無線LANモジュールESP-WROOM-02と傾斜スイッチでポストへの投函を検知する電池駆動センサを作ってみた

個人でも安く容易に入手できて、かつ技適取得済みで安心の、ESP-WROOM-02(ESP8266)。恥ずかしながらつい先日教えてもらって初めてその存在を知ったので、使い方の勉強がてら動くものを作ってみました。

今回作ったのは、家のポストにモノが投函されたことを検知してIFTTT経由でLINE通知してくれる電池駆動のセンサ。仕上がりはこんな感じ。


我が家のポストは外にあって電源が取れない場所にあるので、ESP-WROOM-02の「deep sleep」機能(超低消費電力でのスリープ動作)を使って、乾電池での長期間駆動を目指します。似たようなことをやっているINTERNET Watchの記事などを参考に、以下の方針で作りました。

• 普段はESP-WROOM-02はdeep sleepモードで寝かせとく
• ポストにモノが投函されたことをESP-WROOM-02のリセットピンにつないだ傾斜スイッチで検知、deep sleepから起こす
• 起きたら、自宅の無線LAN APにつないでIFTTTにWEBHOOK、通信終わったらすぐまたdeep sleepモードで寝かす

傾斜センサの部分は「型想い」と両面テープでポストのフタの内側へ、センサ本体と電池ケースは3Mの面ファスナーで着脱できるようにポストの内側へ、それぞれ固定しました。



ESP-WROOM-02上で動いているコード(Arduinoのコード)は以下に置いておきます。
nikotan/esp8266_PostMonitor.ino - GitHubGist

Arduinoのコードで動かせるってすばらしい。手軽にネットワーク機能を使ったデバイスを試作できて楽しいです。今回作ったものは今のところちゃんと動いていますが、どれくらい長期間駆動できるかはまだ不明。しばらく様子を見てみます。


※今回のハードとソフトを作るにあたっては、以下の記事などを参考にしました。

• 【電子工作×IoT】 第1回：SDカードが郵便を通知！　無線LAN機能付きのSDカード「FlashAir」を使ってドアポストセンサーを作ってみた＜前編＞ - INTERNET Watch
• ESP-WROOM-02 の配線 - Qiita
• ESP8266の真骨頂Deep-Sleepモードの使い方 - Qiita
• 乾電池で連続340日間動作するESP8266搭載ワイヤレスセンサ - ボクにもわかる電子工作 - Yahoo!ブログ
• ESP-WROOM-02でアナログ入力 (TOUT/A0) [抵抗分圧回路]
• ESP8266のTOUTピンの電圧をちゃんと測定する方法: コンピュータと足湯と園芸のブログ
• ESP32 Wifi経由でIFTTTへ接続しLINEへ通知 – thousandiy

Wiiリモコンでラジコン制御

Wiiリモコンを使ってArduinoを載せたラジコンを無線制御できるようにしてみた。


と言っても直接つないでいる訳ではなく、MacBookを介して、Wiiリモコン⇔MacBookはBluetoothで、MacBook⇔ラジコン上のArduinoはXBee(Zigbee)で、それぞれつないでいる。プログラム上の問題がまだ色々とあるものの、実際に走行させてみる事もできた。Wiiハンドルを握って操作してると、『リアルマリオカート』な気分になれるかも。;-)

※走行させているシーンではないが、こんな感じで操作できる。


ちなみに、写真にある通り、GPS受信機や各種センサ（加速度、ジャイロ、デジタルコンパス）など、『操作』には必要ないものも色々と載せてあるが、これらのデータはMacBookで記録できるようにしてある。今後、走行させた時のデータを色々と取ってみる予定。目指せ『自動制御』！

Arduino 0017で、Megaのアナログ入力ピン8〜15が使えないバグ

Arduino Megaでは16本のアナログ入力が使えるはずなのだが、自分の環境では何故か0番から7番のピンしか正常に使えなかった。8番から15番のピンを読み取った結果を見てみると、ただのノイズ、という感じ。
Arduino Forumを調べてみたら、ばっちり同じ問題に関する書き込みがあった。結局、Arduino IDE 0017のバグだったようだ。

Sorry guys, this will be fixed in Arduino 0018. In the meantime, you can edit hardware/cores/arduino/wiring_analog.c and change:

ADMUX = (analog_reference << 6) | (pin & 0x0f);

to:

ADMUX = (analog_reference << 6) | (pin & 0x07);

Arduino Forum - Trouble with Mega Anolog in port.

上記の通り修正したら問題なく使えるようになった。

OSX上のArduinoIDE(0017)で"Serial Port Already in Use"エラー

Javaでシリアル通信するためにRXTXライブラリを/Library/Java/Extensions/に入れたら、スケッチをArduinoへ転送する際にタイトルの通りのエラーが出るようになってしまった。

ArduinoIDEのパッケージに含まれるRXTXライブラリと何かしらバッティングでもしてるのか、などと疑って調べてみたら、見当違いだった。エラーは、/Library/Java/Extensions/に入れた方のライブラリが出しているもので、シリアルポートの排他制御のために使う/var/lock/ディレクトリが存在しなかったのが原因。どうやら、RXTXライブラリのコンパイルオプションでは/var/lock/を使うのがデフォルトらしい。
Arduino Forumに情報があった。

the default compilation options for RXTX create a library that uses locks to help ensure that only one program tries to access the serial port at a time. This requires you to setup the lock directory (this was the purpose macosx_setup.command script that used to come with Arduino and Processing). If you don't set up the lock directory, you get an error like the one you saw.

