組み込みとクラウドな話題: esp32

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ラズパイ日記...esp32(arduino)+mpu6050

# esp32で6軸センサー読み出し
  
esp32で6軸センサーを読み出し、値をグラフ表示して動作を確認します。

## 準備

ハード的な接続は、センサーが3.3V駆動できるので、3.3VとGNDの2線で電源供給します。I2C用にSDAとSCLのデータ線が必要ですが、esp32では基本IO21とIO22だそうです。
<div class="separator" style="clear: both;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhNlrbtQk8fDkjz7asT0Ixqtk84vy_2J26TMlxY2KveWUdhJ_artFd39GZ6hIKIU7YoNevT8j5VdEEoqLjr4tkLH54Jhd-PTsYiQR0UK3_NJBAaEEUiortJyFh7sVwUlwB5WqgtN77cs8GA/s1341/rps20210213_084616.jpg" style="display: block; padding: 1em 0; text-align: center; "><img alt="" border="0" width="320" data-original-height="1079" data-original-width="1341" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhNlrbtQk8fDkjz7asT0Ixqtk84vy_2J26TMlxY2KveWUdhJ_artFd39GZ6hIKIU7YoNevT8j5VdEEoqLjr4tkLH54Jhd-PTsYiQR0UK3_NJBAaEEUiortJyFh7sVwUlwB5WqgtN77cs8GA/s320/rps20210213_084616.jpg"/></a></div>
  
mpu6050を読み出すためのライブラリがGithubにあったのでcloneしました。

[mohamed-elsabagh/esp32-mpu6050](https://github.com/mohamed-elsabagh/esp32-mpu6050)

四苦八苦しましたがesp-idfでは、コンパイルできず。微妙に関数名が変わっていて、引数の数も変わった模様。これを修正するのは大変です。以下を参考にお気軽arduinoで試してみます。

[こじ研（ESP センシング編）](https://www.ei.tohoku.ac.jp/xkozima/lab/espTutorial2.html)

## esp32+arduino+VScode

arduinoIDEはarduinoにしか使えないので、VScode上に新しいworkspaceをarduinoで作成します。とりあえずrawデータを取り出すソースです。arduino的にはスケッチですね。VScodeを使って、buildとUSB経由書き込み問題なくできます。シリアルモニターも可能です。

```arduino
//
//  MPU6050 on ESP8266 -> esp32
//  SDA->IO21 SCL->IO22

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>

#define MPU6050_ADDR 0x68
#define MPU6050_AX  0x3B
#define MPU6050_AY  0x3D
#define MPU6050_AZ  0x3F
#define MPU6050_TP  0x41    //  data not used
#define MPU6050_GX  0x43
#define MPU6050_GY  0x45
#define MPU6050_GZ  0x47

short int AccX, AccY, AccZ;
short int Temp;
short int GyroX, GyroY, GyroZ;

void setup() {
  //  serial for debugging
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("*** started");
  //  i2c as a master
  Wire.begin();
  //  wake it up
  Wire.beginTransmission(MPU6050_ADDR);
  Wire.write(0x6B);
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
}

void loop() {
  //  send start address
  Wire.beginTransmission(MPU6050_ADDR);
  Wire.write(MPU6050_AX);
  Wire.endTransmission();  
  //  request 14bytes (int16 x 7)
  Wire.requestFrom(MPU6050_ADDR, 14);
  //  get 14bytes
  AccX = Wire.read() << 8;  AccX |= Wire.read();
  AccY = Wire.read() << 8;  AccY |= Wire.read();
  AccZ = Wire.read() << 8;  AccZ |= Wire.read();
  Temp = Wire.read() << 8;  Temp |= Wire.read();  //  (Temp-12421)/340.0 [degC]
  GyroX = Wire.read() << 8; GyroX |= Wire.read();
  GyroY = Wire.read() << 8; GyroY |= Wire.read();
  GyroZ = Wire.read() << 8; GyroZ |= Wire.read();
  //  debug monitor
  Serial.print("  "); Serial.print(AccX);
  Serial.print("  "); Serial.print(AccY);
  Serial.print("  "); Serial.print(AccZ);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroX);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroY);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroZ); 
  Serial.println("");
  delay(20);
}
```

