2021-06-08

M5Stack Core 2で始めるAzure IoT Hub入門（その３）

Azure IoT M5Stack

第３回目の今回は、M5Coreでのプログラミングの基礎と、PORT.A.I2Cでの入出力について調べていきたいと思います。
第１回ではArduino IDEでスケッチを作成した後に、Visual Studio Codeでそのスケッチを取り扱えるようにVisual Studio Codeの環境を整えました。
今回は、第１回で環境整備の基本はおわっているので、Visual Studio Codeで新規にスケッチを作成する方法を確認していきます。

Visual Studio Codeでの新規プログラミング

Visual Studio Codeの[ファイル]-[フォルダを開く]で新しいスケッチを入れるためのフォルダを作成してから開きます。
これは、Arduino IDEが、例えば「hoge.ino」というスケッチを扱うには、必ず「hoge」フォルダの下に「hoge.ino」を期待しているからです。
あとからArduino IDEでスケッチを開きたいということがあったときもスムーズにVisual Studio CodeとArduino IDEの行き来ができるように、Arduino IDEのお作法に沿ってフォルダを作成しておきましょう。
今回は「Env2Unit」というフォルダにしましょう。
フォルダを作成した直後のVisual Studio Codeのエキスプローラー表示をみてみましょう。
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シリアルポートの設定

その１でArduino拡張 (およびc++拡張) はインストール済ですので、M5CoreをUSBで接続してから、Ctrl+Shift+Pで「Arduino: Select Serial Port」で、シリアルポートを選択します。
こうすることで「Env2Unit」フォルダの中に「.vscode」フォルダが作成されて、「Env2Unit」フォルダを開いた設定として、指定したポート番号が適用されるようになります。
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ボードを選択

Ctrl＋Shift＋Pで「Arduino: Board Config」を選択して、ボードを選択します。
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スケッチファイルを作成

新規ファイル追加で「Env2Unit.ino」ファイルを作成します。
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Arduino.jsonにスケッチファイル名を指定する

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"sketch": "Env2Unit.ino"
を追加すると自動的にスケッチの解析が行われて、「c_cpp_properties.json」ファイルが作成されます。

M5Stack用のインテリセンスが効くように設定

c_cpp_properties.jsonを開いて、includePathにArduino IDEで指定したスケッチブックの保存場所の中のライブラリを指定します。

例："C:\Users\hatsune\Documents\Arduino\libraries\\**",

前の行の最後に , を入れるのも忘れないようにしましょう。

準備が整ったかを確認

簡単なスケッチを記述して、M5Coreにデプロイして動作することを確認します。
gist.github.com

ENV.II SENSORで気圧を測定

BMP280用ライブラリを追加

ENV.II SENSORは、SHT30とBMP280が内蔵されています。
BMP280は気圧センサーなので、気圧の表示部分を作成してみます。
Ctrk+Shift+Pで「Arduino Library Manager」を起動して必要なライブラリが提供されているかを確認します。
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サクッとインストールします。

スケッチ解析エラーを解決する

BMP280用ライブラリを使うために

#include <Adafruit_BMP280.h>

をスケッチに追加して解析すると"Adafruit_Sensor.h"がないというエラーが表示されます。
前年ながらArudino Library Managerでは追加できないので公式GitHubから落としてきます。
https://github.com/m5stack/M5-ProductExampleCodes/tree/master/Unit/ENVII/Arduino/ENVII
ファイルの保存先は、ライブラリフォルダの中の[Adafruit_BMP280_Library]フォルダです。

例："C:\Users\hatsune\Documents\Arduino\libraries\\Adafruit_BMP280_Library",

ENV.IIで測定した気圧を表示

gist.github.com

動作に必要な４つのライブラリをincludeします。
Wire.Begin() でPORT.A.I2C を初期化します。
while (!Bmp.begin(0x76)) でアドレス0x76を指定して接続します。
loop関数の中では、Bmp.readPressure()によって気圧を取得します。
M5.Lcd.setCursor(0, 0); で液晶画面先頭にカーソルを移動します。
M5.Lcd.printfで情報を表示します。
0.1秒ごとに更新します。