Arduino Forum - Serial Port Already in Use - MacOSX leopard

というわけで対策は、/var/lock/を使わないオプションでRXTXをリコンパイルするか、/var/lock/ディレクトリを作成して、ユーザから書き込めるようにパーミッションを設定してやるか。
僕はお手軽に、

$ sudo mkdir /var/lock
$ sudo chown <user> /var/lock

で済ませた。
ちなみに、Arduino Forumの記事にあるようなchmod 777はちょっとイヤだったので、オーナーを使用ユーザに変更するにとどめておいた。今のところ問題なく動いているようだ。

Arduinoをラジコンに仮配置

GPSやセンサをつないだArduinoを使って、ラジコンの自動制御をやってみよう！
というわけで、、、
諸々の機能（GPSやセンサのデータ取得、ラジコンのサーボ＆スピコン制御、LCD表示、XBeeでの通信無線化など）のArduino上での動作に目処がついたので、必要な部品をArduino Megaと2枚のボード上にまとめて、ラジコンに載せられるようにした。それぞれ単体での動作確認が済んだ段階で、まだボード間の配線はできていないが、実際に載せてみるとこんな感じ。

右側に見えているのがArduino Mega＋GPS受信機シールド。奥に見えているボードには、秋月のGPS受信機GT-720F、無線通信用のXBee、および、キャラクタLCDを、手前のボードには、3軸加速度センサ、2軸ジャイロ、および、デジタルコンパスを、それぞれまとめてある。他に、障害物検知用のセンサなども車体の前の方に載せていきたい。

さて、ボード間をつないで早く動かしたいが、自動制御はやっぱり相当難しそう。なので、まずは簡単なところから、Wiiリモコンでこのラジコンを制御できるようにしようと思っている。GPSやセンサで色々とデータを取ってみてから、自動制御に向けて何をすべきかじっくり考えることにした。

ちなみに、このラジコン、タミヤのグラベルハウンドという製品である。数年前、どうしても組立式のラジコンカーが欲しくなった時に、衝動買いした。少し遊んだだけで家の奥にしまいっぱなしにしていたので、今回、再び動かしてやれてよかった。

NewSoftSerialがArduino Megaで使えない

ソフトウェア的にシリアル通信を実現してくれるNewSoftSerial、高速通信時の動作も安定していてとても便利。なんだけど、、、Arduino Megaで使おうとしたらどうしても動かない。あれこれ試してみてもダメなので少し調べてみると、現時点での最新版（バージョン9）では、まだMegaがサポートされていないとのこと。

What’s next for NewSoftSerial? Well, there are a number of things being asked for:

• Arduino Mega support
• Signal inversion option
• RTS/CTS flow control option
• Configurability, i.e. “E, 7, 1″ style parity, data and stopbit configuration.

Direct Port I/O in NewSoftSerial 9 | Arduiniana

場合によってはMegaでもシリアルが足りなくなりそう。
次のバージョンアップを期待。

I2C LCD用ライブラリを作ってみた

「ビーコン菅原の組み込みがらみ | Arduinoで I2C LCD」を参考にして、ストロベリーリナックスのI2C低電圧キャラクタ液晶モジュール(16x2行)を動かしてみた。

ピン2本だけでLCDが制御できてしまうのは楽チンだ。
ついでにアイコンの表示制御機能も追加した上で、ライブラリ化してみた。
スケッチはとにかく簡潔にしたいのである...;-)

I2C LCD(ST7032i)用ライブラリ：NsLCD-0.1.zip

ちなみに、ライブラリを置く場所は、IDEのバージョンが0017なら、「Sketchbook location」直下の「libraries」（無ければ自分で作ればよい）、IDEのバージョンが0016以前なら、IDEインストール場所の「Arduino\hardware\libraries」。

NsLCDを使ったスケッチはこんな感じになる。

#include <Wire.h>
#include <NsLCD.h>

// NsLCD library for I2C LCD(ST7032i) sample sketch
// YKO[2009/09/21]

void setup()
{
  // initialize I2C LCD
  Wire.begin( 0 ); // I2C master mode
  NsLCD.init();
}

void loop()
{
  NsLCD.clear();

  NsLCD.moveCursor(0,0);
  NsLCD.print("cyclic landscape");

  NsLCD.moveCursor(0,1);
  NsLCD.print("          by YKO");

  NsLCD.displayAntennaIcon(true);
  NsLCD.displayTelIcon(true);
  NsLCD.displaySoundIcon(true);
  NsLCD.displayOutputIcon(true);
  NsLCD.displayUpDownIcon(true,true);
  NsLCD.displayKeyIcon(true);
  NsLCD.displayMuteIcon(true);
  NsLCD.displayBatteryIcon(true,3);
  NsLCD.displayNumIcon(true);

  delay(1000);

