ESP32 (4) mini-Oscilloscope

Arduino UNOと同じmini-Oscilloscope を作って見た。

表示の正確性はまた検証が必要だけど

ソースコードはほぼ一緒

/*
This is set up to use a 128x64 I2C screen, as available
here: http://www.banggood.com/buy/0-96-oled.html
For wiring details see http://youtu.be/XHDNXXhg3Hg
*/

#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

#if (SSD1306_LCDHEIGHT != 64)
//  error("Height incorrect, please fix Adafruit_SSD1306.h!");
#endif

/********************************************/

#define CHARWIDTH           5
#define CHARHEIGHT          8
#define AXISWIDTH           (2 + 1)                   // axis will show two-pixel wide graph ticks, then an empty column
#define VISIBLEVALUEPIXELS  (128 - AXISWIDTH)         // the number of samples visible on screen
#define NUMVALUES           (2 * VISIBLEVALUEPIXELS)  // the total number of samples (take twice as many as visible, to help find trigger point

#define TRIGGER_ENABLE_PIN       2  // set this pin high to enable trigger
#define SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN 3  // set this pin high to freeze screen

byte values[NUMVALUES];           // stores read analog values mapped to 0-63
int pos = 0;                      // the next position in the value array to read
int count = 0;                    // the total number of times through the loop
unsigned long readStartTime = 0;  // time when the current sampling started
int sampleRate = 1;              // A value of 1 will sample every time through the loop, 5 will sample every fifth time etc.

const int voutPin = 2;
const int VOLT = 3.3; // 3.3Vを電源とした場合
const int ANALOG_MAX = 4096; // ESP32の場合


/********************************************/

// Draws a printf style string at the current cursor position
void displayln(const char* format, ...)
{
  char buffer[32];
  
  va_list args;
  va_start(args, format);
  vsprintf(buffer, format, args);
  va_end(args);
  
  int len = strlen(buffer);
  for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
    display.write(buffer[i]);
  }
}

// Draws the graph ticks for the vertical axis
void drawAxis()
{  
  // graph ticks
  for (int x = 0; x < 2; x++) {
    display.drawPixel(x,  0, WHITE);
    display.drawPixel(x, 13, WHITE);
    display.drawPixel(x, 26, WHITE);
    display.drawPixel(x, 38, WHITE);
    display.drawPixel(x, 50, WHITE);
    display.drawPixel(x, 63, WHITE);  
  }
}

// Draws the sampled values
void drawValues()
{
  int start = 0;
  
  if ( digitalRead(TRIGGER_ENABLE_PIN) ) {
    // Find the first occurence of zero
    for (int i = 0; i < NUMVALUES; i++) {
      if ( values[i] == 0 ) {
        // Now find the next value that is not zero
        for (; i < NUMVALUES; i++) {
          if ( values[i] != 0 ) {
            start = i;
            break;
          }
        }
        break;
      }
    }    
    // If the trigger point is not within half of our values, we will 
    // not have enough sample points to show the wave correctly
    if ( start >= VISIBLEVALUEPIXELS )
      return;
  }
  
  for (int i = 0; i < VISIBLEVALUEPIXELS; i++) {
    display.drawPixel(i + AXISWIDTH, 63 - (values[i + start]), WHITE);
  }
}

// Shows the time taken to sample the values shown on screen
void drawFrameTime(unsigned long us)
{
  display.setCursor(9 * CHARWIDTH, 7 * CHARHEIGHT - 2); // almost at bottom, approximately centered
  displayln("%ld us", us);
}

/********************************************/

void setup() {

  // Set up the display
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // Initialize with the I2C addr 0x3D (for the 128x64)
  // Clear the buffer.
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);

  pinMode(TRIGGER_ENABLE_PIN, INPUT);
  pinMode(SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN, INPUT);
}

/********************************************/

void loop() {
  
  // If a sampling run is about to start, record the start time
  if ( pos == 0 )
    readStartTime = micros();
  
  // If this iteration is one we want a sample for, take the sample
  if ( (++count) % sampleRate == 0 )
    values[pos++] = analogRead(voutPin) >> 6; // shifting right by 4 efficiently maps 0-1023 range to 0-63

