カテゴリー「電子工作」の194件の記事

2017年7月26日 (水)

オシロのテストどころかソフト開発で大はまり

 新しいオシロで色々テストするつもりが、久しぶりにソフトのデバッグにはまってそれどころではなかった。超音波距離センサーSR04のI2C化の最中に、avr-libcのバグらしいもの(と最初は確信)に遭遇して意気込んでいたのだが、何のことはない、わかってみたら全てこちらのミスと判明した。いやあ情けない。まあ、それまでのいきさつを最後まで聞いてください。

新しいオシロは機能がありすぎて持て余し気味(6/30/2017)

 ほぼ10年ぶりにオシロ(帯域200MhzのSiglent SDS1202X-E)を新調して、埃をかぶっていた自作のファンクションジェネレーター(以降FG)を棚から持ち出し、FFTとか、シーケンスモードとかの新機能を試そうと、張り切ってオシロに向かった。

Dsc01176 ただし、まだ操作に慣れていないので簡単な測定でも四苦八苦である。トリガーのかけ方がいまいち理解できない。スロープとエッジの違いも良くわからない。FGで矩形波を出し、FFT(高速フーリエ解析)の波形を見るが、思っているような形にはならない。だいたいアナログ機器の調整ならともかく、単にFFTでスペクトル波形を出しても、「で、それがどうした」と言われたら黙るしかない。

  というので仕事の帰り、秋葉原の書泉ブックセンターに寄ってオシロの参考書を探した。入門書はいくつかあるが、中上級のものはほとんどない。技術の進歩が激しいので単行本になりにくいのだろう。雑誌の特集を集めたムック本が2種見つかったが、ひとつはすでに初代のオシロの時に買ったものだった。しかたがないので残りの一冊も買う。Dsc01175

 参考書の中のオシロはメーカーが違うので、パネル面や用語が手持ちのものとかなり異なる。まあ基本のところは大体似たような機能なので迷わないが、ちょっと細かくなってくるとわからなくなる。本来はこの会社(Siglent)のマニュアルを探すべきなのだろうが、日本語のものはないし、とっつきにくい。

 ウェブには何故かこういう紹介サイトもある。しかし、情けないことに半分も理解できない。うーむ、難しいな。知らなければならないことが山ほどある。ここは基本的なやり方を参考書の最初から読みこんで少しづつ理解していくしか方法はないようだ。

 前記事にあるように測定の時間的な範囲が広がったのはとても収穫だが、アナログ波形を見なければ進まない工作は現在していない。そう、宝の持ち腐れと言っても良い。使い道が見いだせないというのはつらいものだ。

センサーのブレークアウト基板を作る。久しぶりハンダ付けが楽しい(7/4/2017)
 いうことで、これまでの工作の続きをすることにした。ブレッドボードに組んでいた超音波距離センサーHC-SR04のブレークアウト基板の制作である。入力を電源3.3VとI2Cだけの結線にしぼり、RaspiやESP8266などの最近のCPUと簡単に接続できるようにする。

 手持ちのケース(タカチのSW70 75X50X35)に全体が入ることを考慮して、秋月のC基板を少し小さくする(72X40)。ここにSR04とTiny85、それに例のストロベリーリナックスのDC-DCコンバーター、秋月で入手したI2C用のレベルシフター(FXMA2102 ¥200)をレイアウトする。Dsc01164

 過去のブログ記事を見てみたら、本格的なアートワークをやる汎用基板でのハンダ付けは数年ぶりのことだ。久しぶりのアートワークそのものが楽しい。ここでの醍醐味は、複雑だった引き回しが部品の位置を少し変えるだけで簡単になることだ。

 パズルを解くのと同じである。何度もアートワークをメモに描きなおし頭を捻る。配線を交叉させないというルールは守れないかなと諦めたころ、ピンヘッダーの方向を逆にするときれいに解決したりする。鬼の子をとったような気分である。実際の工作前にもこれだけ楽しめる。

 アートワークも完成したので、部品を揃えてハンダ付けの工程に入る。ハンダ付けは一気にやらない。楽しみながら少しづつやる。実体顕微鏡を買っておいてよかった。最近TVのCMでメガネにかける拡大鏡を見かけるが、これは精々1.6倍程度で、倍率20倍のこの顕微鏡にはかなわない。ただ、顕微鏡は慣れないと対象物に絞り込むのが一苦労だ。Dsc01171