シリアルモニターで出力を確認します。

```arduino
Executing task: C:\Users\kaji\.platformio\penv\Scripts\pio.exe device monitor <

--- Available filters and text transformations: colorize, debug, default, direct, esp32_exception_decoder, hexlify, log2file, nocontrol, printable, send_on_enter, time
--- More details at http://bit.ly/pio-monitor-filters
--- Miniterm on COM4  115200,8,N,1 ---
--- Quit: Ctrl+C | Menu: Ctrl+T | Help: Ctrl+T followed by Ctrl+H ---
ets Jun  8 2016 00:22:57

rst:0x1 (POWERON_RESET),boot:0x13 (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
configsip: 0, SPIWP:0xee
clk_drv:0x00,q_drv:0x00,d_drv:0x00,cs0_drv:0x00,hd_drv:0x00,wp_drv:0x00
mode:DIO, clock div:2   
load:0x3fff0018,len:4   
load:0x3fff001c,len:1044
load:0x40078000,len:8896
load:0x40080400,len:5828
entry 0x400806ac        
*** started
  972  636  15336  -178  -102  -18
  924  724  15404  -168  -127  -12
  968  716  15400  -181  -104  -8
  880  748  15352  -156  -107  24
  904  716  15396  -178  -103  2
  868  784  15248  -212  -114  -2
  884  700  15572  -195  -101  -2
  908  668  15480  -193  -104  -3
  800  764  15480  -202  -106  1
  868  768  15376  -185  -111  -12
  936  848  15528  -205  -82  1
  832  692  15488  -182  -102  27
  880  688  15476  -175  -105  -1
  828  704  15424  -197  -91  16
  860  844  15456  -186  -102  -3
  804  672  15444  -181  -104  -9
  1008  712  15392  -187  -98  -1
  896  744  15360  -187  -120  -3
  784  708  15460  -199  -96  -8
  872  676  15372  -180  -111  -4
  852  708  15492  -170  -92  14
  912  748  15464  -169  -97  -10
  996  668  15368  -182  -105  2
  860  720  15428  -180  -97  -2
  976  760  15284  -177  -100  20
  980  764  15396  -207  -98  -14
  900  748  15380  -193  -87  -6
  824  728  15428  -162  -89  7
  896  788  15460  -179  -95  9
  836  724  15484  -199  -125  -3
  844  680  15500  -205  -103  -4
  872  652  15212  -197  -88  11
  1012  812  15408  -212  -118  5
```

加速度x,y,zとジャイロx,y,zがの値がそれぞれ出力されています。arduinoIDEのシリアルプロッターでグラフにするとこんな感じです。センサーを動かすとそれなりに値が出力されているようです。
<div class="separator" style="clear: both;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiy0k-Pu10969VlIQh4Xl0FwnnN_H0ZrUdDA21PJ0Q0YO0iKcTWMReLxHitLv-puZ0DDAB5uAlc61NFpRRTWYk1EGGb-CDrY6bJN7ZEd2iaYav4Q4xdiKFeXM6w6ITRYGuLR2my1AlepW2q/s978/raw_plot.jpg" style="display: block; padding: 1em 0; text-align: center; "><img alt="" border="0" width="320" data-original-height="368" data-original-width="978" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiy0k-Pu10969VlIQh4Xl0FwnnN_H0ZrUdDA21PJ0Q0YO0iKcTWMReLxHitLv-puZ0DDAB5uAlc61NFpRRTWYk1EGGb-CDrY6bJN7ZEd2iaYav4Q4xdiKFeXM6w6ITRYGuLR2my1AlepW2q/s320/raw_plot.jpg"/></a></div>

出力がセンシティブに反応しているのでLPFで滑らかにします。

```arduino
float AccX_f = 0.0f, AccY_f = 0.0f, AccZ_f = 0.0f;
float GyroX_f = 0.0f, GyroY_f = 0.0f, GyroZ_f = 0.0f;

void loop() {
  //  send start address
  Wire.beginTransmission(MPU6050_ADDR);
  Wire.write(MPU6050_AX);
  Wire.endTransmission();  
  //  request 14bytes (int16 x 7)
  Wire.requestFrom(MPU6050_ADDR, 14);
  //  get 14bytes
  AccX = Wire.read() << 8;  AccX |= Wire.read();
  AccY = Wire.read() << 8;  AccY |= Wire.read();
  AccZ = Wire.read() << 8;  AccZ |= Wire.read();
  Temp = Wire.read() << 8;  Temp |= Wire.read();
  GyroX = Wire.read() << 8; GyroX |= Wire.read();
  GyroY = Wire.read() << 8; GyroY |= Wire.read();
  GyroZ = Wire.read() << 8; GyroZ |= Wire.read();
  //  filtering
  AccX_f = 0.9 * AccX_f + 0.1 * (AccX - ACC_X_OFS);
  AccY_f = 0.9 * AccY_f + 0.1 * (AccY - ACC_Y_OFS);
  AccZ_f = 0.9 * AccZ_f + 0.1 * (AccZ - ACC_Z_OFS);
  GyroX_f = 0.9 * GyroX_f + 0.1 * (GyroX - GYRO_X_OFS);
  GyroY_f = 0.9 * GyroY_f + 0.1 * (GyroY - GYRO_Y_OFS);
  GyroZ_f = 0.9 * GyroZ_f + 0.1 * (GyroZ - GYRO_Z_OFS);
  //  debug monitor
  Serial.print("  "); Serial.print(AccX_f, 5);
  Serial.print("  "); Serial.print(AccY_f, 5);
  Serial.print("  "); Serial.print(AccZ_f, 5);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroX_f, 5);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroY_f, 5);
  Serial.print("  "); Serial.print(GyroZ_f, 5); 
  Serial.println("");
  delay(20);
}
```