  // If we have filled the sample buffer, display the results on screen
  if ( pos >= NUMVALUES ) {
    // Measure how long the run took
    unsigned long totalSampleTime = (micros() - readStartTime) / 2;     // Divide by 2 because we are taking twice as many samples as are shown on the screen
 
//    if ( !digitalRead(SCREEN_UPDATE_ENABLE_PIN) ) {
      // Display the data on screen   
      display.clearDisplay();
      drawAxis();
      drawValues();
      drawFrameTime(totalSampleTime);
      display.display();
//    }
       
    // Reset values for the next sampling run
    pos = 0;
    count = 0;
  }
}

 

 

Digispark (3) Timer

Timerの仕組み

TM1637で残り時間の表示。

結線

  • GND—GND
  • VCC— VCC
  • CLK — D2
  • DIO — D1

コード

コードは参考1から利用

#define CLK 2
#define DIO 1

参考

  1. https://www.electroschematics.com/13138/matchbox-sized-digital-timer/

 

Digispark (2) NeoPixel

NeoPixelとは

WS2812 LED stripだ

結線

電源の他に、DataはP0につなぐ。

コード

コードは参考1から利用

https://github.com/smartynov/iotfun/tree/master/arduino/deco_lights

WS2812は8個内蔵だから、下記のように変更する

#define PIN 0
#define NUMPIXELS 8

また64個内蔵の場合、BRIGHTNESS を弱めて、下記のように変更する。

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

// set to pin connected to data input of WS8212 (NeoPixel) strip
#define PIN         0

// any pin with analog input (used to initialize random number generator)
#define RNDPIN      2

// number of LEDs (NeoPixels) in your strip
// (please note that you need 3 bytes of RAM available for each pixel)
#define NUMPIXELS   64

// max LED brightness (1 to 255) – start with low values!
// (please note that high brightness requires a LOT of power)
#define BRIGHTNESS  32

// increase to get narrow spots, decrease to get wider spots
#define FOCUS       65

// decrease to speed up, increase to slow down (it's not a delay actually)
#define DELAY       4000

// set to 1 to display FPS rate
#define DEBUG       0


Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

// we have 3 color spots (reg, green, blue) oscillating along the strip with different speeds
float spdr, spdg, spdb;
float offset;

#if DEBUG
// track fps rate
long nextms = 0;
int pfps = 0, fps = 0;
#endif

// the real exponent function is too slow, so I created an approximation (only for x < 0)
float myexp(float x) {
  return (1.0/(1.0-(0.634-1.344*x)*x));
}


void setup() {
  // initialize pseudo-random number generator with some random value
  randomSeed(analogRead(RNDPIN));

  // assign random speed to each spot
  spdr = 1.0 + random(200) / 100.0;
  spdg = 1.0 + random(200) / 100.0;
  spdb = 1.0 + random(200) / 100.0;

  // set random offset so spots start in random locations
  offset = random(10000) / 100.0;

  // initialize LED strip
  strip.begin();
  strip.show();
}

void loop() {
  // use real time to recalculate position of each color spot
  long ms = millis();
  // scale time to float value
  float m = offset + (float)ms/DELAY;
  // add some non-linearity
  m = m - 42.5*cos(m/552.0) - 6.5*cos(m/142.0);

  // recalculate position of each spot (measured on a scale of 0 to 1)
  float posr = 0.5 + 0.55*sin(m*spdr);
  float posg = 0.5 + 0.55*sin(m*spdg);
  float posb = 0.5 + 0.55*sin(m*spdb);

  // now iterate over each pixel and calculate it's color
  for (int i=0; i<NUMPIXELS; i++) {
    // pixel position on a scale from 0.0 to 1.0
    float ppos = (float)i / NUMPIXELS;
 
    // distance from this pixel to the center of each color spot
    float dr = ppos-posr;
    float dg = ppos-posg;
    float db = ppos-posb;
 
