ESP8266をはじめよう
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2016年3月26日に開催された、わんくま同盟 福岡勉強会 #36で話した「ESP8266をはじめよう」のスライドです。
ESP8266をはじめよう
- 1. ESP8266を はじめよう けーいち@9SQ 吉村 圭一郎 THE IoT READY Wi-Fi MODULE Wankuma:Fukuoka#36 わんくま同盟 福岡勉強会 #36 March 26, 2016
- 4. ESP8266とは？ 上海のファブレス半導体メーカー Espressif Systems が 製造しているWi-Fiモジュールのチップセット及びそのシリーズ ESP8266EX chipset • TCP/IPプロトコルスタック搭載32bit MCU • アーキテクチャ : RISC (Diamond Standard 106Micro Core) • クロック : 80MHz • RAM : 64KB(命令用), 96KB(データ) • Wi-Fi STA, AP, STA+AP • IEEE 802.11b/g/n, WPA/WPA2 • 10-bit ADC with HSPI, SDIO, UART, PWM, I2C, and I2S
- 6. そこに登場した救世主 http://espressif.com/en/products/wroom/ ESP-WROOM-02 2015年に販売開始された ESP-WROOM-02は FCC, CE, KCC, TELEC, LCIE, WiFi Alliance Certification 技適通ってる！ 日本国内で問題なく使える ので、これを使ってみよう
- 7. 他の似たものと比較 Arduino UNO mbed (LPC1768) Raspberry Pi ESP-WROOM-02 値段 3000円くらい 6000円くらい A+ ～ 2B 3000円～6000円 Breakout Board 600～2500円 I/O (GPIO) 20 26 17 11 機能 UART/I2C/SPI/ PWM +シールドで拡張 UART/I2C/SPI/ PWM/CAN/LAN/ USBなど UART/I2C/SPI/ PWM/LAN/USB ソフトで色々 UART/I2C/I2S/ SPI/SDIO/PWM/ IR/Wi-Fi ポテンシャル (大雑把に) ふつう ちょっとつよい 超つよい つよい 難しい？ かんたん ちょっと難しい ふつう わりとかんたん 夢広がる？ お勉強用+α 使いこなせたら 広がりまくり えっ、この値段… いろいろな物に 組み込んでネット に繋ぎたくなる！ ※個人の感想です
- 8. どこで買えるの？ 秋月電子通商 •Wi-Fiモジュール ESP-WROOM-02 DIP化キット … 650円(税込) http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09758/ スイッチサイエンス •ESP-WROOM-02ピッチ変換済みモジュール … 909円(税込) https://www.switch-science.com/catalog/2347/ •ESP-WROOM-02開発ボード … 2160円(税込) https://www.switch-science.com/catalog/2500/ などなど… 別途 USBシリアル変換やモード 切り替え用の抵抗(後述)が不要
- 9. その他に必要なもの USBシリアル変換 … 1個持っていればOK 秋月電子通商 •FT231X USBシリアル変換モジュール … 750円(税込) http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-06894/ スイッチサイエンス •FT232RL搭載小型USB-シリアルアダプタ 3.3V … 1868円(税込) https://www.switch-science.com/catalog/343/
- 10. どうやって使う(動かす)の？ 方法 その1 ATコマンドを叩いて、Wi-Fi通信モジュールとして使う ※ATコマンド…簡単に言うとモデムを制御するコマンドだよ！エヴァじゃないよ！ 方法 その2 内蔵ファームウェアを書き換えてArduinoみたいに使う ➡Arduino IDEを使って開発＆書き込みできます 今回は単体でArduinoっぽく使う方法を説明します
- 11. Arduinoについて(復習) Arduino 電子工作プロトタイピング プラットフォーム ←IDE(開発環境)やボードを含めた総称 スケッチ Arduino IDEで書くソースコードのこと 拡張子は .ino Arduino言語 C/C++がベースになっている
- 12. Arduinoについて(復習) void setup() {…} 電源ONした後に1回だけ実行される void loop() {…} setupの後に繰り返し実行される シリアルモニタ マイコンとのシリアル通信 コンパイル&書き込み マイコンに書き込むコンパイル スケッチをマイコンが 実行できる形に変換する int main(void) { setup(); while(1) { loop(); } return 0; } 実行時の動作は ←こんなイメージ
- 13. ESP8266 core for Arduino Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (1) 1. Preferences(環境設定)を開く 2. 追加のボードマネージャのURL の一番右のボタンをクリック 3. http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json をコピペ 4. OKをクリック 5. OKをクリックで環境設定を閉じる 2 3 4 5 これでボードマネージャで インストール可能になった 次へ続く 1
- 14. ESP8266 core for Arduino Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (2) 1. ツール → マイコンボード : “…” 2. ボードマネージャ... 3. 一番下の esp8266 by ESP8266 Community を インストール 3 1 2