出力が滑らかになりました。
<div class="separator" style="clear: both;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiTZs-pgle3yl3UVEAfHrEFBbEH-zK8Pf3GQxsV91eNFB3B9q9ewCorhBySij4wGbbNZDRCQiDwxFFeXYwRmmYn4_3pO_-ol8tByQoFO7U390AekZsOmApuKlre781dj4OQJ9UopBLiLDPA/s978/filter_plot.jpg" style="display: block; padding: 1em 0; text-align: center; "><img alt="" border="0" width="320" data-original-height="368" data-original-width="978" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiTZs-pgle3yl3UVEAfHrEFBbEH-zK8Pf3GQxsV91eNFB3B9q9ewCorhBySij4wGbbNZDRCQiDwxFFeXYwRmmYn4_3pO_-ol8tByQoFO7U390AekZsOmApuKlre781dj4OQJ9UopBLiLDPA/s320/filter_plot.jpg"/></a></div>

## 今日のまとめ

6軸センサーmpu6050の値をesp32を用いて読み出しました。プラットフォームをesp-idfで頑張る予定でしたが、すんなり動くライブラリを見つけられませんでした。arduinoに変更すると問題なく読み出すことができました。

ラズパイ日記...35日目...倒立再始動

# 倒立再始動は、基盤化から

夏休み以降進んでいなかった倒立ですが、再始動します。
まずは、ブレッドボードで接触等不安定だったので基盤化します。
わざわざ図面書いて発注するほどでもないので、半田とラッピングで作成します。

材料は、片面基盤、pinヘッダー、ICソケット、オスメスヘッダー、2芯端子×２、3-1 SWです。
材料はいろいろと考えながら少しずつ購入しておきました。

## ラッピング配線のメリット

両面基盤で表裏それぞれに配線すれば、手間は少し減りますが、事後のデバッグを考えると
片面基盤で配線はどちらかにした方が経験的には間違え等が少ないと思います。

ラッピング配線すると部品も上から確認できるので、間違えは減ります。

## ブレッドボードから基盤へ

ブレッドボードは、試験や確認には手早く配線できて向いてますが、動きものには
向いてません。ちょっとしたショックで配線が外れたり、接触が悪くなったりします。
その度にいろいろと確認事項が増えます。

これまで確認のためにブレッドボード載せって配線してたのがこちら。
ESP32からモータードライバーへ行くラインが結構あります。

一枚の基盤に配置や向き、配線の取り回し方等を考えてざっくり配置しました。

6軸センサーも含めてこの一枚で収まりそうです。

## きょうのまとめ

倒立振子実現に向けてこれまで機能確認していたブレッドボードを基盤化するために
半田とラッピング配線で作業を進めました。

## 番外編(中華アンプの配線変更)

中華アンプとスピーカーは、これまで既存の配線で接続してましたが、ケーブルはスピーカー用に
端子もアンプ側はバナナプラグに交換しました。
<div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgc0sQWDpO-jEMx7JFagmFp-86LcTXW4H5LTlLd4L0wxubKpsUWA6uppZw7dmu7jH8QNs10E55VLr6ryz-5EEvA1t1pq6L3hRtNvDVZaoykZ40ikM1sieuxh1q4ETqA73gbJn3UKKO1yH_3/s1600/rps20200112_155320.jpg" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgc0sQWDpO-jEMx7JFagmFp-86LcTXW4H5LTlLd4L0wxubKpsUWA6uppZw7dmu7jH8QNs10E55VLr6ryz-5EEvA1t1pq6L3hRtNvDVZaoykZ40ikM1sieuxh1q4ETqA73gbJn3UKKO1yH_3/s320/rps20200112_155320.jpg" width="320" height="205" data-original-width="1348" data-original-height="864" /></a></div>

端子と配線はネジで接続するだけです。

ラズパイ日記...34日目...6軸センサーmpu6050

今回からmarkdown記法で記事を書いてます。しばらくは、表示がおかしい、見づらい等ありますが、お許しください。
徐々に改善したいと思います。

# mpu6050値を読み込む
esp32にI2C接続したセンサー等をC/C++で読めるようになってきました。
<div class="separator" style="clear: both; text-align: center;">
<a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgXNUkJmj7LNdBFI2tysi647V6xl67vU0JNDHBi8ABO2e9EMZ7DfZ9sClqWAE_o7GNYIP2IHHMH9JbdTFg0NfpsOGSW1WlTnwWXYidFhxH52uIJJoGJJxBdrxVOSypOcOqFDSCPyVlsBZJ_/s1600/rps20190914_142428.jpg" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgXNUkJmj7LNdBFI2tysi647V6xl67vU0JNDHBi8ABO2e9EMZ7DfZ9sClqWAE_o7GNYIP2IHHMH9JbdTFg0NfpsOGSW1WlTnwWXYidFhxH52uIJJoGJJxBdrxVOSypOcOqFDSCPyVlsBZJ_/s320/rps20190914_142428.jpg" width="320" height="157" data-original-width="1600" data-original-height="786" /></a></div>
<div class="separator" style="clear: both; text-align: center;">
<a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi1yooL49j0dExhRgS4zSVqz3YJhIoheYwP4jVWHAo_caVKER3GKSUu_uxMPg6d8gjJJoCZCzY8eOGgsNynKlPialoeJku2L1u92L1HuARCp2-WlGXTtYX_tE2its1004WuEzzoXxCc8d68/s1600/rps20190914_142456.jpg" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi1yooL49j0dExhRgS4zSVqz3YJhIoheYwP4jVWHAo_caVKER3GKSUu_uxMPg6d8gjJJoCZCzY8eOGgsNynKlPialoeJku2L1u92L1HuARCp2-WlGXTtYX_tE2its1004WuEzzoXxCc8d68/s320/rps20190914_142456.jpg" width="320" height="320" data-original-width="864" data-original-height="864" /></a></div>
やっと6軸センサーに取り掛かります。
サンプルもあり、すんなり行くかと思いましたが、いつものとおりそうは問屋がでした。
しかし、ようやく傾きやカルマンフィルターによる予測値も出力できました。
## 参考にしたページ
 https://github.com/imxieyi/esp32-i2c-mpu6050