    // set each color component from 0 to max BRIGHTNESS, according to Gaussian distribution
    strip.setPixelColor(i,
      constrain(BRIGHTNESS*myexp(-FOCUS*dr*dr),0,BRIGHTNESS),
      constrain(BRIGHTNESS*myexp(-FOCUS*dg*dg),0,BRIGHTNESS),
      constrain(BRIGHTNESS*myexp(-FOCUS*db*db),0,BRIGHTNESS)
      );
  }

#if DEBUG
  // keep track of FPS rate
  fps++;
  if (ms>nextms) {
    // 1 second passed – reset counter
    nextms = ms + 1000;
    pfps = fps;
    fps = 0;
  }
  // show FPS rate by setting one pixel to white
  strip.setPixelColor(pfps,BRIGHTNESS,BRIGHTNESS,BRIGHTNESS);
#endif

  // send data to LED strip
  strip.show();
}

 

参考

  1. https://www.instructables.com/id/USB-NeoPixel-Deco-Lights-via-Digispark-ATtiny85/

Digispark (1) Blink

Digisparkとは


アメリカ Digistump LCCの製品。
AVRマイクロコントローラーAtmel Attiny85を搭載しており、小さいながらもArduino IDE(開発環境)を使用し、プログラミングを行うことができる。

 

 

開発環境

Arduinoソフトウェアをインストール

Arduinoのソフトウェアをダウンロード(Ver.1.6.6)して、インストールする。

ボードパッケージをインストール

Digisparkのボードパッケージ(Digistump AVR Board)をインストール。

http://digistump.com/package_digistump_index.json

Digistump AVR Boards by Digistumpというのがあるのでそこをクリックしてインストール。

Window10

Windows10の場合、ボードパッケージをインストールと次のように警告メッセージが出る。

警告:信頼されていないコントリビューションです。スクリプトの実行をスキップしています(C:\Users\%USERNAME%\Documents\ArduinoData\packages\digistump\tools\micronucleus\2.0a4\post_install.bat)

このパスをコピーし、手動でインストールした。

Windows7

Digisparkのドライバー(micronucleus-2.0a4-win.zip)をダウンロードして、インストールする必要。

Lチカ コード

Blink点滅

// the setup routine runs once when you press reset:
bool led_stat = false;

void setup(){
  pinMode(0, true);
  pinMode(1, true);
}

void loop(){
  digitalWrite(0, led_stat);
  digitalWrite(1, !led_stat);
  led_stat = !led_stat;
  delay(500);
}

Fade効果

void setup(){
}

void loop(){
  for(char i = 0; i < 26; i++){
    analogWrite(0, i*10);
    analogWrite(1, i*10);
    delay(20);
  }
  for(char i = 25; i > 0; i--){
    analogWrite(0, i*10);
    analogWrite(1, i*10);
    delay(20);
  }
}

 

マイコンボード:から、Digispark (Default – 16.5mhz) を選択。

書き込み手順:
– 検証でcode自体が通るものであることを確認しておく
– hardwareを抜いた状態で待機
– マイコンボードに書き込むボタンを押す
– 最大60秒のhardware認識待ち状態になる
– hardwareを差す
– 書き込みができる
– 完了!!

 

参考

  1. https://www.elefine.jp/digispark/index.html

NodeMcu (4) ADS1115 & OLED

経緯

アナログ信号を取り込み、TinyWebDBへ送るプログラムを作る予定。サンプリングレートは秒に100回。

WeMos miniは使いやすいから愛用しているが、2月から、WeMos miniの開発中も頻繁にリブートしています。デバイストライバのバージョンを変えたり、OSを変えたりしても改善しない。結局原因がわからず、仕方なく開発中書き込み直前にUSBケーブル接続、書き込み終わったらすぐUSBケーブ抜く方法で運がよければリブート回避する状態が続て、悩んでいます。