 配線作業は進む。サインペンでアートワークにハンダ付けした部分を塗りながら、出来上がっていく基板を矯めつ眇めつ(ためつすがめつ)眺めて感慨にふける。考えてみたら、この方式を始めて、そろそろ10年。このパズルのような、UEW線を交差させないアートワークと、この細かいはんだ付けの絶妙な組み合わせが、心をひきつけてやまない。

 自分がこの小宇宙の創造神である。満足感、達成感は、悪いけれどArduinoやRaspiなどでの工作とは比較にならない、至福の時間である。この基板にI2Cスレーブライブラリーを使ったSR04のインターフェースソフトを合わせて記事にしたら喜んでもらえるかもしれない。期待が膨らむ。

使えないHC-SR04があった。ブレークアウト基板はミスなし(7/6/2017)
 サインペンで線を塗るところがなくなった。完成である。ニチアツのコネクターを奢って、圧接ペンチでソケットに入れるピンを用意する(久しぶりなので1ピン失敗した)。SR04は背の高さを低くするため、センサーのピンソケットを平型に換えてある(オリジナルはL型)。テストに入る。Dsc01172

 最初、動かなくてあせったが、沢山あるセンサーユニットSR04のうち、選りによってトラブルのある方を使っていたことがわかり、あわてて正常な方にピンを付け直す。さあこれでどうだ、電源ON。良かった。ブレッドボード上の親機(Tiny861)のUARTコンソールに、距離が表示された。

 やった、やった。基板のハンダ付けは完全試合だった。腕はまだ落ちていないぞ。SR04距離センサーは、このあいだ秋月で同種のセンサー(US-015)を買ってある。ついでにこれも平型ピンに取り替えてテストする。これも問題なく動いた。 

 これで当研究所には、なんと合わせて5つもの距離センサーが揃ったことになった。アマゾンでは2つも買ってあった。このうち正常に動くのは3つ。具合が悪いのは、アマゾンの一つと秋月で最初に買ったもの合わせて2つである。Dsc01166

 ハードは一応、これで一段落である。用途は現在、階段の照明切り替えに使っている赤外線人感センサーの代替を考えているが、人間の近接を距離によってどうやって検知するかロジックが決まっていない。これからテストをして決めていくことになる。

親機のコマンド新設。距離が安定しない。DC-DCコンバーターが怪しいか(7/8/2017)
 SR04ブレークアウト基板のソフトの整備に入る。これまでにI2Cスレーブそのもののソフトは、Tiny85に組み込み、かなり作りこんだライブラリーが完成してコードも公開済みである。

 マスター書き込みでデータを送った後、ストップコンディションを送らずに、続けてスタートコンディションが来ても、これに対応する機能(リピートスタート)や、書き込み/読み込み双方のストップコンディションの対応、タイムアウトなど、I2Cスレーブとしてはほぼ満足できる機能がライブラリーとして実現している。

 ここはもう余り手を加える必要はない。残るは、このブレークアウト基板が部品として使えるように、親機のTiny861に必要なUARTコマンドを追加して、汎用的なソフト環境を整備することである。Dsc01169

 まずは、連続して測定した距離を表示するコマンドを新設する。これは先のロジックを作るのにも必要な機能で、人が近づいたときどう距離が変化していくか連続的に調べるためである。作るのは簡単で、SR04の測定を開始するコマンドと、SR04のエコーを調べるコマンドを連続的に実行すれば良い。停止は、コンソールからのリターンキーである。

 簡単に出来たので、三脚にブレークアウト基板を固定して測定を開始する。順調にデータが出始めた。ところが、出力データが安定しないのである。階段の下から上部に向けて超音波を発射し、最上部に人が立てば、距離が変化して照明などの回路をONする理屈なのだが、無人なのに距離が安定しない。

 壁に囲まれた閉空間なので反射が多いからか、また、空気中の微粒子からの反射か、突然距離が短くなる。安定した距離が続かない。困った。このままでは、実用的な目的を果たせない。

DC-DCコンバーターを調べているうちにレベルシフターを壊したか(7/12/2017)
 三脚に固定しているのに、距離センサーが不安定な原因は、どうもDC-DCコンバーターのせいではないかという疑いがでてきた。埃が原因というのも考えにくい。DC-DCコンバーターはSR04にごく近い所に固定されている。疑うところはこれくらいしかない。

 というので、5Vの昇圧コンバーターの動作を停止し、別のスイッチング電源からコードを引き込んでテストした。最初、これで安定したので、DC-DCコンバーターの影響に間違いないと思っていたのだが、少し長い間測っていると、やっぱり別電源でも測定値の揺らぎは発生した。がっかりである。