## 途中で嵌ったポイント

### 配線関連

esp32にI2C接続します。これまでbme280やSSD1306を接続してます。さらにmpu6050を接続しました。
I2Cは、アドレス被らなければバス接続可能です。接続は何度も確認して間違いないのですが、mpu6050の
アドレスが見えません。センサー壊れているのか等いろいろと探りました。原因は、この配線。

<div class="separator" style="clear: both; text-align: center;">
<a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgiOKGXagPNMxFhNNN53zHV-dSamJP2udnf3XK_1O-MTAX50v5BFTgRIvPv1Gg4Ck_M2TeRa5qcseO9Y-5bTpBoHdVMhG0X3JQGED3DUTFMMP3VLVxZxsWrFXfXIRS17p024tuy6rzRp8Qa/s1600/rps20190914_142521.jpg" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgiOKGXagPNMxFhNNN53zHV-dSamJP2udnf3XK_1O-MTAX50v5BFTgRIvPv1Gg4Ck_M2TeRa5qcseO9Y-5bTpBoHdVMhG0X3JQGED3DUTFMMP3VLVxZxsWrFXfXIRS17p024tuy6rzRp8Qa/s320/rps20190914_142521.jpg" width="320" height="238" data-original-width="1426" data-original-height="1060" /></a></div>
見た目は何も異状ないのですが、内部で断線してます。テスターで追って発見しました。
結構疲れました。配線は接続する前に導通チェックが必要です。

### プログラム関連

#### 配列の大きさが足らない

gitでとってきたコードはC++です。とりあえずmakeしたら、ここで止まります。
```cpp
float MPU6050::getAccX() {
    uint8_t r[0]; /// ここのr[]の定義がおかしかった
    i2c -> slave_read(MPU6050_ADDR, ACCEL_XOUT_H, r, 2);
    short accx = r[0] << 8 | r[1];
    return (float)accx / AccAxis_Sensitive;
}
```
関数内で利用する配列定義している箇所ですが、配列の数が足りてませんでした。`r[0]`を`r[2]`へ修正します。
ここを修正したらmakeはできて、バイナリの書き込みまでOKとなりました。

#### stack overflow

バイナリーをesp32へ書き込むと今度はstack overflowでプログラムが止まってリセットを繰り返します。
WWWで関連事象を調べました。
```cpp
extern "C" void app_main()
{
    xTaskCreatePinnedToCore(&mpu6050_task,"mpu6050_task",2048+512,NULL,5,NULL,0);
}
```
taskを起動するところですが、2048がスタックの大きさだそうです。512加えると動き出しました。

理解して解決したら、「なーんだ」なのですが「なーんだ」の壁は高いですね。
プログラムはそんなに得意ではないので、結構時間がかかりました。

## mpu6050センサー値を表示

こんな感じで、6軸の値とピッチ、ロールとそれぞれカルマンフィルター処理した値が表示されました。

<div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgNeJBz8Cj90MXMsY8B2V_cQsVyPhbIZF1HJcyaGHxzPxUhMr9FVMEbpmiNHu9MCCRt7vDIjNBEmhACrvTaiMGk10XbzNTVTVbntE66mhhT0WJM9ShqqNvuZqjRT3-QqfmdbDJlmwyWTxJh/s1600/mpu6050_monitor.jpg" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgNeJBz8Cj90MXMsY8B2V_cQsVyPhbIZF1HJcyaGHxzPxUhMr9FVMEbpmiNHu9MCCRt7vDIjNBEmhACrvTaiMGk10XbzNTVTVbntE66mhhT0WJM9ShqqNvuZqjRT3-QqfmdbDJlmwyWTxJh/s320/mpu6050_monitor.jpg" width="320" height="166" data-original-width="691" data-original-height="358" /></a></div>
# 今日のまとめ
esp32に接続した6軸センサーmpu6050の値をC/C++で読み出す事ができました。

ラズパイ日記..32日目...esp-idf環境でBME280を読む

esp32のC/C++環境構築継続中です。

倒立ロボットの制御プログラムをmicropythonを作成したものの、動作の遅さで制御しきれませんでした。やはりC/C＋＋環境をと思い立って始めて見たものの、なかなか進みません。