DS1115プログラムを作るため、安定したNodeMcuできることならこちらで凌ぎ。

DS1115とは

DS1115 は、16-Bit ADC – 4 Channel with Programmable Gain Amplifier
特徴:広い電源電圧範囲:2.0V ~ 5.5V。低消費電流: 連続モード:150μA。
_ プログラマブルゲインアンプ内蔵。プログラミング可能なコンパレータ。
_ 4本のシングルエンド入力。2本の差動入力。I2Cインターフェイス。
_ 最小±256mVから電源電圧までの入力範囲に対応。

ライブラリーでは コマンド送信し 8msec 後に データーの読み込みを行う、サンプリングレートは秒に100回するため、Adafruit_ADS1X15/Adafruit_ADS1015.hのADS1115_CONVERSIONDELAYを8から9に変更する。

結線

普通のI2Cでつなぐだけ。

スケッチ

最初のプログラムは、アナログ読む度に表示してるが、表示できるのは秒に十回未満。そしてOLEDには、1秒間読み取れたデータの個数と、最新のアナログ値を表示すると変更して110回程度読み込みできるようになり。

ADS1115_CONVERSIONDELAYを8から9に変更して、表示の通り、秒に101回って、概ね要求に満たした。

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>               // ADS1015,1115
Adafruit_ADS1115 ads(0x48);                 // 16-bit version
#include <Adafruit_GFX.h>                   // OLED
#include <Adafruit_SSD1306.h>           // OLED 
Adafruit_SSD1306 display(0);                // OLED Reset
 
void setup(void) {
  //Serial.begin(115200);
//  Wire.begin(4,5);                          // OLED:SDA,SCL
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC,0x3c); // I2C ADDRESS=3c
  display.clearDisplay();                   // Clear the buffer
  display.setTextSize(2);                   // font size 4
  display.setTextColor(WHITE);              //
  display.setCursor(0,0);                   //
  ads.setGain(GAIN_TWOTHIRDS);              // 2/3x gain +/-6.144V
  ads.begin();                              // 1 bit=0.1875mV
}
 
void loop(void) {
  int i=0;
  float v0;
  // // Count and Store data during 1,000 msec
  for(int time = millis(); millis()-time < 1000; i++) {
    v0 = (ads.readADC_SingleEnded(0) * 0.1875/1000); // A0 Read
  }
  display.clearDisplay(); 
  display.setCursor(0,0);
  display.print(i);
  display.setCursor(0,16);
  display.println(v0,3);
  display.display(); 
}

 

参考

  1. https://macsbug.wordpress.com/2016/02/04/i2c-adc-ads1115-in-esp8266/

ESP32 (3) analogRead

目的

12bit A/Dは複数内蔵するので、活用したい。

スケッチはArduino Unoと同じような記述でできる。ただし読み取り値は0〜1023ではなく0〜4096で、入力電圧の範囲は0〜3.3Vのようだ。

結線

 

スケッチ

const int voutPin = 2;
const int VOLT = 3.3; // 3.3Vを電源とした場合
const int ANALOG_MAX = 4096; // ESP32の場合

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // R1の電圧を取得
  int reading = analogRead(voutPin);

  // AD値をmVに変換
  float voltage = ((long)reading * VOLT * 1000) / ANALOG_MAX;

  Serial.print(voltage);
  Serial.println(" mV, ");
  
  delay(1000);
}

シリアルモニタを立ち上げると1秒ごとに読み取った値が表示。

結果

電池の電圧を測ると、概ねに正常範囲の値出るが、値は常に変化するので、どうして?

AnaRead.png

参考

  1. http://rikoubou.hatenablog.com/entry/2017/06/29/135819 — 【ESP32】analogReadする方法

ESP32 (1) Setup & Blink

 ESP32とは

ESP32は低コスト、低消費電力のSoCコントローラー。最大な特徴は何と言ってもWifiとBluetoothが内蔵していること。

対象デバイス

このシリーズに対象となるデバイス

「WeMos D1 R32」

Arduino Uno R3 コンパチブルタイプ。類似のボードで、ESPDUINO-32 というものがある。ARDUINO IDEはボード設定はボードマネージャーに用意されていた「ESP32 Dev Module」でストレートに使用。