 障害物がまわりにあるときは、測定値が不安定になってしまうようである。気流の動きで反射した音波が遅れて到着し距離が不当に伸びるのかもしれない(ロジックは良くわからない)。そうこうするうちに、突然センサーが動かなくなった。I2Cの通信自体がNO Responseである。

 何度も確認したが、接触不良ではない。トラブルシューティングの原則通り、マルチメーターで各部の電圧をひとつひとつ調べていく。電圧も問題なかった。DC-DCコンバーターも5Vを作っている。

 次はI2Cだ。まだ使い慣れていないがオシロでI2Cの波形をチェックする。まず親機。大丈夫だ。次はスレーブI2CのTiny85、おやあ、クロックがおかしい。パルスは受けているようだが、0になっていない(負論理なのでactiveにならない)。

 I2Cのスレーブはクロックは受信するだけである。異電圧間をつなぐレベルシフター(FXMA2102)が正しく伝えていないのではないか。

新しいオシロがお手柄。すぐにレベルシフター不調を表示(7/13/2017)
 オシロの波形によれば、I2C信号がレベルシフターを介するところでクロックのパルスが痕跡だけになる。Tiny85のUARTは動くし、親機も正常にI2C信号を出している。配線でおかしなところもない。これはレベルシフターICが壊れたとみるのが順当なところだろう。

 この実験中、DC-DCコンバーターをはずして、5Vを別の電源アダプターなどで供給した。何度かやっているうちに逆差したのかもしれない。Tiny85などのDIP製品は逆差しに案外耐えるが、こういうSMD(表面実装)部品は一瞬でも壊れる可能性がある。

 幸い、レベルシフター(FXMA2102)は予備が買ってあった(こういうときのため)。後ろ向きの仕事で気が進まないけれど、交換してみるしかない。低温ハンダで基板とピンヘッダーをはずし(ピンヘッダーはハンダ付けしてしまった)、チップだけ載せ換えた。

 電源を入れ直す。SR04基板は問題なく動き始めた。I2Cの信号もちゃんと見える。やっぱりレベルシフターが死んでいたのだ。いや、レベルシフターを失ったのは残念だけれど、新しいオシロが手柄を立ててくれた。自らを慰める。

 距離が時々違う値を示す現象は、照射する方向を選ぶと殆どなくなることがわかった。反射面の形によって値が不安定になるようである。人感センサーとしては、垂直方向(音波の方向)で使うのは無理な気がする。水平方向(音波を横切る)なら100%検知できるのだが。

一進一退のデバッグ。同時処理でこける。avr-libcがおかしい?(7/16/2017)
  SR04を動かす分のソフト開発は大体終わった。SR04では使わない連続データの入出力機能などは開発済みだ。考えられる機能はほぼ実現したが、ただひとつ気になっているところがある。

 連続測定のとき、SR04のエコーが返ってくるまで余裕を見て50msの待ち時間を設けていることだ。用途から言って、そう短い測定間隔が必要なわけではない。実用上は全く問題ないのだが、距離が短くても、待ち時間は変わらない。そのあいだ何もしないというのも芸のない話だ。 Dsc01173_2

 この間隔を短くするのは、超音波のエコーが返ってくるまでに、親機の方から、エコーが返ってきたがどうかを調べるコマンドを送れば良い。親機はそのフラグを見て、バッファーに収容されたデータを読む。簡単なロジックだ。

 トリガーをSR04にかけるまえに、フラグを0にし、帰ってきたらこれを1にする。親機は適宜マスター読み込み宣言でこのフラグを読み取って1になるのを待つ。造作のない話なのだが、これがつまづきの始まりだった。どうにもうまく動かないのである。

 何故かフラグが1になったあとの計測データがでたらめになる。計測が割り込みを受けている間にデータが不正になるのである。慌ててAVRの参考文献を調べるが、AVRと、avr-libcは基本的にはリエントラント(複数のタスクを受け入れる)で、同じプログラムに複数のスレッドが通ることを許している。Ws000027

 これまでにこうしたプログラムはいくつか作り、何の問題なく動いている。リニアPCMプレーヤーなどは、DACの音声発生、SDカードの読み込み、LCDの進捗表示と3段のマルチタスクで動いている。

 勿論、リエントラントといっても共通のグローバル変数や、printfなどの標準関数はリエントラントには動かない。しかし、I2CとSR04の計測ルーチンは全く無関係だ(とこのときは確信していた)。だから問題なく動くはずなのだが、現実にはデータが汚されている。ハングするならともかくまともに戻って動くのが気に入らない。

