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/

Setup Arduino IDE for Windows

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

追加デバイスドライバ

UNO互換機、WeMos、「LoLin NodeMCU」 「Amica NodeMCU」を初めて利用する場合、追加デバイスドライバのインストールが必要。

CH340のドライバー(Windows)

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(CH341SER_MAC.ZIP)をインストールする必要がある。

http://www.wch.cn/download/CH341SER_ZIP.html

コントロールパネルからデバイスマネージャーを開き、ほかのデバイス>不明なデバイスを右クリック、ハードウェアの更新をクリック。

「コンピュータを参照してドライバーソフトウェアを検索します」を選択。

ダウンロードしたファイルが入っているフォルダを指定し、次へをクリックするとドライバがインストールされる。

「コンピュータの管理」ー「デバイス・マネージャー」-「ポート」で、CH430 のシリアルポートが確認できれば完成。

 

CP2102のドライバー(Windows)

 

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「Windows 7/8/8.1/10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
ダウンロードしたZIP(CP210x_Windows_Drivers.zip)を展開し、CP210xVCPInstaller_x64.exeを実行し、ドライバインストールを開始する。

About Arduino

Arduino とは

Arduino(アルドゥイーノ[1])は、AVRマイコン入出力ポートを備えた基板、C++風のArduino言語とそれの統合開発環境から構成されるシステム。Arduino LLC および Arduino SRL が設計・製造を行い、登録商標を持っている。

純正の基板

安定して製品、値段は少々高額になり。

  • Arduino UNO
  • Arduino NANO
  • Arduino 101

互換基板

一部純正同じ名前、外観も類似のものがある。USBドライバインストール必要。値段は安い、WiFi内臓など機能が豊富。

  • Arduino UNO (CH340)
  • Arduino NANO(CH340)
  • ESP8266 ESP-WROOM-02
  • ESP8266 NodeMcu
  • ESP8266 Wemos

Arduino NANO (6) Heart rate sensor

Arduinoセンサーキットに、Heart rate sensorある。

血中ヘモグロビンの近赤外線吸収の性質を利用して脈拍パルス検出するらしい。

Arduinoとの接続は3線(GND、VCC、アナログ入力)のみ。

「参考1」をみて、まず簡単の試す。ただA0の値を表示。

// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   while(1)
   {
     Serial.print(analogRead(sensorPin));
     Serial.print('\n');
   }
}

指先センサー装着

シリアルプロッターに見える上昇カーブ

安定した状態これはなにもわからない

指はセンサーから離れる時の下降カーブ。

「参考1」を参考して、Smoothingしても、同じ判別不能。困った。

#define samp_siz 4
#define rise_threshold 5
// Pulse Monitor Test Script
int sensorPin = 0;
void setup() {
   Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
   float reads[samp_siz], sum;
   long int now, ptr;
   float last, reader, start;
   float first, second, third, before, print_value;
   bool rising;
   int rise_count;
   int n;
   long int last_beat;
   for (int i = 0; i < samp_siz; i++)
     reads[i] = 0;
   sum = 0;
   ptr = 0;
   while(1)
   {
     // calculate an average of the sensor
     // during a 20 ms period (this will eliminate
     // the 50 Hz noise caused by electric light
     n = 0;
     start = millis();
     reader = 0.;
     do
     {
       reader += analogRead (sensorPin);
       n++;
       now = millis();
     }
     while (now < start + 20);  
     reader /= n;  // we got an average
     // Add the newest measurement to an array
     // and subtract the oldest measurement from the array
     // to maintain a sum of last measurements
     sum -= reads[ptr];
     sum += reader;
     reads[ptr] = reader;
     last = sum / samp_siz;
     // now last holds the average of the values in the array
     // check for a rising curve (= a heart beat)
     if (last > before)
     {
       rise_count++;
       if (!rising && rise_count > rise_threshold)
       {
         // Ok, we have detected a rising curve, which implies a heartbeat.
         // Record the time since last beat, keep track of the two previous
         // times (first, second, third) to get a weighed average.
         // The rising flag prevents us from detecting the same rise 
         // more than once.
         rising = true;
         first = millis() - last_beat;
         last_beat = millis();
         // Calculate the weighed average of heartbeat rate
         // according to the three last beats
         print_value = 60000. / (0.4 * first + 0.3 * second + 0.3 * third);
         Serial.print(print_value);
         Serial.print('\n');
         third = second;
         second = first;
       }
     }
     else
     {
       // Ok, the curve is falling
       rising = false;
       rise_count = 0;
     }
     before = last;
     ptr++;
     ptr %= samp_siz;
   }
}

こんな図形になって、周囲の雑音とか酷いかな?

参考:

  1. https://www.hackster.io/Johan_Ha/from-ky-039-to-heart-rate-0abfca

Arduino NANO (5) MAX30102 Pulse Ox Sensor

試み

MAX30102 というPulse Ox Sensorを利用して、脈拍と酸素濃度を測る試み。

MAX30100の実例が多いが、MAX30102の実例が少ない。

プログラム

「参考1」のSparkFunのライブラリを利用する。そのライブラリはMAX30105(R,G,IR LED)用だが、MAX30102(欠Green LED)でも利用できる。

OLED表示するため、「参考2」の表示部分を合体した。なんとなく、バグがある様な気がする。

// Sample implementation of the MAX30100 PulseOximeter
// Using the following module
// http://www.ebay.com/itm/-/391709438817?ssPageName=STRK:MESE:IT
// can not gaurantee if the app will work with other implementations of the module. 