「DOIT ESP32 DEVKIT V1」

このボードは、普通のブレッドボードでは、1列が空くのみ不便だ。2枚を併用、専用アダプタを利用など必要。またEN(RESET)/BOOTの操作にご注意ください。スケッチをアップロードする前にENボタンを押しっぱなしにしてARDUINO IDE の書き込みボタンを押す。”Connecting”メッセージが現れたら、押していたENボタンを離して、BOOTボタンを押しっぱなしにする。書き込みが始まったのを確認したら、BOOTボタンを離してください。

ボードマネージャーに用意されていた「DOIT ESP32 DEVKIT V1」を使用。

「NodeMcu-32S」

NodeMcu-32SはNodeMcuのサイズに合わせた、ESP32開発ボード。普通のブレッドボードでも、2列が空くので便利だ。

ボードマネージャーに用意されていた「NodeMcu-32S」を使用。

USB-UARTドライバのインストール

Silicon Labsの以下のURLからドライバをダウンロード
USB – UART ブリッジ VCP ドライバ|Silicon Labs
ドライバをインストールしたら、シリアルポート(Port): /dev/cu.SLAB_USBtoUART が現れる。

Board ManagerにESP32追加

つい最近(20180728), ESP32 用 Arduino 開発環境 Arduino core for ESP32 WiFi chip の初の安定版 1.0.0 がリリース。インストールする際に, コマンドラインで色々する必要はなく Arduino IDE のメニューからインストールできるようになる。

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

Lチカのプログラム

ESP32-DevKitC を USB ケーブルで PC と接続.

Arduino IDE のメニューから  Tools – Port – /dev/cu.SLAB_USBtoUART を選択(Mac OS Xの場合).

一番単純そうなサンプルスケッチを実行する. メニューから File – Examples – (Examples for ESP32 Dev Module) – ESP32 – ChipID – GetChipID を選択.

Lチカ用内蔵LEDがGPIO2にあるが、GPIO4に外付けLEDを繋いでやった。

プログラム

void setup() {
  pinMode(4, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(4, HIGH);
  delay(250);
  digitalWrite(4, LOW);
  delay(250);
}

 

 

参考

  1. https://qiita.com/Guwashi/items/1009faab2d3db24d80d5
  2. https://kokensha.xyz/iot/mac-esp32-and-arduino-led/

Setup Arduino IDE for Raspberry Pi

インストール

ホームディレクトリの ~/Appcations/arduinoにインストールします・

  1. ファイルマネージャを起動しホームディレクトリ(/home/[ユーザ名]配下に Applications フォルダを作ります。
  2. ブラウザを起動しhttps://arduino.cc/en/Main/SoftwareからArduino IDE Linux ARMをダウンロードします。
  3. ダウンロードしたファイル arduino-1.8.5-linuxarm.tar.xz を右クリックし
    Extract to を選択します。図1
  4. Extract files の Extract to 欄に /home/[ユーザ名]/Applicationsを入力し,
    Extractボタンをクリックします。図2
    図1 図2
  5. ターミナルを起動し次のように操作します。
    $ cd ~/Applications   ←カレントディレクトリ(作業ディレクトリ)をApplicationsに移動します
    $ ls                                 ←ファイル一覧を表示
    arduino-1.8.5
    $ ln -s arduino-1.8.5  arduino    ←シンボリックリンク arduino を作ります
    $ ls
    arduino atduino-1.8.5
    $ cd arduino        ←arduinoに移動します
    $ ls
    arduino          hardware    lib        revisions.txt  uninstall.sh
    arduino-builder  install.sh  libraries  tools
    examples         java        reference  tools-builder
    $ ./install.sh      ←インストールコマンド install.sh を実行します
    
    (警告が沢山表示されますが,無視します)
    
    done!               ←インストール終了
    $

バージョンアップ手順

例:arduino-1.8.5 –> arduino-1.8.6

  1. 前述「インストール手順」2〜4に倣って新バージョンをダウンロードし展開します。
  2. 次の操作でシンボリックリンクの張り替えと旧バージョンの削除を行います。
    $ ln -sf arduino-1.8.6  arduino 
    $ rm -rf arduino-1.8.5