今回は、

ちょっと時間はかかりましたが、今風の開発環境(Visual Studio code,
正確には高機能エディターらしいですが)を使うとだいぶ進展しました。C/C++で書いたプログラムを動かしてBME280センサーから値を取り出します。

esp32のC/C++開発はいろいろと嵌（はま）る

進まないポイントは、以下のような感じです。

esspressif社からもサンプル等は提供されているものの、そのままmakeしても途中で止まる
開発環境のesp-idfとgccベースのクロスコンパイラー、使用するライブラリーのバージョンの組み合わせで結構はまる
C言語なのでドライバーの書きっぷりがそれぞれでmake時に止まる。原因を探るとif,elseで{}が合致していない等初歩的な事も多い

といった感じです。動いてる環境でpkgされたものがあればいいのですが、先人は少ない感じです。

まずはI2Cで温度湿度センサーを読んでみようと2日ほど費やして、やっとのことでバイナリーを作成。esp32へ書き込みまでOKでようやく動くかなと思ったら。

こんな感じです。「error code:22」って何?　
micropythonならちまちまprint文入れて調べるの簡単なのですが、C/C++環境だと簡単にはいきません。

Win10＋debian(WSL版)にて開発環境、USB-serialにてesp32と接続可と環境はできたのですが、中身が進ません。

温度湿度センサーBME280を読み込む

micropythonで書くとちゃちゃっとできたのですが、C/C++だとそうはいきませんでした。いろいろと格闘した結果、C/C++環境でもセンサー値読めるようになりました。
原因は、I2C接続のPin番号の設定、I2Cアドレスの設定が違ってました。

ソースコードの行数をmicropythonと比較すると、以下のとおり20倍の差があります。関数やヘッダーファイルもっとダイエット可能ですが10倍ほどの差があると思われます。
結果出力は同じです。手間は、環境作ったり何度もコンパイルしたりとソースコードの行数差以上にC/C++は手間がかかります。
★micropython
bme280.py
206行
★C/C++
main.c+bme280.c+bme280h
188 + 2,231 + 1,714　= 4,133行

夏休み中は、debian上のemacsでソースコードと格闘してましたが、この定数は何とか結構大変でした。流行りのwin10＋VScode(Visual Studio code + PlatformIO)環境に移行すると、関数や予約語のカラー表示、定数定義にマウスポインター持っていくと今入ってる定数値が表示される等すこぶるコードの読みっぷりが改善しました。
ビルド→書き込み→シリアルモニターがそれぞれワンクリックでできるのもいい感じです。

makeして

flashして

flashして書き込み終わると同時にプログラムが動き出します。やっとセンサー値読めました。温度、湿度、気圧それぞれ問題なくそれなりの値で出力されてます。
夏休みで終わらず、時間かかりましたが少し進んだ感じです。

今日のまとめ

やっとのことで、esp32をesp-idf開発環境にてI2C接続された温度湿度センサーの値を読み出すことができました。

ラズパイ日記...29日目...pythonからC/C++環境へ

前回は、母艦PCをx64 win10にしてWSLなdebianをインストールしたところまででした。

今回は、

WSL debian上でesp32の開発環境esp-idfを構築して、Lチカの確認までいきたいところです。

参考にしたのは、以下のページです。
https://qwx.jp/esp-32-idf-on-linux-mint-ubuntu-vmware/
https://qwx.jp/esp32-esp-idf-hello-world-and-blink-on-linux/

ESP32開発環境としてdebianを使ってる人は皆無で先人も少ない感じです。見た目のいいUbuntuが主流なんですね。ベースは同じなのに。

10年前まではFreeBSD派でkernel panicで落ちるLinuxは馬鹿にしていたのですが、最近は使い勝手の良さに負けてdebian系を使ってます。ラズパイがdebian系なので他のに手を出すとコマンド覚えきれません。

参考ページのとおり設定していけば環境構築は可能です。途中でいろいろと足りないとエラーが出るので、その都度調べてapt-get installが必要です。

サンプルのhello worldとblink(俗にいうLチカ)のコンパイルとESP32への転送、動作確認まで確認できました。状況は動画で。

まずは、hello worldですが、実行バイナリーがESP32に転送されてhello world表示して10秒カウントダウン後再びhello world表示と見た目は地味な動作が続きます。動画ではわかりずらいかもです。

次にblinkは、実行バイナリーがESP32へ転送されるとLEDがon/offします。

今回のまとめ

前回設定したWSLによるdebianにて動作するESP32開発環境のesp-idfを構築した。
また、サンプルプログラム2つ(hello world, blink)の動作を確認した。

ラズパイ日記...20日目..DCモータコントロール

倒立振子実現のために、事前確認です。

DCモーターコントローラは、東芝製のTA7921Pを使用してます。
こちらに詳しく説明とサンプルがあります。
https://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/81.html

回転方向の制御に2線、回転速度の制御に1線を使用します。
ESP32側は、回転方向制御に1,0をそれぞれ出力してあげれば問題ありません。
回転制御は、アナログ出力はないのでPWM出力をアナログ出力とみなして制御します。
周波数は、500Hzから1kHzがいいようです。
デューティー比を0(0%)～1023(100%)まで変化させると擬似的にアナログ出力となります。
デューティー比は、0→1→10→100→500→1000と変化させた時のモータの動きです。

