電子工作/ESP32 のバックアップ差分(No.13)

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** ESP32 [#n9d817c6]
　　中国の Espressif Systems 社が作成したマイクロコントローラで、次の特徴を持つ。
- 特徴
-- Arduino IDE (IDE とは「統合開発環境」のこと)で開発できる。~
(他の開発環境も選択しうる）
-- Wifi 対応(単体で無線LAN接続できる。)
-- Bluetooth 対応(単体でBluetooth接続できる。)
-- ESP8266 の後継。~
~
- ESP8266 との比較~
|比較項目| ESP32 | ESP8266 |h
|対応する無線通信| Wifi, Bluetooth | Wifi |
|CPU| 32bit, dualcore, 240MHz | 32bit, singlecore, 80MHz|
|Espressif 製のモジュール名| ESP-WROOM-32 | ESP-WROOM-2 |
|単体の価格(秋月電子) | [[550>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-11647/]]円|[[400>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-09607/]]円|
~
Arduino を使ってネットワーク接続をするのであれば、最初から ESP32 を使うことを考えるべき。~
~
- SPI~
まず、SPIそのものについては、[[Arduino/SPI]]を参照のこと。~
ESP32 は、SPIにも特徴がある。ESP32 単体で、2つのSPI接続できるようになっているので、より多くのデバイスが~
接続できる。ESP32のSPI については、[[ESP32 のSPIについてのページ>https://www.mgo-tec.com/blog-entry-esp32-spimode-hspi-vspi-hispeed.html]]が大変参考になる。~
~

** 開発用ボード [#y9b3b88c]
　　ESP32用の開発ボードはいくつかある。今回は、Switchscience の [[ESPr Developer 32>https://www.switch-science.com/catalog/3210/]] を使用する。~
　　&color(cyan,※); 中国の安いボード([[ESP-32S ESP-32 Development Board>https://www.ebay.com/itm/ESP-32S-ESP-32-Development-Board-2-4GHz-Dual-Mode-WiFi-Bluetooth-Antenna-Module/253371778970?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2057872.m2749.l2649]],以下 中国ボード)を買った。これを使ったときの違いも書く。
*** 使用前の準備 [#de64a112]
+ ピンヘッダの半田付け~
まずはこれから。これをしないと、プロトタイピングできない。~
~
+ Arduino IDE のダウンロードと初期設定~
-- ポータブルな環境にするには、[["Windows ZIP file for non admin install">http://www.arduino.cc/en/Main/Donate]]を選択する。~
もちろん献金してよい。しかし、献金しなくても "Just Donwload" ボタンでファイルを取得できる。~
1.8.5 が最新版(2018-08-16 (木) 17:44:23時点)~
~
-- Switchscience の[[解説ページ>http://trac.switch-science.com/wiki/esp32_setup]]を参照して、Arduino IDE で ESP32 ボードを使えるようにする。
--- ファイル > 環境設定~
設定タブの「追加のボードマネージャーのURL:」に
 https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json 
を書き込み OK をクリックする。~
~
--- ツール > ボード："Arduiono/Genuin Uno" にマウスのポインターを合わせ、~
現れたタブからボードマネージャを選んでクリック。窓に、ESP32 を入力すると、~
"esp32 by Expressif Systems"が現れる。これをクリックし、「インストール」をクリックする。~
ボードの定義がダウンロードされてインストールされる。~
~
&color(cyan,※); [[中国ボード>https://www.ebay.com/itm/ESP-32S-ESP-32-Development-Board-2-4GHz-Dual-Mode-WiFi-Bluetooth-Antenna-Module/253371778970?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2057872.m2749.l2649]]の場合には、CP2102 というチップを使ってパソコンと通信する。そのドライバは~
自動的にインストールされない。そのため、対応したドライバをあらかじめインストールする。~
[[Silicon labsのページ>https://jp.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers]]から、適切なものをダウンロードし、
展開してインストーラを起動すれば~
導入できる。~
~
--- ツール > ボード："Arduiono/Genuin Uno" にマウスのポインターを合わせ、~
ESP32 Dev Module を選択する。~
~
--- ツール > シリアルポート~
それらしい COM3 などを選択する。選択しないと通信できない。~
~
+ はまったところ
++ コンパイルがエラーで止まる。~
Mc Afee のウィルス対策ソフトのリアルタイムスキャンが影響している。これを止めると、コンパイルできる。~
~
++ ツール > シリアルポートで選べない。~
USB Type B micro のコネクタが深く刺さっていないと、COMポートが認識できない。~
ちなみに、シリアル通信のデバイスドライバは、Windows が勝手にインストールしてくれる。~
~
++ コンパイルが遅い~
[[このページ(Arduino IDEのビルドを速くする｜オブジェクトファイルの出力先を固定する)>https://nagayasu-shinya.com/arduino-buildpath-fix/]]を~
参照して変更すると、少し早くなったように思う。~
~
*** テストプログラム [#rbc09f2e]
　　接続できたと思ったら、次のプログラム（Arduino ではスケッチと呼ぶ）を試してみる。
+ Arduino としての機能~
次のスケッチを実行し、ツール > シリアルモニタ でシリアルモニタ（別枠の窓）を表示させる。~
右下の通信速度を、スケッチ中の 115200bps に変更する。
 void setup() {
   Serial.begin(115200);
 }
 