参考

  1. Arduino IDEの動作環境設定ファイルやボードマネージャでインストールした追加ボードのファイル群は ~/.arduino15 フォルダに収容されています。
  2. Arduino IDE付属のサンプルスケッチは~/Aplications/arduino/exampleフォルダに収容されています。
  3. Arduino IDE付属のライブラリは~/Aplications/arduino/librariesフォルダに収容されています。
  4. 自分で作ったスケッチは~/Arduinoフォルダに収容されます。
  5. Arduino IDEのライブラリマネージャでインストールしたライブラリは~/Arduino/librariesフォルダに収容されています。

 

Setup Arduino IDE for Ubuntu

経緯

今までArduino IDEのMacbookまたはWindows版を利用している。ESP8266/WeMosに限って、よくクラッシュする。

同じシリアルCH340を使う、安価のUno、Nanoは普通に使えるので、シリアルドライバーではなく、WeMos、ESP8266に関する何か異変があると思う。

頻繁にクラッシュするから仕事進まないと困る。Ubuntuで安定するかを試すことに。

Arduino IDEのインストール

Linux 64 bits 版 Arduino IDE をダウンロード

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Arduino IDEのインストールする。ファイルの展開のみ

$ tar xvfJ arduino-1.6.7-linux64.tar.xz

CH340のドライバー(Linux)

今まで互換機を使ったことが無い方はWeMosのホームページからCH340のドライバーをインストールする必要がある。

$ sudo apt install make gcc libelf-dev

http://www.wch.cn/download/CH341SER_LINUX_ZIP.html

インストール

//compile
#make
//load ch34x chips driver
#make load
//unload ch34x chips driver
#make unload

しかし、コンバイルうまくできない。

ドライバー探す

ネットで探したら、下記の発見。

https://github.com/juliagoda/CH341SER

Gitでコードを取得する。

$ git clone https://github.com/juliagoda/CH341SER

「readme.txt」を参考にコンパイル。

$ cd CH341SER_LINUX
$ sudo make
$ sudo make load

検証

管理者権限でArduino IDE を起動。

$ sudo /opt/arduino-1.8.3/arduino

ツール>シリアルポートから、”/dev/ttyUSB0/”を選択。 ※環境によって変わる
ファイル>スケッチ例>01.Basic>Blinkを開く。
f:id:r17u:20170609073839p:plain

IDEより書き込み。端末に以下が表示され、ボード上のledが点滅したらok。

Setup Arduino IDE for Macbook

Arduino IDEのインストール

Arduino IDEがまたインストールしてないの場合、普通に、Arduino IDEのインストールする。

以下URLから、ArduinoのウェブサイトからIDEをダウンロードして、インストールする

https://www.arduino.cc/en/Main/Software

シリアル通信ドライバ

利用する開発ボードにより、下記のどちらかインストールする必要がある。

CH340のドライバー(Mac)

UNO互換機を使っている方は、特に何も必要ないが、今まで互換機を使ったことが無い方はWeMosのホームページからCH340のドライバーをインストールする必要がある。

http://www.wch.cn/download/CH341SER_MAC_ZIP.html

接続するとマックがクラッシュ

WeMosを接続するとマックがクラッシュ問題に数ヶ月前から悩まされている。

「参考1」によると、下記のドライバが安定するらしい。

しかし、それはV1.1で、結果は安定しない。

  1. V 1.0 —
  2. V 1.1 — https://github.com/nodemcu/nodemcu-devkit/tree/master/Drivers
  3. V 1.4 — http://www.wch.cn/download/CH341SER_MAC_ZIP.html

 

CP2102のドライバー(Mac)

まずシリアル変換:CP2102のため、ドライバーのインストールが必要。

Silicon Labsの以下のURLから「Mac用」ドライバをダウンロード
USB – UART ブリッジ VCP ドライバ|Silicon Labs

ドライバをインストールしたら、シリアルポート(Port): /dev/cu.SLAB_USBtoUART が現れる。

参考

  1. https://macsbug.wordpress.com/2016/01/21/ch340g-usb-serial-module/