デューティ比0,1,10ではモーターは動きません。 PWM信号にLEDをつけてます。段々明るくなっている状況がわかると思います。

もう1個のモーターも配線を半田付けして、モーターコントローラと配線します。

反対側を見ながらコピーすればいいので簡単です。プログラムを反対側分も作成し、いざテスト。
うーん、新しく配線したモーターは、うんともすんとも動きません。反対側は問題なく回ってます。
再度、配線を見直しても間違ってません。
配線触ってると、モーター動き出しました。原因はここ。

モーターコントローラーのVCC線の剥き方が気持ち短くて、ブレッドボードと微妙に接触不良です。長めに剥いて配線しなおすと、左右同じように動くようになりました。

これで、左右のモータが動くようになりました。将来的な拡張を考えて左右個別にコントロール出来るようにしてあります。

あとは、これまでのセンサー読み出し、モーター駆動等の個別コードをまとめて、倒立できるようにプログラムの作成です。
基板に取り付けて、ようやく倒立実験です。GW中は楽しめそうです。

ラズパイ日記...19日目...9軸センサ(その3)

倒立振子のためにESP32をもう1個買いました。

あわせて片側6穴のブレッドボードも購入です。これで両側に配線が可能です。

左が新規購入した6穴、右がこれまで使ってた5穴です。5穴だとESP32の横幅が収まらずどちらかサイドのピンが使えなくなります。

あとは、ArduinoIDEの新しいのは、シリアルデータをグラフにしてくれる機能があるようで、1.6.4から1.8.9にアップデートしました。

シリアルプロット試してみました。シリアルモニターからコマンド打って、シリアルにCSVデータが出力する状態でシリアルモニターをクローズして、シリアルプロットを立ち上げます。シリアルモニタとシリアルプロットは同時オープンできません。データ毎に色を変えてグラフにしてくれました。
加速度のx,y,z、ジャイロのx,y,xの6軸の状況です。センサをｘ方向とかｙ方向とか動かすと、それなりに反映されている感じです。

新規購入したESP32にもmicropythonを入れて、センサーを移し変えて配線をし直します。pythonコードもそのままコピーしてやれやれと思ったら、センサ情報が出力されず、謎のエラーがでます。いろいろと確認したらI2CのSDA、SCLが逆になってました。
確認したつもりが、見直すと誤配線。配線は、少し間を置いて気分をリフレッシュしながら何度も要確認です。

モーター回路にも接続してモーター回ることを確認します。こちらは問題ありませんでした。

ということで、9軸センサとDCモータードライバーの配線は新しいESP32へ引越し終わりました。

センサーは、1方向の加速度とジャイロしか使わないので、x軸のみ加速度とジャイロ出力をグラフに出力して見てみます。

傾きが青線、加速度が赤線です。傾きにあわせて青線が動きます。早く動かすと赤線が上昇し、ゆっくり動かすと加速度は動きません。赤線は、微妙にオフセットされているので、これも補正しないとですね。
あとは、動かさなくても値が微妙に変化するので、感度を調整するか、制御ソフトで取捨選択するか考えないといけません。

ラズパイ日記...18日目...倒立振子始動

モーター系のお勉強ということで、倒立振子作ってみます。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%80%92%E7%AB%8B%E6%8C%AF%E5%AD%90

DCモーターを9軸センサーの2軸を使って制御します。
水曜日ポチッておいたのが届きました。

タミヤのダブルギヤセット（モーター2個付）や基板にタイヤ、
DCモーターの制御はTA7291Pで行います。

モーターの電源はエネループ（単3）×3がよろしいようです。エネループの単3は1本約1.2Vの出力です。モーター入力定格がMax3V、コントローラーの損失が約2Vあります。
エネループ1.2V×3→3.6Vでコントローラ損失が2Vということで、モーターは1.6V駆動となります。トルクが足りないときは、エネループ1本追加です。

先人の知恵としてこの辺のページが参考になります。
TA7921pの説明はこちら。
https://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/mame/81.html
半日でつくる倒立振子というナイスな先人もいます。
https://www.instructables.com/id/%E5%8D%8A%E6%97%A5%E3%81%A7%E4%BD%9C%E3%82%8B%E5%80%92%E7%AB%8B%E6%8C%AF%E5%AD%90/

倒立振子の運動方程式とか状態方程式は、ググルと沢山出てきます。
制御工学実装の基本のようで、いろいろな制御方法があります。

まずは、モーター単体を回転させるべく、配線等を行います。
ESP32からは、3本必要です。
IO2　　　PWM出力　モータ速度コントロール
IO22 　　0,1出力（正転、逆転、ブレーキ）
IO23　　 0,1出力（正転、逆転、ブレーキ）

全体はこんな感じです。ESP32はもう1個買って専用にしないとだめですね。

DCモーターコントローラは、こんな感じです。配線はまだ片側だけです。

写真下側電源ラインにESP32からの５V（赤線）を、上側の電源ラインに電池からの線（オレンジ線）を接続して、電源を分離してます。GNDは共通です。

とりあえず勢いよくモーターが回ることを確認しました。
早すぎてわからないので、ギヤボックスを入れます。ギヤ比は114.7:1を選択しました。

正回転と逆回転を３回繰り返します。

とりあえず、今週はこの辺までにしておきます。

ラズパイ日記...17日目...9軸センサー(その2)