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ENV.II SENSORで気温と湿度を測定

BMP280用ライブラリを追加

"Adafruit_Sensor.h"と同様に公式GitHubから”SHT3X.h”と”SHT3X.cpp"を"Adafruit_Sensor.h"と同じ場所にダウンロードします。

ENV.IIで測定した室温と湿度を表示

SHT3Xに関する処理を追加してスケッチを完成させます。
gist.github.com

loop関数の中では、Sht30.get()によって温度 (cTemp) と湿度 (humidity) を取得します。

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室温が30度近かったんですね。暑いはずです。

ライブラリは必要？

今回はM5Stack用モジュールとして販売されているものだったので公式サイトからライブラリを入手できました。
もし、自分で作成した回路をつなげるような場合であれば、利用ている回路のデータシートなどからI2Cでのデータフォーマットを把握して、その部分を作成してあげることで、ライブラリを使わなくても同じようなことが可能です。

次回はAzure側の準備についてふれてみたいと思います。
hatsune.hatenablog.jp

2021-06-05

M5Stack Core 2で始めるAzure IoT Hub入門（その２）

Azure IoT M5Stack

前回
hatsune.hatenablog.jp

２回目の今回は、M5Stackへの外部接続について、少しまとめておきたいと思います。
M5Stackの本体であるCoreモジュールには、外部機器との接続用インターフェースとして次の３つが用意されています。

USB
PORT.A.I2C
M-Bus

ピン配置などは、M5Stack Core 2の場合は本体裏面にプリントされています。
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USB

USB-Cが給電+シリアル接続用に用意されています。シリアル接続はCP2104を使って実現しており、ESP32でいえばTXD3とRXD3になります。
USB接続した端末で開発環境が稼働していれば、このルートを使ってシリアル入出力を実現しています。
また、AXP192という電源管理のチップセットがあり、内部電源か外部電源かやバッテリー電圧なども取得できます。FactoryTestスケッチなどはこのあたりを使っていると思います（FactoryTestスケッチについては後日取り上げる予定です）。

PORT.A.I2C

PORT.A.I2Cは、Inter-Integrated Circuitの略であり、アイ・スクエア・シーまたはアイ・ツー・シーと呼ばれるシリアルバス規格です。
I2C対応機器にはどのようなものがあって、どうやって繋ぐかなどは2015年の記事となりますが、buildinsiderで記事を書かせていただいていますので、そちらをご覧いただくとよいと思います。
www.buildinsider.net
Netduinoも電源5Vラインですのでピン配置に気を付ければ接続先の回路などはそのまま流用できます。

IC2のピン配置を確認する

記事中では、I2Cは「SCL」「SDA」「VDD」「GND」のピンがあるとしています。
M5Stack Core 2をみると、PORT.A.I2Cのピン配置は、液晶面を上にした状態で左から「G33」「G32」「5V」「GND」となっています。
このM-Basピン配列ではG33=PA_SCL、G32=PA_SDAとありますので、PORT.A.I2Cのピン配置は「SCL」「SDA]「5V」「GND」となります。
実際に端子を指すところにもSCLにはクロック信号っぽいマーク、SDAにはON/OFFの２値っぽいマークがついてます。
さらにダメ押しの確認としてPORT.A.I2Cに接続できる「温度湿度環境センサ付きユニット」の接続ピン配置を確認してみましょう。
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こちらはしっかりと「SCL」「SDA」「5V」「GND」って表記になっています。どうやらPORT.A.I2Cのピン配置は「SCL」「SDA]「5V」「GND」で間違いなさそうです。

PORT.A.I2CとGROVE互換インターフェース

M5StackのPORT.A.I2CはGROVE互換インターフェースとも呼ばれています。
GROVEは、Arduinoと容易に接続するためのインターフェースで、Seeed社から様々なGROVEシリーズのモジュール（拡張機器）が提供されています。
仕様が公開されていますので、Seeed社以外からも様々なモジュールが販売されています。
www.switch-science.com
GROVEと互換があるということはM5Coreでも、GROVEモジュールをつなげて使えるということになります。