- 15. ESP8266 core for Arduino Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (3) 1. ツール → マイコンボード : “…” 2. Generic ESP8266 Module 3. Flash Mode : QIO, Flash Size : 4M (3M SPIFFS) にする (以下のように) 3 1 2
- 16. ピンダイアグラム 特定のピンをプルアップ/ダウン することでモードが切り替わる ESP-WROOM-02 GND GND GND 3V3 EN IO14 IO12 IO13 IO15 IO2 IO0 IO16 TOUT RST IO5 TXD RXD IO4 GPIO14 GPIO12 GPIO13 GPIO15 GPIO2 GPIO0 GPIO16 ADC GPIO5 GPIO1 GPIO3 GPIO4 4 5 16 12 14 13 U0TXD U0RXD U1TXD CLK MISO MOSI CS SCL SDA PWM-R PWM-B PWM-G 15 2 0 3 1 I2C SPI PWM UART ADC GPIO Arduino Power GND Pin Name UART Download ModeFlash Boot Mode 3.3V GND 3.3V GND IO15 IO2 IO0 IO15 IO2 IO0
- 17. スケッチを書き込む UART Download Modeで電源をONにして書き込む ESP-WROOM-02 FTDI Breakout 3.3V GND GND GND 0 2 15 3V3 TX RX 10kΩ EN
- 18. スケッチを実行 ESP-WROOM-02 FTDI Breakout 3.3V GND GND GND 0 2 15 3V3 TX RX 10kΩ Flash Boot Modeで電源をONにすると実行 EN
- 19. まずは「Lチカ」 従来のArduinoと同じように サンプルスケッチ “Blink” を開く LEDを点滅させる ESP-WROOM-02を UART Download Modeにして コンパイル&書き込み
- 20. まずは「Lチカ」 接続はこんな感じ (実行時) LEDを点滅させる ESP-WROOM-02 FTDI Breakout 3.3V GND GND GND 0 2 15 3V3 TX RX 10kΩ 13 LED 1kΩ EN
- 24. スマートフォンからLチカ ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる include, グローバル変数など SSIDやIPアドレスを設定 root (/)にアクセスしてきた時の処理 jsを含むhtmlを返している led (/led)にアクセスしてきた時の処理 HTTP POSTで送られてくる パラメータに応じてLEDをON/OFF
- 25. スマートフォンからLチカ ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる setup (起動時に1度だけ実行される処理) WiFi.mode(WIFI_AP) : アクセスポイント モードとして動作する WiFi.softAPConfig(…) : IPアドレスを設定 WiFi.softAP(SSID) : SSIDを設定 dnsServer.start(…) : DNSサーバ起動 webServer.on(…) : handleをここで登録 webServer.begin() : Webサーバ起動 loop (setup後に繰り返し実行される処理) DNSとWeb serverへのリクエストを待つ
- 27. 勘所１：電源 電源容量が足りずにWi-Fiが掴めない (モジュールが起動しない or Wi-Fi接続開始直後にリセットが掛かる) 実は(ほとんどの)USBシリアル変換ボードの場合… USBシリアル変換ボード(FT232R/FT231Xなど)の 内蔵3端子レギュレータは50mA MAXくらい RF起動時に瞬間的に大電流 & 通信時も平均で100～300mAくらい 電源を増強しなくちゃ！ 圧倒的な電源容量足りなさ感
- 28. 勘所１：電源 対処法1 (簡単) 容量の大きいコンデンサを入れる 対処法2 (簡単) 電池やバッテリーから電源供給 対処法3 (おすすめ) 3端子レギュレータから電源供給 あまりおすすめできない USBシリアル変換からの3.3Vは 接続しないように (GNDだけ接続) 他にも色々センサー繋げるなら 500mAくらいあると余裕で安心 3V3とGNDの間に
- 29. スマートフォンから気温チェック http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08775/ ブラウザで気温/湿度を見る I2C接続 気温・湿度センサー HDC1000 … 680円(税込) ESP-WROOM-02 FTDI Breakout 3.3V GND GND GND 0 2 15 3V3 TX RX 10kΩ 12 14 電源 (レギュレータ, バッテリー等) EN
- 32. スマートフォンから気温チェック ブラウザで気温/湿度を見る setup (起動時に1度だけ実行される処理) Wire.begin(12, 14) : ピン12をSDA, 14をSCLで I2C接続 initHDC1000() : HDC1000を初期化 timeCountArm(1000) : 1000ミリ秒でタイマーセット loop (setup後に繰り返し実行される処理) 10秒ごとにreadHDC1000()を実行 readHDC1000 (HDC1000から値を読み込む) 14bitのデータを上位, 下位で分割して読み込み, ビットシフト して結合 initHDC1000 (HDC1000を初期化) データシートに従って、HDC1000に対して初期化を実行