 void loop() {
   Serial.println("Hello World.");
   delay(1000); 
 }
うまくいけば、1秒(1000ミリ秒)に1回、"Hello World." と表示される。~
~
+ Wi Fi としての機能~
ファイル > スケッチ例 > (EES32 Dev Module 用のスケッチ例から) Wi Fi > Wi Fi Scan を選択する。~
次のスケッチが表示される。~
 #include "WiFi.h" 
 
 void setup()
 {
     Serial.begin(115200);
 
     // Set WiFi to station mode and disconnect from an AP if it was previously connected
     WiFi.mode(WIFI_STA);
     WiFi.disconnect();
     delay(100); 
 
     Serial.println("Setup done");
 }
 
 void loop()
 {
     Serial.println("scan start");
 
     // WiFi.scanNetworks will return the number of networks found
     int n = WiFi.scanNetworks();
     Serial.println("scan done");
     if (n == 0) {
         Serial.println("no networks found");
     } else {
         Serial.print(n);
         Serial.println(" networks found");
         for (int i = 0; i < n; ++i) {
             // Print SSID and RSSI for each network found
             Serial.print(i + 1);
             Serial.print(": ");
             Serial.print(WiFi.SSID(i));
             Serial.print(" (");
             Serial.print(WiFi.RSSI(i));
             Serial.print(")");
             Serial.println((WiFi.encryptionType(i) == WIFI_AUTH_OPEN)?" ":"*");
             delay(10);
         }
     }
     Serial.println(""); 
 
     // Wait a bit before scanning again
     delay(5000);
 }
うまくいけば、無線LANの情報が表示されるはずである。~
~
+ その他
++ ホール素子~
ファイル > スケッチ例 > (EES32 Dev Module 用のスケッチ例から) ESP32 > Hall Sensor~
内蔵のホールセンサの値(磁場に関係した量)を表示できる。~
~
++ タッチセンサ~
ファイル > スケッチ例 > (EES32 Dev Module 用のスケッチ例から) ESP32 > Touch > Touchread~
GPIO4 のピンからケーブルを伸ばすと、それに接触したかどうかで判定できる。~
いわば、タッチセンサ―として機能する。それを試すプログラム。~