9軸センサーの続きです。
前回積み残しの地磁気センサ値をESP32へ読み込みます。
BMM050.pyというライブラリを読み込んで、I2Cアドレス0x19へアクセスすると読み出してくれます。

これで9軸読み出せることは確認できました。

センサー情報をWindowsの画面にリアルタイムでグラフ化してくれそうなソフトがありました。無料で使えそうです。
シリアルから送られてくるcsvテキストをグラフに書いてくれるようです。
http://www.lapis-semi.com/lazurite-jp/lazurite/1499.html

このソフトにあわせるように出力を整形します。

各行の最初に「STX」、終わりに「ETX」をつけるそうです。シリアルモニターで出力を確認してます。とりあえず加速度の3軸のみです。

lazuriteGraphというので読み込みます。画面設定はこんな感じです。

COMポートには先ほどの値が出力され続けているので、グラフをみると

なぜか書いてくれません。うーん、とりあえずこのままで、またの機会に考えます。
何事もうまくいくとは限りません。

2年目のラズパイ...16日目...9軸センサー

師匠に触発されて、9軸センサー購入しました。

動き系のセンサーは、どんなものか調べてみるのと、動力系と合わせて倒立振子をつくってみようと思ってます。
どんなものかは、Youtubeに沢山出てます。

センサー情報を元にモーターを制御するのはいろいろと難しい感じですが、結構サンプルもあるのでなんとかなりそうな感じです。目に見えて動くものはわかりやすいのでお勉強にはよろしいかと。

購入したのはBOSCH社BMX055です。めちゃくちゃ小さいです。3つ並んだ真ん中のチップに3つのセンサーが入ってます。他は電源レギュレータと信号線のレベル変換器です。

I2Cのアドレスや駆動電圧により、ジャンパーが必要です。
JP1,JP2,JP3はすべてオープンのため、I2Cアドレスは以下のとおりです。

加速度	0x19
ジャイロ	0x69
磁気	0x13

JP6オープン,J7ショート,J8オープンとして、電源は3.3V,信号レベルは3.3Vに設定しました。J7は基盤の裏面を半田でジャンパーします。写真わかりにくいですがAEの右上を半田でジャンパーしてます。

ESP32基盤はこんな感じでいろいろと乗っかってます。

動作確認はmicropythonで実施します。先人の知恵をGithubで見つけました。すんなりいくかと思えばそうはいかずです。Pybordで動いたコードのようで、ちょっと修正が必要です。センサーは、I2Cアドレス3つでそれぞれ読み出さないといけないので、加速度、ジャイロ、地磁気センサーそれぞれを１つのデバイスに入れた感じです。コードもそのようになっていて、センサー毎にライブラリになってました。
こちらを参考に
https://github.com/micropython-IMU/micropython-bmx055
bma2x2.py→加速度センサ
bmg160.py→ジャイロセンサ
bmm050.py→地磁気センサ
それぞれがライブラリになっていて、importで読み込む必要があります。

今日のところは、加速度とジャイロまで読み取れるところまで出来ました。
uPyCraftの画面キャプチャーです。下の黄色枠に加速度の3軸(x,y,z)、ジャイロの3軸(x,y,z)計6個の値を0.5秒毎にESP32が読み取って表示しています。

地磁気は次回に。この値だけではよくわからないので、時間変化とともにわかるように可視化も必要です。センサー動かさなくても値が微妙に変わっているので、感度の調整や値の補正も必要なのかもです。
シリアルにセンサー情報をprintするためのpythonコードです。いろいろといらない部分もありますが。

2年目のラズパイ15日目...ESP32+BME280

引き続きESP32です。BOSCH製の温湿度・気圧センサーBME280を接続し、値を読み込み、先週のOLEDに表示するまでを頑張ります。

BME280は、秋月で買うと1,080円です。海外通販だと2-300円だそうです。送られてくるまで日数はかかるそうですが。上位機種のBME680というのもあり、３項目に加えて空気中のガス濃度を測定してくれます。

BME280は、ラズパイに接続しAmbientのクラウドに値を15分毎に送るのに使ってます。linuxでの設定は結構簡単だった記憶です。

BME280のドライバーは先人の知恵をいただきます。
https://github.com/catdog2/mpy_bme280_esp8266/blob/master/bme280.py

参考ページは、この辺で
https://qiita.com/tshimizu8/items/e64e1af656b3b00a92d9

I2C接続のマスターはESP32なのでスレーブ側のセンサー等はバス接続でSCLとSDAの２線を共通にどんどん接続することが出来ます。
ただし、I2C アドレスが競合するとよくないので、その辺はそれぞれのデバイスのデーターシートをよく確認する必要があります。
BM280の接続は、以下のとおりです。
1pin VDD
2pin GND
3pin CSB→VDD　チップセレクトとありますが、I2Cは関係ないそうです。
4pin SDA
5pin SDO→GND　I2C ADDR 0x76になります
6pin SCL