  NsLCD.home();
  for(int i=0;i<16;i++) NsLCD.write('@');

  NsLCD.displayAntennaIcon(false);
  NsLCD.displayTelIcon(false);
  NsLCD.displaySoundIcon(false);
  NsLCD.displayOutputIcon(false);
  NsLCD.displayUpDownIcon(false,false);
  NsLCD.displayKeyIcon(false);
  NsLCD.displayMuteIcon(false);
  NsLCD.displayBatteryIcon(true,0);
  NsLCD.displayNumIcon(false);

  delay(1000);
}

使い方のポイントは以下の通り。

• init()する前に、必ずI2Cライブラリの方でWire.begin(0)すること。


• init()では500msecほど、clear()では200msecほど、それぞれ待ち時間が発生する。


• moveCursor()でカーソルを動かして、print()で文字列、write()で文字、を表示。


• display??Icon()で各アイコンの表示状態を制御。

とりあえず問題無く動いてるみたい。

GPS受信機シールド用ライブラリを作ってみた

シルバーウィークのうちに、arduinoで少しまとめて遊びたい。
というわけで、先日入手したGPSシールド用のライブラリを書いて、動かしてみている。

ベースはgpsrobocarブログで公開されているテスト用スケッチ。
ライブラリ化してみたら、スケッチがすっきりして気持ちがいい。
せっかく作ったので、とりあえず公開しておく。

GPS受信機シールド用ライブラリ：NsGH81-0.1.zip

以下にNsGH81を使ったスケッチのサンプルを載せておく。
シリアルが一本しかないDuemilanoveなどで動くよう、NewSoftSerialを使っている。純正のSerialライブラリを使ってももちろん動くし、手持ちのMegaでも正常に動作した。また、GH-81用に作ったものだが、古野バイナリでデータをやり取りする他の機種（GH-80など）でも動くはず。確認はできないけど。

#include <NsGH81.h>
#include <NewSoftSerial.h>

// NsGH81 sample sketch
// YKO[2009/09/20]

// serial pin
#define SER_RX 2
#define SER_TX 3

// serial baud rate
#define BAUD_RATE_LOCAL 9600 // Serial
#define BAUD_RATE_GPS   9600 // NewSoftSerial

// GPS module's LED pins
#define GPS_LED1 9
#define GPS_LED2 8

// setup SoftwareSerial port
NewSoftSerial mySerial =  NewSoftSerial(SER_RX,SER_TX);

// buffer
char buff[50];

void setup()
{
  // initialize pin modes
  pinMode(SER_RX,INPUT);
  pinMode(SER_TX,OUTPUT);

  // initialize serial ports
  Serial.begin(BAUD_RATE_LOCAL);
  mySerial.begin(BAUD_RATE_GPS);

  // initialize GPS
  NsGH81.init(recieveLocation,recieveTime,GPS_LED1,GPS_LED2);
  NsGH81.setStartCmd(buff);
  mySerial.print(buff);
}

void loop()
{
  int d = mySerial.read();
  if( d>=0 ){
    NsGH81.update(d);
  }
}

void recieveLocation(NSGH81_LOCATION g)
{
  int alt_0 = int(floor(g.alt));
  int alt_1 = int(round((g.alt-alt_0)*10.0));
  sprintf(buff, "lat=%+03d-%02d-%02d.%03d, ", g.lat.deg, g.lat.min, g.lat.sec, g.lat.msec);
  Serial.print(buff);
  sprintf(buff, "lon=%+04d-%02d-%02d.%03d, ", g.lon.deg, g.lon.min, g.lon.sec, g.lon.msec);
  Serial.print(buff);
  sprintf(buff, "alt=%d.%01d[m], nsat=%d, status=%d", alt_0, alt_1, g.nsat, g.status );
  Serial.println(buff);
}

void recieveTime(NSGH81_TIME g)
{
  sprintf(buff, "(20%02d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d)", g.year, g.month, g.day, g.hour, g.min, g.sec);
  Serial.println(buff);
  Serial.println("-----");
}

ライブラリの使い方を整理すると以下の通り。

• setup()で...


• init()でコールバック関数とシールド上のLEDにつないだピン番号を設定


• setStartCmd()で測位動作設定用のコマンドを作成し、シリアルを使ってモジュールへ書き込み


• loop()で...


• シリアルからデータを1バイト読んで、読んだ1バイトのデータを引数にしてupdate()をコール、を延々繰り返し。ライブラリ内部で読み込んだデータはパースされ、パース結果（測位結果と時刻）が得られる度に、結果を引数にしてコールバック関数がコールされる。つまり、コールバック関数の中に所望の処理を書いておけばよい。

さて、GPSモジュールは無事つながった。何しよう...笑

GPS受信機シールド入手

GPSロボットカーコンテスト向けに無償配布されていたArduino用のGPS受信機シールド、首尾よく入手できた。

GPSモジュールは古野電気のGH-81だそうだ。赤い基板がかっこいい。
とりあえずArduinoにつないでみて、手持ちの秋月GT-720Fと性能などを比較してみるつもり。