アオノドンというオープンハードウェアのIoTボードを作りました

標準では、MDBT42とプログラムピンだけしか付いてませんが、中華製格安モジュールなどを追加して機能が増やせるようになっています。

機能を追加するだけではなく削除した例です。
以下は本体＋フラッシュメモリ＋6軸ジャイロ（裏側）＋LiPoバッテリ＋充電端子＋フルカラーLEDにしたものを、サイズを切り詰めてみたものです。

電子工作キット

AKBONE リリース6 に採用してます。

MDBT42

コアのモジュールとして台湾RAYTAC 社の MDBT42 を使っています。

特徴

Nordic nRF52搭載 Nordic NRF52832 32MHZ
Ram64KBytes Flash512KBytes
32MHzのクリスタル内蔵して、電源つけるだけで動作する
アンテナが、チップアンテナ版とパターンアンテナ版の2種類がある
GPIOが多い
NFC機能付
安価であり、キットの素材として使いやすい
シリーズバリエーションが多く有り、シリーズ内の他のモジュールに置き換えることで機能追加・コストダウン・小型化などが期待できます
シリーズ内で、nRF52系統の小型なおかつ手はんだづけの可能なものとしてMDBT42を選択しています
技適通ってます

仕様書

http://www.raytac.com/download/MDBT42/MDBT42Q-Version%20F.pdf
(Rev.F)

Arduino開発環境の設定

BLEモジュール MDBT42
https://qiita.com/nanbuwks/items/d26447c0bfa28b1d05df
を基に、設定、動作確認を行います。

アオノドン説明

ピン配置

アオノドン無印、アオノドン20180727ピン配置

GPIO（左から）
1,3,4,5,7,9,10,11
このうち、3,4,5はそれぞれAIN1,AIN2,AIN3として使えます。

I2Cモジュール(左から)
VIN,3V3,GND,0,30,6,8
として、ジャイロモジュールの
VIN,3V3,GND,SCL,SDA,CS,SA0
につながっています。

SPIモジュール部（左から）
GND,3V3,22,23,2,21,1
として、SPI OLEDモジュールの
GND,3V3,SCK,MOSI,RST,MISO,SCL
につながっています。

SPIフラッシュ部（ICピン番号順）
7,21,3V3,GND,23,22,3V3,3V3

として、SPIフラシュの
1(*CS),2(MISO),3(*WP),4(GND),5(MOSI),6(SCK),7(WP),8(VCC)
につながっています。

ST-LINKモジュール部（左から）
GND,SWDIO,3V3,SWCLK

マイクモジュール部(上から)
31,GND,3V3
また、31はAIN7として使えます。

USBシリアルモジュール部（上から）
N.C.(DTR),27(TX),26(RX),5V,GND,3V3
として、CP2102 USBシリアルモジュールの
DTR,RX,TX,5V,GND,3V3
につながっています。

面実装スピーカ部
4とGNDにつながっています

アオノドン20180822ピン配置

GPIO（左から）
13,3,4,5,7,9,10,11
このうち、3,4,5はそれぞれAIN1,AIN2,AIN3として使えます。
また、9,10,11はオンボードLEDの緑、青、赤につながっています。（負論理なのでLowで光ります。）

I2Cモジュール(左から)
VIN,3V3,GND,12,30,6,8
として、ジャイロモジュールの
VIN,3V3,GND,SCL,SDA,CS,SA0
につながっています。

SPIモジュール部（左から）
GND,3V3,22,23,2,25,21
として、SPI OLEDモジュールの
GND,3V3,SCK,MOSI,RST,MISO,SCL
につながっています。

SPIフラッシュ部（ICピン番号順）
7,25,3V3,GND,23,22,3V3,3V3
として、SPIフラシュの
1(*CS),2(MISO),3(*WP),4(GND),5(MOSI),6(SCK),7(WP),8(VCC)
につながっています。

ST-LINKモジュール部（左から）
GND,SWDIO,3V3,SWCLK

マイクモジュール部(上から)
31,GND,3V3
また、31はAIN7として使えます。

USBシリアルモジュール部（上から）
27(TX),26(RX),5V,GND,3V3
として、CP2102 USBシリアルモジュールの
RX,TX,5V,GND,3V3
につながっています。

面実装スピーカ部
4とGNDにつながっています

追加モジュール配置場所

搭載可能な追加モジュール

回路図

ST-Linkを接続して動作確認する

最低限は以下のようにして使います。

マイク端子を使ってLチカをするコードです

うまく書けたら上図のようなメッセージが出ます。（環境設定で「書き込み」を「より詳細な情報を表示する」にしています。）

抵抗付きLEDを差し込んで、動作確認します。

サンプルプログラム

GPIOピンでインプット

タクトスイッチを以下のようにすると、 GND と GPIO30 で ON/OFF します。

アナログインプット

analogInPin = A1;

とありますが、A0~A7は以下のように定義されています。

AIN0 P0.02
AIN1 P0.03
AIN2 P0.04
AIN3 P0.05
AIN4 P0.28
AIN5 P0.29
AIN6 P0.30
AIN7 P0.31

この、AIN1 が ArduinoIDEだと A1, P0.03が ArduinoIDEだと3番のデジタルポートになります。

シリアル通信

Generic nRF52を選ぶと、シリアルポートは以下のようになっている。


#define PIN_SERIAL_RX       (0) // P0.00
#define PIN_SERIAL_TX       (1) // P0.01

