ESP8266をはじめよう

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

はじめに

今回のお話の対象 •Arduino触ったことある •触ったことないけどこれを機に挑戦したい

•乗るしかないこのビックウェーブにと思っている

超HOT

IoT

はじめに

というわけで ESP8266でオリジナルIoTデバイス作りましょう。

超HOT

IoT

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

ESP8266とは？

http://l0l.org.uk/

今までにESP-xxとして海外では販売されていた

しかし…

技適が通ってない

日本国内で堂々と使うと法律的にアウトーっ！

※こっそり使ってもアウトです

そこに登場した救世主

http://espressif.com/en/products/wroom/

ESP-WROOM-022015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

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

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

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/

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

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

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

ESP8266 core for ArduinoArduino 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


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


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

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

3V3EN

IO14IO12IO13IO15IO2IO0

IO16TOUTRSTIO5

TXDRXDIO4

GPIO14GPIO12GPIO13GPIO15GPIO2GPIO0

GPIO16ADC

GPIO5

GPIO1GPIO3GPIO4 4

5

16

1214

13

U0TXDU0RXD

U1TXD

CLKMISOMOSI

CS

SCL

SDA

PWM-RPWM-BPWM-G 15

20 3

1

I2CSPI

PWM

UART

ADCGPIO

Arduino

PowerGND

Pin Name

UART Download ModeFlash Boot Mode

3.3V

GND

3.3V

GND

IO15IO2IO0

IO15IO2IO0

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-02FTDI Breakout 3.3V

GND

GND

GND

0

2

15

3V3

TX

RX

10kΩ

EN

スケッチを実行


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

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

まずは「Lチカ」

接続はこんな感じ (実行時)

LEDを点滅させる


GND

GND

GND

0

2

15

3V3

TX

RX

10kΩ

13

LED1kΩ

EN

まずは「Lチカ」LEDを点滅させる

http://www.aitendo.com/product/12120aitendoの変換基板

Boot Mode 選択用の抵抗×3本

USBシリアル変換 FT232RL

RXTX

LEDの電流制限抵抗

5mm 赤色LED

まずは「Lチカ」LEDを点滅させる

スイッチサイエンスの開発ボード

USBシリアル変換(FT231X)とレギュレーター搭載なので周辺のゴタゴタが不要

書き込み時はUSBを下にして右のボタンを押しながら左のボタンを押してリセットで UART Download Modeになる

スマートフォンからLチカ

回路は先ほどと同じでOK

ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる

およそ60行https://github.com/9SQ/esp8266-sample/tree/master/led_server

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


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


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

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

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 3.3VGND

GND

GND

0

2

15

3V3

TX

RX

10kΩ12

14

電源 (レギュレータ, バッテリー等)

EN

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

およそ100行https://github.com/9SQ/esp8266-sample/tree/master/hdc1000


include, グローバル変数など

下記でタイマーを使用するためにESP8266のuser_interface.hをinclude

タイマー関連

HDC1000からの定期読み込みを delayではなくタイマーで実現するため

root (/)にアクセスしてきた時の処理

温度や湿度をグローバル変数から取り出して変換式で人間が読み取り可能な値に変換, 表示


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


実際にスマートフォンで確認 (度と%を忘れてた…)

HDC1000とESP-WROOM-02を I2C(2wire)で接続

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

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)

接続はこんな感じ (実行時)

ESP-WROOM-02

FTDI Breakout 3.3VGND

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


およそ180行 https://github.com/9SQ/esp8266-Yo-button


主要な部分だけ説明

httpPost 普通にHTTPリクエスト(ヘッダ&ボディ)を組み立てる

レスポンスが帰ってきたら、¥r¥n¥r¥nを読み飛ばした後のbodyをresultに格納


loop スイッチの状態を取得パラメータを準備 HTTP POSTし、JSON形式で返されるレスポンスをパース結果がsuccessだったらLEDを短く3回点滅結果がそれ以外だったらLEDを長く2回点滅

主要な部分だけ説明

こんなのモノ作ってみました

✓押すとYoを送るボタン ✓部屋の気温や湿度、気圧を監視する ✓ドアが開いたらプッシュ通知 ✓トイレの温水便座をスマホで操作


トイレの温水便座をスマホで操作

通称 RESTful トイレ

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

リモコンからコードを取得Arduino UNOに赤外線リモコン受信モジュールを接続

PL-IRM2161-XD1

Arduino-IRremote https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote

example/IRrecvDumpを書き込んでシリアルモニタで取得

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

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

設置

http://toilet.local/

HTML(bootstrap3)+JavaScript

ボタンを押すとXMLHttpRequestで各コマンドを叩く

mDNS対応ブラウザでアクセス可能 (Androidは…)

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

example

®

ウォシュレット, WashletはTOTOの登録商標です

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

example

Androidアプリ作りました。 Android 5.0~

✔通知領域に常駐他のアプリ起動中もシームレスにおしりの洗浄が可能


その他、作ったものを持ってきているので見たい方は声をかけてください

もちろん質問などもOK！

ご静聴ありがとうございました！

番外編 (後日追加)

PCB製造を海外に発注してみた～2015年度簡易版～

これ以降のスライドは、当日の会場で質問されたプリント基板製造サービスについてのお話です。

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

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

プリント基板製造サービスについての詳細は改めてブログ記事 or スライドにします(たぶん)

ブログ：http://eleclog.quitsq.com/

Technology

ESP8266をはじめよう