** 学内LAN(Captive Portal)での接続 [#l112b02e]
** SPI で気圧センサ BME280 の値を読みとる [#gd7e0a5a]
+ 概要~
観測装置として、観測装置の置き場所と、センサの値の回収はいつも問題になる点である。無線LAN~
が使えて、センサーの値を送信できれば好都合である。ESP32と BME280 を用いてこれを実現する。~
~
本学の学内無線LAN は "Captive Portal" と呼ばれる仕組みを使っている。~
ESP32 をこれに対応させることができれば、利用範囲は広まる。~
+ 手順
++ 配線する~
[[参考URLに示したページ>https://www.mgo-tec.com/blog-entry-esp32-bme280-sensor-library.html]]の SPI の方を参考に接続する。~
~
++ ESP32 で BME280 のデータを SPI で読みとるためのライブラリをありがたく使わせていただく。
+++ github の[[ここ>https://github.com/mgo-tec/ESP32_BME280_SPI]]から、"clone or download" を選んで zip ファイルをダウンロードする。
+++ [[ここ>http://www.humblesoft.com/wiki/?Arduino%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%AA%E3%81%AE%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%BC%E3%83%AB#w73a0896]]を参考に、ライブラリをインストールする。~
+++ Arduino IDE で スケッチ > ライブラリをインクルード で ESP32_BME280_SPI を選択する。~
~
++ プログラム~
[[参考URLに示したページ>https://www.mgo-tec.com/blog-entry-esp32-bme280-sensor-library.html]]の SPI の方のサンプルプログラムを~
ファイル > スケッチ例 > ESP32_BME280_SPI > ESP32_BME280_SPI_sample01 ~
を選択して開く。これを実行し、シリアルモニタで値が表示されるか確かめる。~
~
~
+ 参考URL
-- [[Arduinoライブラリのインストール（zipファイルで）>http://www.humblesoft.com/wiki/?Arduino%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%AA%E3%81%AE%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%BC%E3%83%AB#w73a0896]]
-- [[ESP32 用 BME280 ( 温度 湿度 気圧センサー ) ライブラリを作ってみた>https://www.mgo-tec.com/blog-entry-esp32-bme280-sensor-library.html]]
// ** 学内LAN(Captive Portal)での接続 [#l112b02e]
// ~
// 本学の学内無線LAN は "Captive Portal" と呼ばれる仕組みを使っている。~
// ESP32 をこれに対応させることができれば、利用範囲は広まる。~
//~
~
** IFTTT で利用する。 [#rd103966]
+ IFTTT を使う際の考え方~
[[こちらのページ>../IFTTT]]にまとめた。IFTTTの [[webhooksサービス>../IFTTT#ma07c03f]]を利用する。そのためには、~
https で ifttt.com に HTTP の POST あるいは GET でデータを送信しなければならない。~
~
+ https で特定のサイトにアクセスする。~
-- 予備知識~
ブラウザは、http と https を区別なくアクセスするように見える。しかし、マイコンで https で~
開設されているサイトにアクセスするには、工夫が必要になる。サンプルプログラムは、~
ファイル > スケッチ例 > (EES32 Dev Module 用のスケッチ例から) Wi Fi Client Secure > Wi Fi Client Secure~
で得られる。~
~
-- 証明書の取得~
「[[ESP32からIFTTTを使ってLINE Notifyで通知を送ってみた／スケッチの設定>https://qiita.com/mascii/items/4c366ad4709469d5fda9#%E3%82%B9%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%81%E3%81%AE%E8%A8%AD%E5%AE%9A]]」を参照して、~
送信先であるifttt.comにアクセスするための証明書を取得する。~
 -----BEGIN CERTIFICATE-----
 MIIDxTCCAq2gAwIBAgIBADANBgkqhkiG9w0BAQsFADCBgzELMAkGA1UEBhMCVVMx
 EDAOBgNVBAgTB0FyaXpvbmExEzARBgNVBAcTClNjb3R0c2RhbGUxGjAYBgNVBAoT
 EUdvRGFkZHkuY29tLCBJbmMuMTEwLwYDVQQDEyhHbyBEYWRkeSBSb290IENlcnRp
 ZmljYXRlIEF1dGhvcml0eSAtIEcyMB4XDTA5MDkwMTAwMDAwMFoXDTM3MTIzMTIz
 NTk1OVowgYMxCzAJBgNVBAYTAlVTMRAwDgYDVQQIEwdBcml6b25hMRMwEQYDVQQH
 EwpTY290dHNkYWxlMRowGAYDVQQKExFHb0RhZGR5LmNvbSwgSW5jLjExMC8GA1UE
 AxMoR28gRGFkZHkgUm9vdCBDZXJ0aWZpY2F0ZSBBdXRob3JpdHkgLSBHMjCCASIw
 DQYJKoZIhvcNAQEBBQADggEPADCCAQoCggEBAL9xYgjx+lk09xvJGKP3gElY6SKD
 E6bFIEMBO4Tx5oVJnyfq9oQbTqC023CYxzIBsQU+B07u9PpPL1kwIuerGVZr4oAH
 /PMWdYA5UXvl+TW2dE6pjYIT5LY/qQOD+qK+ihVqf94Lw7YZFAXK6sOoBJQ7Rnwy
 DfMAZiLIjWltNowRGLfTshxgtDj6AozO091GB94KPutdfMh8+7ArU6SSYmlRJQVh
 GkSBjCypQ5Yj36w6gZoOKcUcqeldHraenjAKOc7xiID7S13MMuyFYkMlNAJWJwGR
 tDtwKj9useiciAF9n9T521NtYJ2/LOdYq7hfRvzOxBsDPAnrSTFcaUaz4EcCAwEA
 AaNCMEAwDwYDVR0TAQH/BAUwAwEB/zAOBgNVHQ8BAf8EBAMCAQYwHQYDVR0OBBYE
 FDqahQcQZyi27/a9BUFuIMGU2g/eMA0GCSqGSIb3DQEBCwUAA4IBAQCZ21151fmX
 WWcDYfF+OwYxdS2hII5PZYe096acvNjpL9DbWu7PdIxztDhC2gV7+AJ1uP2lsdeu
 9tfeE8tTEH6KRtGX+rcuKxGrkLAngPnon1rpN5+r5N9ss4UXnT3ZJE95kTXWXwTr
 gIOrmgIttRD02JDHBHNA7XIloKmf7J6raBKZV8aPEjoJpL1E/QYVN8Gb5DKj7Tjo
 2GTzLH4U/ALqn83/B2gX2yKQOC16jdFU8WnjXzPKej17CuPKf1855eJ1usV2GDPO
 LPAvTK33sefOT6jEm0pUBsV/fdUID+Ic/n4XuKxe9tQWskMJDE32p2u0mYRlynqI
 4uJEvlz36hz1
 -----END CERTIFICATE-----
~
-- IFTTT への通信~
HTTP の GET あるいは POST という方法でデータを送信する。送信方法については、次のページを参照した。~
--- 「[[IFTTTのトリガーおよびアクションをESP8266で実行する／トリガーの場合>https://qiita.com/mayfair/items/e761c788a9d8787bc610#esp8266%E5%81%B4]]」
--- 「[[ESP8266を使って温度センサ情報をIFTTTに投げる／コードの解説>https://qiita.com/triwave33/items/76c5ba9f18631b96785d#%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%89%E3%81%AE%E8%A7%A3%E8%AA%AC]]」
--- 「[[IFTTTにMaker Channelができました。>http://mag.switch-science.com/2015/06/25/ifttt-maker-channel/]]」(用語が古い)
~
-- スケッチのサンプル~
そんなこんなで作成したスケッチのサンプルを示す。~
4番ピンに触ると、IFTTT へのトリガーとして働くスケッチ。Xで埋められている部分は、それぞれの~
ユーザーが設定する項目であることを示している。~
WiFiIDs.h
 const char* ssid      = "XXXXXXXXXXXXX";          // your network SSID (name of wifi network)
 const char* password  = "XXXXXXXXXXXXX";          // your network password
 const char* IFTTTkey  = "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX"; // IFTTT webhook key for me
 const char* server    = "maker.ifttt.com";        // Server URL
 const char* EventName = "XXXXXXXXXX";             // IFTTT Event Name 
 