//#include "MAX30100_PulseOximeter.h"
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>
#include "MAX30105.h"
#include "heartRate.h"

#define REPORTING_PERIOD_MS     500

 U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0);

// PulseOximeter is the higher level interface to the sensor
// it offers:
//  * beat detection reporting
//  * heart rate calculation
//  * SpO2 (oxidation level) calculation
//PulseOximeter pox;
MAX30105 particleSensor;

const byte RATE_SIZE = 4; //Increase this for more averaging. 4 is good.
byte rates[RATE_SIZE]; //Array of heart rates
byte rateSpot = 0;
long lastBeat = 0; //Time at which the last beat occurred

float beatsPerMinute;
int beatAvg;

//byte pulseLED = 13; //Must be on PWM pin
//byte readLED = 11; //Blinks with each data read
//
bool calculation_complete=false;
bool calculating=false;
bool initialized=false;
byte beat=0;

void show_beat() 
{
  u8g2.setFont(u8g2_font_cursor_tf);
  u8g2.setCursor(8,10);
  if (beat==0) {
    u8g2.print("_");
    beat=1;
  } 
  else
  {
    u8g2.print("^");
    beat=0;
  }
  u8g2.sendBuffer();
}

void initial_display() 
{
  if (not initialized) 
  {
    u8g2.clearBuffer();
    show_beat();
    u8g2.setCursor(24,12);
    u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
    u8g2.print("Place finger");  
    u8g2.setCursor(0,30);
    u8g2.print("on the sensor");
    u8g2.sendBuffer(); 
    initialized=true;
  }
}

void display_calculating(int j)
{
  if (not calculating) {
    u8g2.clearBuffer();
    calculating=true;
    initialized=false;
  }
  show_beat();
  u8g2.setCursor(24,12);
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
  u8g2.print("Measuring..."); 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm");
  u8g2.sendBuffer();
}

void display_values()
{
  u8g2.clearBuffer();
  u8g2.setFont(u8g2_font_profont15_mr);
 
  u8g2.setCursor(0,30);
  u8g2.print(beatsPerMinute);
  u8g2.print(" Bpm _ ");
  u8g2.setCursor(65,30);  
  u8g2.print(beatAvg);
  u8g2.sendBuffer();
}

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    
//    pinMode(pulseLED, OUTPUT);
//    pinMode(readLED, OUTPUT);

    u8g2.begin();

    // Initialize sensor
    if (!particleSensor.begin(Wire, I2C_SPEED_FAST)) //Use default I2C port, 400kHz speed
    {
      Serial.println(F("MAX30105 was not found. Please check wiring/power."));
      while (1);
    }    

    particleSensor.setup(); //Configure sensor with default settings
    particleSensor.setPulseAmplitudeRed(0x0A); //Turn Red LED to low to indicate sensor is running
    particleSensor.setPulseAmplitudeGreen(0); //Turn off Green LED
    
    initial_display();
}


void loop()
{

  long irValue = particleSensor.getIR();
  float temperature = particleSensor.readTemperature();
//  digitalWrite(readLED, !digitalRead(readLED)); //Blink onboard LED with every data read

  if (checkForBeat(irValue) == true)
  {
    calculation_complete=true;
    calculating=false;
    initialized=false;

//    digitalWrite(pulseLED, !digitalRead(pulseLED)); //Blink onboard LED with every Beat
    //We sensed a beat!
    long delta = millis() - lastBeat;
    lastBeat = millis();

    if (delta < 10000) {
      beatsPerMinute = 60 / (delta / 1000.0);
    } else {
      calculation_complete=false;
      beatsPerMinute=0;
      initial_display();
    }
    
    if (beatsPerMinute < 255 && beatsPerMinute > 20)
    {
      rates[rateSpot++] = (byte)beatsPerMinute; //Store this reading in the array
      rateSpot %= RATE_SIZE; //Wrap variable

      //Take average of readings
      beatAvg = 0;
      for (byte x = 0 ; x < RATE_SIZE ; x++)
        beatAvg += rates[x];
      beatAvg /= RATE_SIZE;
      display_values();
    }
  } else {
    if (irValue < 50000) {
      calculating=false;
      initial_display();
    } else {
      display_calculating(5);
    }
  }

  Serial.print("IR=");
  Serial.print(irValue);
  Serial.print(", BPM=");
  Serial.print(beatsPerMinute);
  Serial.print(", Avg BPM=");
  Serial.print(beatAvg);
  Serial.print(", initialized=");
  Serial.print(initialized);
  Serial.print(", calculating=");
  Serial.print(calculating);
  Serial.print(", calculation_complete=");
  Serial.print(calculation_complete);
  Serial.println();



}

 

