoteESP8266 -> IRrecvDumpV2を選択
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;
ビルド＆焼き込んで実行
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。

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。

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)