 const char* ifttt_root_ca= \
   "-----BEGIN CERTIFICATE-----\n" \
   "MIIDxTCCAq2gAwIBAgIBADANBgkqhkiG9w0BAQsFADCBgzELMAkGA1UEBhMCVVMx\n" \
   "EDAOBgNVBAgTB0FyaXpvbmExEzARBgNVBAcTClNjb3R0c2RhbGUxGjAYBgNVBAoT\n" \
   "EUdvRGFkZHkuY29tLCBJbmMuMTEwLwYDVQQDEyhHbyBEYWRkeSBSb290IENlcnRp\n" \
   "ZmljYXRlIEF1dGhvcml0eSAtIEcyMB4XDTA5MDkwMTAwMDAwMFoXDTM3MTIzMTIz\n" \
   "NTk1OVowgYMxCzAJBgNVBAYTAlVTMRAwDgYDVQQIEwdBcml6b25hMRMwEQYDVQQH\n" \
   "EwpTY290dHNkYWxlMRowGAYDVQQKExFHb0RhZGR5LmNvbSwgSW5jLjExMC8GA1UE\n" \
   "AxMoR28gRGFkZHkgUm9vdCBDZXJ0aWZpY2F0ZSBBdXRob3JpdHkgLSBHMjCCASIw\n" \
   "DQYJKoZIhvcNAQEBBQADggEPADCCAQoCggEBAL9xYgjx+lk09xvJGKP3gElY6SKD\n" \
   "E6bFIEMBO4Tx5oVJnyfq9oQbTqC023CYxzIBsQU+B07u9PpPL1kwIuerGVZr4oAH\n" \
   "/PMWdYA5UXvl+TW2dE6pjYIT5LY/qQOD+qK+ihVqf94Lw7YZFAXK6sOoBJQ7Rnwy\n" \
   "DfMAZiLIjWltNowRGLfTshxgtDj6AozO091GB94KPutdfMh8+7ArU6SSYmlRJQVh\n" \
   "GkSBjCypQ5Yj36w6gZoOKcUcqeldHraenjAKOc7xiID7S13MMuyFYkMlNAJWJwGR\n" \
   "tDtwKj9useiciAF9n9T521NtYJ2/LOdYq7hfRvzOxBsDPAnrSTFcaUaz4EcCAwEA\n" \
   "AaNCMEAwDwYDVR0TAQH/BAUwAwEB/zAOBgNVHQ8BAf8EBAMCAQYwHQYDVR0OBBYE\n" \
   "FDqahQcQZyi27/a9BUFuIMGU2g/eMA0GCSqGSIb3DQEBCwUAA4IBAQCZ21151fmX\n" \
   "WWcDYfF+OwYxdS2hII5PZYe096acvNjpL9DbWu7PdIxztDhC2gV7+AJ1uP2lsdeu\n" \
   "9tfeE8tTEH6KRtGX+rcuKxGrkLAngPnon1rpN5+r5N9ss4UXnT3ZJE95kTXWXwTr\n" \
   "gIOrmgIttRD02JDHBHNA7XIloKmf7J6raBKZV8aPEjoJpL1E/QYVN8Gb5DKj7Tjo\n" \
   "2GTzLH4U/ALqn83/B2gX2yKQOC16jdFU8WnjXzPKej17CuPKf1855eJ1usV2GDPO\n" \
   "LPAvTK33sefOT6jEm0pUBsV/fdUID+Ic/n4XuKxe9tQWskMJDE32p2u0mYRlynqI\n" \
   "4uJEvlz36hz1\n" \
   "-----END CERTIFICATE-----\n";
プログラム本体
 /*  IFTTT trigger sample */
 