M-Bus

M-Busは、ESP32 (Coreの中心となるSoC) の次のピンを取り出しているインターフェースです。

G0：I2S LRCK PDM CLK
G1：TXD0
G2：I2S DOUT
G3：RXD0
G13：RXD2
G14：TXD2
G18：SCK
G19：GPIO
G21：intSDA
G22：intSCL
G23：MOSI
G25：DAC
G26：DAC
G27：GPIO
G32：PA_SDA (PORT.A.I2Cと同じ)
G33：PA_SCL (PORT.A.I2Cと同じ)
G34：PDM DAT
G35：ADC
G36：ADC
G38：MISO
GND
3.3V
5V
RST
BAT

M-Busを使うことでESP32の（すべてではないですが）ピンに接続できますので、PORT.A.I2C端子よりもつながるものがかなり多くなります。また、ピン配置もM5Stackの「モジュール」と呼ばれるものであれば筐体の大きさも含めて、M5Coreとぴったり重ね合わせできるので、取り扱いも楽になります。
「モジュール」には、例えば、GPSモジュールなどはI2CではなくGPIOで接続するためM-Bus接続のモジュールとして提供されています。
www.switch-science.com

M-BusにPORT.A.I2Cと同じものがあるということは

GROVE互換インターフェースをもったものであれば、Busモジュールの中に入れてしまってM5Coreの下に重ね合わせてしまうなんていうこともできます。
www.switch-science.com

M-BusにGPIOがあるということは

M-BusにGPIOがあるということは、GPIOがつながる色々な機器ともつながるということですね。
みんな大好きMESHにもGPIOがありますから、MESHでの操作をGPIOでBusモジュール+M5Coreで収集して、Wi-Fiに飛ばしてAzureでなんということも可能です。
MESHとGPIOについての詳細は、BuildInsiderに記事を掲載いただいてますので、見ていただけると嬉しいです。
www.buildinsider.net

おまけ：温度湿度環境センサについて

www.switch-science.com
このセンサですが、温湿度センサーとしてSHT-30、気圧センサーとしてBMP280が内蔵されています。
BMP280単体のGROVEモジュールもあるので気圧センサーだけだったらそれを使う手もあります。
www.switch-science.com
GROVEモジュールであれば、GROVE互換インターフェースであるPORT.A.I2Cともつながります。
でも、M5Stack用のユニットなら外装あるので、ユニットの方が扱いが楽かもしれないですね。

それでは、また、次回まで！
次回はいよいよM5Stackのプログラミング（スケッチ）に取り掛かります。
その３→
M5Stack Core 2で始めるAzure IoT Hub入門（その３） - はつねの日記

2021-06-05

M5Stack Core 2で始めるAzure IoT Hub入門（その１）

IoT Azure M5Stack

AzureとIoTとHoloLensはすごく相性がいいです。
build 2021でもかなり力を入れてAzure Digital Twinsとも絡めて多くの説明がありました。
このブログでも過去にArudinoやESP32、Netduino、Rasberry PIなどについて書いたエントリもあったりします。
今回は、みんな大好きM5Stackを使ってやってみたいと思います。
まず、第１回目の今回は、M5Stackのアプリをデプロイするところまでやってみましょう。

M5Stackとは

M5Stackは、ESP32というbluetoothとWi-Fiを内蔵するSoCを使って、それに320x240のTFTカラー液晶、microSDカードスロット、スピーカーを組み合わせたコンパクトで便利な開発モジュールになります。
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ESP32はArudino環境で開発ができるのでM5Stackで動作するアプリもArduino環境で開発ができます。
M5Stackには様々な拡張モジュールがあり、M5Stack Coreと呼ばれるM5Stack本体に拡張モジュールを積み重ねていくことでいろいろな機能が拡張ができます。