なので、以下のようにUSBシリアルモジュールと接続するとPCとシリアル通信ができる。

なお、写真のようにシリアル通信アダプタがアドオンできるようになっている。

このシリアル通信アダプタはCP2102を使った中華製の格安USBシリアルモジュール。地味にオススメ。

このようにして使う場合は、

(Arduinoフォルダ)/packages/sandeepmistry/hardware/nRF5/0.5.1/variants/Generic/variant.h

を編集
(ちなみに、Windowsの場合のArduinoフォルダは c:\Users(ユーザ名)\AppData\Roming\Arduino15\・・・の中にあります)


/*
 * Serial interfaces
 */
// Serial
// #define PIN_SERIAL_RX       (0) // P0.00
// #define PIN_SERIAL_TX       (1) // P0.01

// Serial for Aonodon
#define PIN_SERIAL_RX       (26) // P0.26
#define PIN_SERIAL_TX       (27) // P0.27

I2Cを使う

アオノドンは、I2Cモジュールをオンボードで載せることができます。ここを使う場合は、シリアルの場合と同様にvariant.hを書き換えます。


/*
 * Wire Interfaces
 */
#define WIRE_INTERFACES_COUNT 1
/*
#define PIN_WIRE_SDA         (20u) // P0.20
#define PIN_WIRE_SCL         (21u) // P0.21
*/

// for aonodon

#define PIN_WIRE_SDA         (30u) // P0.30
#define PIN_WIRE_SCL         (12u) // P0.00

上記の例は20180822バージョンの例です。
SDA、SCLの割当はバージョンによって異なるので、この文書の前掲の「ピン配置」を参照して変更してください。
変更したら、以下のI2CScannerを実行します


// i2c_scanner
// from https://playground.arduino.cc/Main/I2cScanner

#include <Wire.h>
void setup()
{
  Wire.begin();
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial);
  Serial.println("\nI2C Scanner");
}
void loop()
{
  byte error, address;
  int nDevices;
  Serial.println("Scanning...");
  nDevices = 0;
  for(address = 1; address < 127; address++ )
  {
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();
    if (error == 0)
    {
      Serial.print("I2C device found at address 0x");
      if (address<16)
        Serial.print("0");
      Serial.print(address,HEX);
      Serial.println("  !");
      nDevices++;
    }
  }
  Serial.print("Found I2C devices: ");
  Serial.println("nDevices");
  delay(5000);
}

実行すると、以下のように結果が返ります。


I2C device found at address 0x6B  !
Found I2C devices: nDevices
Scanning...

これは、GY-LSM6DS3 という6軸加速度センサモジュールをつなげた場合の例です。
0x6Bで認識しました。

Neopixel系フルカラーLEDを使う

「スケッチ」-「ライブラリをインクルード」-「ライブラリを管理...」で

「Adafruit NeoPixel by Adafruit」を検索してインストール。

「スケッチ例」-「Adafruit NeoPixel」-「simple」で、


#define PIN            6

// How many NeoPixels are attached to the Arduino?
#define NUMPIXELS      16

↓以下に変更


#define PIN            3

// How many NeoPixels are attached to the Arduino?
#define NUMPIXELS      1

SPI OLEDを動かす

AVTOKYO 2017 BADGE で OLEDプログラム
https://qiita.com/lowlevel/items/bbdce97ee2faf4768de3

を元に、以下のようにしました。
ライブラリをインストール

Adafruit GFX Library
Adafruit SSD 1306

スケッチ例から、

Adafruit SSD 1306 - ssd1306_128x64_spiを呼び出す
コンパイル
#error ("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");
と出るので

（Arduinoフォルダ）/libraries/Adafruit_SSD1306 の Adafruit_SSD1306.h
の該当箇所を書き換える。


   #define SSD1306_128_64
//   #define SSD1306_128_32
//   #define SSD1306_96_16

上記のように SSD1306_128_64 を有効にするとコンパイルが通るようになる。

まだ画面でないのでアオノドンのピンアサインに合わせて以下のように変更


// If using software SPI (the default case):
/*
#define OLED_MOSI   9
#define OLED_CLK   10
#define OLED_DC    11
#define OLED_CS    12
#define OLED_RESET 13
*/
// software SPI ( AONODON Version -201807):
/*
#define OLED_CLK   22
#define OLED_MOSI  23
#define OLED_RESET  2
#define OLED_DC    21
#define OLED_CS     1
*/
// software SPI ( AONODON Version 20180822):

#define OLED_CLK   22
#define OLED_MOSI  23
#define OLED_RESET  2
#define OLED_DC    25
#define OLED_CS    21

BLE

Bluetoothを使うには、

BLEライブラリを追加
SoftDeviceを使用できるよう設定、
SoftDeviceを書込
低速クロックを設定

する必要がある。

BLEライブラリを追加

「ファイル」 - 「環境設定」 - 「追加のボードマネージャのURL:」に" https://sandeepmistry.github.io/arduino-nRF5/package_nRF5_boards_index.json" を追加
「ツール」 - 「ボード:・・・」 - 「ボードマネージャ...」から、 "Nordic Semiconductor nRF5 Boards" をインストール