いきなり成果写真になってますが、BME280はOLEDの隣に設置し、SDAとSCLをOLED経由でバス接続で延ばして接続します。

OLED にセンサーから読み取った温度、湿度、気圧が30秒更新され表示されてます。

母艦PCのuPyCraftの通信状況部分にも確認のためprint文で表示させ、OLEDの表示とあってるか確認しました。モニター画面反射してますがすいません。

OLEDの日本語化とか最新データのグラフ化とか使い方はまだまだあります。
pythonコードは、以下のとおりです。

2年目のラズパイ...14日目...ESP32+OLED

ESP32続きます。

今日は仕事帰りに買ってきた大きなブレッドボードに ESP32を引越しして、
OLED（SSD1306）の表示を頑張ります。

OLEDとは、Organic Light Emitting Diodeの略称で、日本語で言うと有機ELダイオードでしょうか。最近は、テレビなどにも使われています。数年前までは、大きさとか寿命とか製造コスト等いろいろと問題ありでしたが、ようやく製品に採用されています。
液晶に比べて発色が綺麗とかバックライトがいらない等メリットは多いようです。

ちなみに購入したOLEDは、580円でした。

まずはブレッドボードの引越しです。センサーやOLED等配線すると狭くなってきたので。
こちらから

こちらへ

これで、接続して配線できるエリアが広がりました。もう２列くらい幅があるといいのですが。

次にOLEDです。参考にしたページはこちら。
https://qiita.com/inachi/items/ceb3e8e12022a7cbdf7b

接続は配線少ないI2Cで行います。
VCC,GNDとSCL→IO4,SDA→IO5へ接続します。VCCは、3.3Vで大丈夫なようです。データシートには、Logic3.3V-5V、表示部7V-15Vとありましたが。

pythonのライブラリーは、先人の知恵を拝借します。
https://github.com/micropython/micropython/blob/master/drivers/display/ssd1306.py

これで準備完了です。uPyCraftでまずはライブラリーをアップロードします。

①で状況確認できます。②の領域でファイルの中身の確認、③はシリアルコンソールでここからコマンドも入力できます。④でファイルアップロードと実行がワンクリックです。
Teratermでコマンドたたくと結構大変ですが、この統合環境は優れものです。中華ものですが。

まずは、英数字の表示です。結構簡単です。参考ページのコードをそのままたたくと表示されました。日本語は、フォントを入れると表示できるそうですが、そこはまた次回ということで。

サンプルの3D CUBEは、サンプルコードそのままで問題なく動きました。

2年目のラズパイ...13日目...ESP32でLチカ

ESP32ですが、micropythonが動くように環境整備が終りました。

手始めに基本のLチカです。

ブレッドボードのGNDとESP32のGNDを青線で接続し、ESP32の
IO02とGND間に抵抗入りLEDを接続します。
これでIO02の出力を変化させると、LEDが着いたり消えたりするはずです。

pythonコードはこちら。
しかし、LEDがうんともすんとも光りません。

pythonコードとIOピンの番号が違うのかとdatasheetを見直したり、WWWを調べたりといきなりつまずいてます。「故障探求は下位レイヤーから」が基本です。
わかってしまえばなんだなのですが、青線でESP32とブレッドボードのGNDラインを接続しているのですが、ブレッドボード側が接触悪く、皮膜を剥き直して指し直すと問題なくLEDは点滅しました。
動画はこんな感じです。

引き続き、PWMでもわっと光らせてみます。
コードは、こちら。
こちらの動画はこんな感じです。ちょっと周期が早くてわかりづらいですが。

母艦PCとESP32間は、USBケーブルで接続します。ソフトは、TeraTerｍでチコチココマンドたたくのもいいのですが、uPyCraftというのを使うとESP32へのファイル転送やpythonコードの実行を簡単に行えます。

2年目のラズパイ...12日目...ESP32始動

秋月で買ったものの長らく手付かずだったESP32ですが、始動します。

確か1,500円くらいだった記憶です。こちらです。
「ESP32」「micropython」というキーワードで先人の知恵を探します。
とりあえず、この辺が参考になるかと
http://www.zikko.net/micom/?p=152

ESP32のFlashを書き換えるツール
https://www.espressif.com/en/support/download/other-tools?keys=&field_type_tid%5B%5D=13

その前にCP210xというUSB-Serial変換するドライバーが必要だそうです。
https://www.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers　

ドライバー入れるとCOM7にて認識されました。
上記のFlash書き換えツールでバイナリーを書き換えます。

一番下の緑のバーが左から右へ進んで書き込み状況を表してます。
1分くらいかかります。書き込みは0x1000からと、おまじないがあります。

USBケーブルを再接続してリセットしてから、TeraTermでCOM7をたたいてみると

micropythonのターミナルが表示されており、環境はインストール完了です。
毎回シリアルでプログラムを書き込むのが面倒なので、便利なツールがあるようです。
「uPyCraft」というのが、Win,mac,unix用それぞれあります。

秋月で売ってるDEvkitCのpin配置はこちら。

とりあえずESP32のmicropython環境は、整いました。中身は次回からと言うことで

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