実験

かなり不安定の感じがする。

 

一応、形はできたが、

しかし、脈拍捉えるのは稀て、今回も失敗して。。。

参考

  1. https://learn.sparkfun.com/tutorials/max30105-particle-and-pulse-ox-sensor-hookup-guide
  2. https://www.hackster.io/umar-sear/arduino-heart-rate-monitor-a8e9e1
  3. https://www.hackster.io/AAKS/max30100-and-blynk-0f58f4

Arduino NANO (4) Piezoelectric sensor

なぜ

Piezoelectric sensorを利用して、住宅内の音声、振動から年配者の介護の補助を考えている。

Piezoelectric sensorが取った情報をAD変換して、簡単にWemosで処理すると思ったが、いろいろ意外なところで躓いた。

何か類似する、簡単に検証できる例がないか探した。

取り込み

「参考1」から、普通のPiezoelectric sensorで、簡単に脈拍を取れると、魅力と思った。

必要な部品が揃うまで時間がかかったが、一応出来た。

いろいろと試したところ

拡大写真

取れた波形。「参考1」の波形には似ているは、DC成分あるから、取り除くが課題。

参考

  1. http://www.ohnitsch.net/2015/03/18/measuring-heart-rate-with-a-piezoelectric-vibration-sensor/

Arduino UNO (9) 2.4 inch LCD Shield

Arduino UNO用のシールドモジュール、2.4インチパラレルTFTモジュールを試した。

センサーの情報を表示するため、1年前も購入したが、なかなか試す機会がなく。

「参考1」から、mcufriend.comの2.4インチシールドモジュールには多数のバリエーションが有る。「参考2」のCHIP IDで対応するLCDドライバーを探せと、「参考3」のライブラリで、LCD_ID_readregで分かるらしい。しかしいろいろと引っかかって、しばらく挫折。

「参考4Mcufriend 2.4インチLCD を使ってみました」を参考に、一応サンプルの動作は数個確認した。

動作に必要なライブラリは次3つ。 いずれもArduinoの標準ライブラリから導入できる。
グラフィックドライブ

graphictest_kbvを実行するところ。なぜか、左右逆になっている?

demoビデオも撮ったけど、ボケっている。

取り敢えず動くと確認した。

 

参考:

  1. http://nopnop2002.webcrow.jp/TFT/ILI9325-Para-1.html
  2. http://domoticx.com/arduino-shield-2-4-tft-lcd-touch/
  3. https://github.com/prenticedavid/MCUFRIEND_kbv
  4. https://blogs.yahoo.co.jp/hobbyele/64853416.html

 

Arduino 101 (5) Inclinometer

人間のアナログ信号ピエゾ、光電方式で取得、AD変換などでデジタル化して、いろいろ悩んでいるところ、なぜかESP8266は繋ぐと、高い確率でPC再起動を起こされて、原因不明のまましばらく進展がなし、時間が無駄にし、焦る一方。

安定して動くUNO、NANOを触る時間が増えた。

なぜArduino 101

Arduino 101は傾斜度センサー装着、いつか二輪車を作ると考えているが、行動に移れないまま。

たまたまArduino 101で 傾斜計を作る記事を見て試したくなった。たまたまMulti Function Shieldも持っている。必要ものが全部そろう。試す気になった。

制作

Multi Function ShieldをArduino 101に刺し、参考のプログラムそのまま動く。うれしい。温度も測れる。

平面では0と表示。

傾斜計とした動作するビデオ

 

参考

  • https://www.hackster.io/lagsilva/simple-inclinometer-with-arduino-ef4fc2

Arduino NANO (3) SSH1106 & Walking bitmap

経緯

ちょっと大き目のOLEDが欲しくて、1.3 InchのOLEDを注文した。

ただもの挿し替えて使えると思って、届いてわかったが、コントローラーは別物。SH1106というものを使われ、U8g2libライブラリをインストールして利用する。

Display OLED via I2C (SH1106)

実際参考サイトを見ながら、試してみる。

うまく表示できた。

しかしコントローラーが特殊のため、使用例がほとんど無いので、用途が限定。

Script – Walking bitmap

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>

#ifdef U8X8_HAVE_HW_SPI
#include <SPI.h>
#endif
#ifdef U8X8_HAVE_HW_I2C
#include <Wire.h>
#endif
 
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);
// U8GLIB_SH1106_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE); // I2C / TWI  
 
const uint8_t bm[] PROGMEM = {
  0b00011000,
  0b00111100,
  0b01111110,
  0b11111111,
  0b11111111,
  0b01111110,
  0b00111100,
  0b00011000
};
 
static int WIDTH=128;
static int HEIGHT=64;
 
int x, y;
 
void setup(void) {
  u8g.begin();
  x = 0;
  y = 0;
}
 
void loop(void) {
 
  u8g.firstPage();  
  do {
    u8g.drawBitmap( x, y, 1, 8, bm);
  } while( u8g.nextPage() );
  
  delay(100);
 
  x += 8;
  if( x >= WIDTH){
    x = 0;
    y += 8;
    if( y >= HEIGHT){
      y = 0;
    }
  }
}

参考