ArduinoとESP32（M5Cameraとか）間でI2C通信する方法

I2C communication method between Arduino and ESP32 (M5Camera etc.)
Click here for English commentary and sample code.

前提

下記については説明を省略します。
- Arduino IDEでのESP32（M5Camera含む）の開発環境の構築
- C言語の基礎知識

※Arduino同士でI2C通信する方法を先に読むと理解しやすいです。

解決する課題

ArduinoとESP32（M5Cameraとか）を接続（今回はI2C）してデータをやり取りしたい！

対応後のイメージ

左側がMaster（以後、Main）のESP32（M5Camera）
右側がSlave（以後、Sub）のArduino（M0 PRO）
の間でデータを送受信している様子

手順概要

1. 2つのマイコンをI2Cで接続する
2. スケッチ例を参考にしてESP32に対応する
3. スケッチを環境に合わせて編集する
4. I2C経由でのデータの受け渡しを確認する

手順詳細

1. 2つのマイコンをI2Cで接続する

両方ともUSB経由でPCに接続しています。

• M5CameraはGroveコネクタを利用
• M5CameraからArduinoへ電源を供給

ESP32 M5Camera	Arduino M0 PRO
GND	GND
5V	Vin
SDA (13)	SDA (16)
SCL (4)	SCL (17)

2. スケッチ例を参考にしてESP32に対応する

1. 参考にしたライブラリたち
   • I2cScanner
   • Master Writer/Slave Receiver
     • [File] > [Examples] > [Wire] > [master_writer]
     • [File] > [Examples] > [Wire] > [slave_receiver]
   • Master Reader/Slave Sender
     • [File] > [Examples] > [Wire] > [master_reader]
     • [File] > [Examples] > [Wire] > [slave_sender]
2. 修正（数行レベル）したコードがこちら
   • I2Cスキャン用：I2C_Scanner.ino
   • Mainマイコン用：I2C_Main.ino
   • Subマイコン用：I2C_Sub.ino

3. スケッチを環境に合わせて編集する

3-1. アップロードするマイコンに合わせる

上記3ファイルすべてに下記の定義があるので、

#define MICON_ESP32              // undefined if Arduino

Arduinoの場合は、コメントアウトする。

// #define MICON_ESP32              // undefined if Arduino

3-2. サブマイコンのアドレスを変更する

I2C_Sub.inoの下記定義を変更する。

#define ADDRESS 0x8

4. I2C経由でのデータの受け渡しを確認する

4-1. I2Cで接続できていることを確認する

1. 下記の通り、スケッチをアップロードして実行
2. I2C_Sub.ino で定義したアドレスが見つかればOK

(Main) ESP32 M5Camera	(Sub) Arduino M0 PRO
I2C_Scanner.ino	I2C_Sub.ino

Main側のシリアルモニタ出力の抜粋

I2C device found at address 0x08  ! ← Sub
I2C device found at address 0x28  ! ← Main

4-2. マイコン間でデータを渡せるか確認する

1. 下記の通り、スケッチをアップロードして実行
2. Main、Subのシリアルモニタに期待した出力が表示されればOK

(Main) ESP32 M5Camera	(Sub) Arduino M0 PRO
I2C_Main.ino	I2C_Sub.ino

Arduino IDEでのコードとシリアルモニタの様子

Main側のシリアルモニタ出力の抜粋

writer:                   ← write("x is 16");
reader: hello             ← read();

Sub側のシリアルモニタ出力の抜粋

receiveEvent: x is 16     ← read();
requestEvent:             ← write("hello\n");

まとめ

MainとSub、各1ファイルで下記の対応を実施した。
1. ArduinoとESP32の両方に対応
2. Writer/ReceiverとReader/Senderの両方に対応

但し、ESP32は標準ライブラリ(TwoWire)にI2C Slave機能が搭載されていないため¹、対応はしていない²。

どうしても使いたい場合は、下記ライブラリを利用するとよい。

• ESP32 I2C Slave
  • 合わせて、I2C Slave機能が公式サポートされるかの議論へのリンクが下の方に掲載されている

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1. 2020/08/15時点 ↩

2. コンパイルエラーが出力される ↩