M5Stack Core 2とは

今回使うM5Stack Core 2は、M5StackのCore機能を改良した第二世代のCoreデバイスとなります。
www.switch-science.com
M5Stack Core 2本体にはUSB Type-Cが用意されていて、こことPCのUSB Type-Aを接続するUSBケーブルも同封されています。
ただし、SDカードは付属していないので、忘れずに一緒に購入しておくとよいでしょう。

M5Stack Core 2の電源を入れる

PCとUSBケーブルを接続して電源ボタンをクリックするとすぐに立ち上がります。
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FactoryTestというスケッチ（アプリコード）が実行されてるのですが、色合いや表示されている表示なんかが、みんな大好きエヴァ風だったりします。
USBケーブルを抜くと「外部」から「内部」にちゃんと主要電源表示が切り替わります。すばらしい。

M5Stackの開発環境を整える

Arduio IDEで開発してもいいのですが、今回の目標は、Visual Studio CodeでM5Stack開発環境を整えて、簡単なコードをデプロイして動かすところまでを目標にします。
参考にするMicrosoft Docsはこちらになります。
docs.microsoft.com

開発環境のゴール

gist.github.com
M5Stackの画面にHelloWorldと表示します。

Arduino IDEをインストールする

https://www.arduino.cc/en/software
Visual Studio CodeからArduino IDEの動作環境を呼び出すため、Windows Appsではなく、Windows Win 7 and newerのリンクからexeファイルをダウンロードしてインストールします。
インストールオプションは変えずにそのままインストールしましょう。
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M5Stack Core 2との接続を確認する

M5Stack Core 2をPCにUSB接続したら、デバイスマネージャーでシリアル接続先として認識されているかを確認します。
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[ポート (COMとLPT) ]の中に「CP210x」があるかを探して、COMの番号を調べておきます。上手ではCOM4です。

Arduino IDEの設定を行う

Arduino IDEを起動したら、[ファイル]-[環境設定]メニューをクリックします。
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[追加のボードマネジャーのURL]に下記を設定します。
https://m5stack.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/resource/arduino/package_m5stack_index.json

[ツール]-[ボード]-[ボードマネージャー]メニューを選択します。
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ボードマネージャーで「m5stack」と入力して、M5Stackの公式ボードが検索されたらそれをインストールします。
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M5Stack Core2ライブラリのインストールを行う

[スケッチ]-[ライブラリをインクルード]-[ライブラリを管理]メニューをクリックします。
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ライブラリマネージャーで「m5core2」と入力して、M5Stack公式のライブラリをインストールします。
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ボードを選択する

[ツール]-[ボード]-[M5Stack Arudino]-[M5Stack-Core2]を選択します。
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シリアルポートを選択する

[ツール]-[シリアルポート]メニューで、デバイスマネージャーで確認したCOM番号のものを指定します。 f:id:hatsune_a:20210604211146p:plain

Ardino IDEのシリアルモニタを開く

Arduino IDEで[ツール]-[シリアルモニタ]メニューをクリックしてシリアルモニタを開きます。
ボーレートには115200bpsをを指定しておきます。

スケッチ（プログラム）をデプロイする

[スケッチ]-[マイコンボードに書き込み]メニューをクリックするとしばらく時間がかかりますが、「Hard resetting via RTS pin...」と表示されて、M5Stack Core 2の画面がFactoryTestから変わってスケッチで記述した表示に変わります。

Ardino IDEのシリアルモニタで確認する

スケッチが起動すると、次のような表示が出力されます。
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Visual Studio Codeをインストールする

もう大抵の開発機にはインストールされているとは思いますが、Visual Studio Codeで今回は開発するのでVisual Studio Codeもインストールしておきます。

Visual Studio CodeにArduino拡張をインストールする

サイドメニューアイコンの[拡張機能]を選択して、「Arduino」で検索して拡張機能をインストールします。
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Arduino用の設定を行う

拡張機能のArduinoから「Arduino: Path」の設定にパスを設定します。
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IntelliSenseの設定を行う

拡張機能のC/C++から「C_Cpp: Intelli Sense Engine」の設定を「Tag Parser」にします。
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フォルダを開く

[ファイル]-[フォルダを開く]メニューでコードを置く場所を開きます。