はじめに

最近、ハマっている Seeed Studio XIAO ESP32C6でBluetooth Low Energy（BLE）のテストを兼ねて、無線１ボタンキーボードを作ってみた。１ボタン動作は色々用途があると思いますが、今回は、Windowsのログインを自動化するボタンにしてみた。

以前の「Seeed Studio XIAO ESP32C6」の記事

ハード

Windows10
XIAO ESP32C6
ブレッドボード
タクトスイッチx1
ジャンプワイヤー
リポバッテリー3.7v 210mAh

XIAO ESP32C6

使用したXIAO ESP32C6。

配線

HIGH検知のボタン。10KΩでプルダウンさせておく。
DeepSleepからの復帰に使うので XIAO ESP32C6 の場合は、GPIO0,1,2のいずれかにする必要がある。

ESP32C6 GPIO1 -+- BUTTON --- 3.3v
               |
               +-- 10KΩ --- GND

Li-Poバッテリ駆動

リチウムポリマー電池を使ってワイヤレス。
背面のBAT±にLi-Poバッテリを繋ぐだけ。※要はんだ付け

ソフト

ArduinoIDE 2.3.6(Arduino core3.2.0)
ESP32-BLE-Keyboard 0.3.2

ESP32-BLE-Keyboard

ESP32には、BLE が使えるので無線キーボード化できる。Arduino用ライブラリは色々あるが今回は下記を使用。

XIAO ESP32C6ではコンパイルエラーが出るのでbegin関数の中を以下のように修正した。

Arduino\libraries\ESP32-BLE-Keyboard\BleKeyboard.cpp

void BleKeyboard::begin(void)
{
#if defined(ARDUINO_XIAO_ESP32C6)
  BLEDevice::init(deviceName.c_str());
#else
  BLEDevice::init(deviceName);
#endif
      :
      :
#if defined(ARDUINO_XIAO_ESP32C6)
  hid->manufacturer()->setValue(deviceManufacturer.c_str());
#else
  hid->manufacturer()->setValue(deviceManufacturer);
#endif
      :
      :
#if defined(ARDUINO_XIAO_ESP32C6)
  pSecurity->setAuthenticationMode(ESP_LE_AUTH_BOND);
#else
  pSecurity->setAuthenticationMode(ESP_LE_AUTH_REQ_SC_MITM_BOND);
#endif

仕様

ログインパスワードをソース埋め込みにすればもっと簡単なロジックになる。今回はNVS書き込みにしたので少々手間。プロコンで良ければごっそり外してくださいな。

手順	説明（初回のみ）
0	リポバッテリーは外しておく
1	PC ⇔ ESP32C6 USB接続後コンパイル＆アップロード
2	ペアリングモード（内臓LED点滅）
3	WindowsのBluetoothデバイスの追加で「ESP32BLEButton」を追加 (30秒以内→ボタン押下で2から)
4	BLE接続完了（内臓LED点灯）
5	シリアルモニタでログインパスワード入力「Enter new password:」
6	パスワードがNVS(不揮発性メモリ)に保存される
7	ESP32C6をPCから取り外す
8	リポバッテリー接続
9	BLE接続開始（内臓LED点滅）
10	BLE接続完了（内臓LED点灯）
11	10秒後 BLE切断（内臓LED消灯）
12	DeepSleep

手順	説明(2回目以降ここから)
0	DeepSleep（内臓LED消灯）
1	１回ボタン押下（復帰）
2	BLE接続開始（内臓LED点滅）
3	BLE接続完了（内臓LED点灯）
4	２回ボタン押下（ダブルクリック）
5	Windowsへログインパスワード送信
6	10秒後 BLE切断（内臓LED消灯）
7	DeepSleep

手順	説明(パスワード変更)
0	リポバッテリーは外す
1	PC ⇔ ESP32C6 USB接続
2	ArduinoIDE起動シリアルモニタ COM接続確認
3	ボタン長押し（3秒）
4	NVS(不揮発性メモリ)クリア
5	初回手順5へ

ソース

githubに置きました。
https://github.com/nori-dev-akg/BLE-Button-login

以下、ちょっと説明。

BLE接続

以下の bleKeyboard.begin() がBLE接続開始。そのあと接続確認ループ。タイムアウトCONNECT_TIMEOUTするまで内臓LEDを点滅させる処理。タイムアウトしたらDeepSleepになる。

  bleKeyboard.begin(); // Start BLE keyboard
  Serial.print("BLE Keyboard started. Waiting for connection...");
  unsigned long startTime = millis();
  while (!bleKeyboard.isConnected()) {
    if (millis() - startTime > CONNECT_TIMEOUT * 1000) {
      Serial.println("Connection timeout. Please try again.");
      gotoSleep();
      return;
    }
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    delay(100);
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    delay(100);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("connected!");

ログインパスワード送信

Windowsロック画面で、最初にコントロールキーKEY_LEFT_CTRLを送信して、パスワード入力フォームを表示させている。表示されるまでディレイWAIT_LOGINして、その後に passを送信して、KEY_RETURNを送信。

  Serial.println("Double Pressed");
  // On double click, send Ctrl key
  bleKeyboard.press(KEY_LEFT_CTRL);
  delay(100);
  bleKeyboard.releaseAll();
  delay(WAIT_LOGIN); // Wait for login screen

  bleKeyboard.write((const uint8_t*)pass, strlen(pass)); // Send password
  bleKeyboard.write(KEY_RETURN);

DeepSleep

DeepSleepでは、esp_sleep_enable_ext1_wakeup()関数を使う。指定したピンの状態を検知してWakeUpすることができるDeepleep。esp_sleep_enable_ext0_wakeup() は ESP32C6には無い模様。さらに以下の BUTTON_PINのところで使えるピンは0,1,2だけ。

void gotoSleep() {
  Serial.println("Going to sleep...");
  bleKeyboard.end(); // End BLE connection
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // Turn off LED
  delay(500);
  
  esp_sleep_enable_ext1_wakeup(1ULL << BUTTON_PIN, ESP_EXT1_WAKEUP_ANY_HIGH); // Wakeup on HIGH
  esp_deep_sleep_start(); // Start deep sleep
}

消費電流

BLE接続中が40mA越えです。内臓LEDは数mAだとして素XIAO-ESP32C6が20mAぐらいだったから結構BLEも喰うね。1日数回接続で殆どDeepSleep状態なので結構持つと思うけど。

BLE接続中	DeepSleep

40.3mA	23.8μA

おわりに

ハマりポイントは ESP32-BLE-Keyboard ライブラリの修正が必要なところぐらいでしょう。
Windows起動直後の一発目のBLEの接続に10秒ほど掛かるのが気持ち悪いぐらいですが、ロック状態からのログインの時は直ぐにつながる。

3Dプリンターがあればケースなんか用意できるんだけど、そんなもん置く場所ない。広い家に住みたいよ。