 #include <WiFiClientSecure.h>
 #include "WiFiIDs.h" 
 
 WiFiClientSecure client;
 
 int val1 = 1000, val2 = 1001, val3 = 1002; // dummy data
 
 void setup() {
   // Serial Monitor
   Serial.begin(115200);
   // WiFi
   WiFi.begin(ssid, password);
   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {  // attempt to connect to Wifi network:
     Serial.print(".");
     delay(500);
   }
   Serial.println("WiFi Connected");
   // CACert
   client.setCACert(ifttt_root_ca);
 }
 
 void loop() {
   val3 = val2;
   val2 = val1;
   val1 = touchRead(T0);
   Serial.println(val1);
   if ( val1 + val2 + val3  < 80 ) { // touched
     Serial.println("\nStarting connection to server...");
     if (!client.connect(server, 443)) {
       Serial.print  ("Connection failed!");
       Serial.println(server);
       return;
     } 
 
     String request = "/trigger/";
     request += EventName;
     request += "/with/key/";
     request += IFTTTkey;
     request +=  "?value1=" + String(val1)
                 + "&value2=" + String(val2)
                 + "&value3=" + String(val3); 
 
     Serial.println("GET " + request + " HTTP/1.1"); 
 
     client.println("GET " + request + " HTTP/1.1");
     client.print  ("Host: ");
     client.println(server);
     client.println("Connection: close");
     client.println();
 
     while (client.connected()) {
       String line = client.readStringUntil('\n');
       if (line == "\r") {
         Serial.println("headers received");
         break;
       }
    }
     client.stop();
     
     val1 = 1000, val2 = 1001, val3 = 1002;
     delay(10000);
   }
   delay(100);
 }