- 34. void loop() { server.handleClient(); if(led_sw) { digitalWrite(LED, HIGH); delay(500); //500ミリ秒点灯 digitalWrite(LED, LOW); delay(500); //500ミリ秒消灯 } } 勘所2：タイマー delay()は全ての処理を止めてしまう void handleControl() { if (server.method() == HTTP_GET) { if (server.arg("c") == "on") { led_sw = true; } else if (server.arg("c") == "off") { led_sw = false; } String s = "<html>…</html>"; server.send(200, "text/html", s); } } LEDの1点滅中は サーバが応答しない! 注：解説用なので色々と大幅に省いています 例：スマホからLEDの点滅をON/OFFできるものを作りたい
- 35. void loop() { server.handleClient(); if (led_sw_on) { led_blink_arm(500); led_sw_on = false; } if (led_sw_off) { led_blink_disarm(); led_sw_off = false; } if (led_flag) { digitalWrite(LED, HIGH); } else { digitalWrite(LED, LOW); } yield(); } 勘所2：タイマー void change_led_flag(void *pArg) { if (led_flag) { led_flag = false; } else { led_flag = true; } } void led_blink_arm(int ms) { os_timer_setfn(&blink_timer, change_led_flag, NULL); os_timer_arm(&blink_timer, ms, true); } void led_blink_disarm() { os_timer_disarm(&blink_timer); } 注：解説用なので色々と大幅に省いています #ifdef ESP8266 extern "C" { #include "user_interface.h" } #endif os_timer_t blink_timer; 点滅ONになった時にタイマー設定、OFFで解除するように handleではhttpリクエストに応じて led_sw_on = true / led_sw_off = true とするようなコードを書く (現在のON/OFF状況も別途保持必要)
- 36. 接続はこんな感じ (実行時) ESP-WROOM-02 FTDI Breakout 3.3V GND GND GND 0 2 15 3V3 TX RX 10kΩ 12 LED 1kΩ ボタンを押したらXXする 外部のサーバにHTTP GET/POSTする 5 スイッチ 電源 (レギュレータ, バッテリー等) EN
- 37. ボタンを押したらXXする 外部のサーバにHTTP GET/POSTする およそ180行 https://github.com/9SQ/esp8266-Yo-button
- 42. ハードウェア構成 • ESP-WROOM-02 (with オリジナル基板) • 赤外線LED ケース 3Dプリンタで製作 基板 スイッチサイエンスPCB
- 44. リモコンからコードを取得 トイレのリモコンが 送信している信号をGET 流す(小)流す(大) 停止1 停止2 やわらか1 やわらか2 送信開始リーダ部 約6ms, 2.9ms データ部 1.5ms=1, 0.5ms=0が続く 流す以外のコマンドは 2回に分けて送信されている
- 45. プログラムを書く&書き込む 1. 無線LAN接続する 2. サーバ起動 3. リクエストを受ける 4. 赤外線送信 ESP8266 core for Arduino https://github.com/esp8266/Arduino ESP-WROOM-02を単体で Arduinoのように使える IRremote ESP8266 https://github.com/markszabo/IRremoteESP8266 38kHzで変調して赤外線LEDを 点滅させるライブラリ トータル 150行くらい
- 46. 設置
- 48. toilet.local/washlet おしりを洗浄したいとき curl -X POST -d 'c=rear' http://toilet.local/washlet 洗浄を止めたいとき curl -X POST -d 'c=stop' http://toilet.local/washlet exam ple ® ウォシュレット,WashletはTOTOの登録商標です
- 49. toilet.local/washlet 「大」を流すとき curl -X DELETE -d 'c=big' http://toilet.local/washlet ® ウォシュレット,WashletはTOTOの登録商標です exam ple
- 53. プリント基板製造サービス比較 条件：50mm*50mm / 両面(2層)基板 / 1oz, 35μm銅箔 1.6mm厚 / はんだレベラー / レジスト色 : 緑 国内P社 国内S社 海外F社 海外E社 10枚作る 約2万5千円 約1400円 9.99ドル 100枚作る 約4万円 約1万円 約75ドル 99.9ドル レジストを 黒色に +1000～ 3000円 +約3000円 +20ドル +0ドル 送料 込み 1080円 約5～20ドル (重さと配送方法で異なる) サポート 日本語 日本語 英語
- 54. ちゃんと届く？品質は？ 海外E社の場合 1回目(2種40枚)：11/10発注→11/16着 (7日) 2回目(1種10枚)：1/9発注→1/18着 (10日) 3回目(2種30枚+ステンシル)：3/21発注→3/30着 (10日) ・今まで注文した分で不良はゼロ ・国内製造と比較して大差ない ※個人の感想です。 高周波回路とかアナログ回路、オーディオ向け の場合に違いが出る/出ないとかは分からない ←シルク印刷とてもキレイ