 満を持してロジアナを出動させる(オシロでは無理)。I2Cとエコー、実際にデータをセットするプロセスにプローブを入れ、状況を見る。確かに、エコー期間の時にI2Cが動くとデータが不正になる。共通リソースもないのにどうしてこんなことが起きるのだろう。

情けない。とんでもない思い込みだった。立派に共通変数が被っていた(7/23/2017)
 このブログは原因がわかってから書いている。原因が解明される前のメモを今読み返しているが、いつものデバッグのときと同じで、なぜこれに気が付かなかったのだろうと感心するほど、思い込みというのは恐ろしい。 Ws000028

 I2Cの割り込みと、計測ルーチンとは全く独立していると完全に思い込んでいるから、最初は、もしかしたらavr-libcの不具合とか、もっと別なことが原因ではないかと思っていた。そのあいだに以下のような副次的なバグまで発見された。

(1)    親機から子機(スレーブ)のデータを読み込むのに、いちいちコマンドを送っていたが、そんなことをせずにマスター読み込み宣言で自由にデータが読めることがわかった。SR04のトリガーをかけてからの動作をひとつ省略した。出来る限り競合を避けるため。
 ->全く効果なし 

(2)    データをマスターに送る時、スレーブのバッファーに各ビットにひとつだけ1 の立ったマスクビットをANDしてバッファーを壊していた。データを送り終えると、元のバッファーデータはALLゼロになる。つまり、一旦送ったデータの再送が出来ていなかった。 
->これも特段の変化なし。データの再利用はしていなかった。

 完全な迷路にはまっていた。I2Cとエコーロジックは無関係だと思っているから、割り込みのときにレジスターなどが破壊されて値が不正になるのではとも考え、測定部分が関数になっていたので直接にコーディングしなおしたりした。もちろん変わりはなかった。ほぼこれで一週間悩んでいた。

 それが見るともなくソースコードを見ているとき、ふと気になるところが見つかった。スレーブのソフトI2Cは先方からの想定したビット列が来ない時は、ハングアップを避けるため1秒程度のタイムアウトを設けて、通信自体をリセットするようになっている。

 このタイムアウトのメッセージに、"No_Echo or Timeout..."というところがある。ちょっと待て、このNo Echoというのはどういうことだ。あっあっあー、何ということだ。このタイマーのキャリーを記録する変数をSR04のエコー期間を測定するときにも使っているではないか。

 たとえプログラムがリエントラントでも、変数を共通にしていては駄目になるのは当たり前だ。I2Cは通信開始時に必ずこの変数を0に戻す。これで、これまでに測っていたエコーのキャリー変数は0に戻り値はでたらめになる。あーあ、何というお馬鹿なプログラム。

 この修正は極めて簡単である。キャリー変数を、I2Cのタイムアウト用と、エコー測定用のものを分けて定義するだけだ。これで、どれだけエコー期間にI2Cが被っても正常な値を表示するようになったのは当然のことである。

 やれやれ、長い間かかった。思い込みというのは恐ろしい。「すべてのものを疑え」というデバッグの格言をかみしめる。 配線図や、コードの公開は、今ちょっとショックが大きすぎて作業する気力が生まれない。公開は次回以降としたい。

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2017年6月29日 (木)

超音波方式の人感センサーI2C化と新しいオシロ

 PCの横で超音波距離センサーHC-SR04がブレッドボード上に残されたままになっている。他の電子部品に比べると特徴的な形をしているので何かと目立つ。ブログを調べてみたら、このセンサーにはまっていたのはもう2年も前のことで(2015/7/28)、そのあいだ放置したままということになる。Dsc01163

 ブログによると、このあとこの距離計測センサーをI2Cでつなごうとして、AVRの8ピンプロセッサーTiny85を使ってソフトのI2Cスレーブライブラリーを苦労して開発した。ソースコードをブログに上げたのは良かったのだが、そのあとは力が抜けてそのままになっている。

 このセンサーはアナログで動作電圧は5V、距離をパルス時間幅で返してくる。Edisonやesp8266などの3.3Vベースの32ビットプロセッサーとは電圧が違うし、それよりもプロセッサーにOSが入っていたりWiFiなどの割り込みが起きると、こうしたアナログのパルス幅の正確な時間は測れない。 

 そういうことでI2C化を始めたのだが、工作は全然別の方向に迷走したままになっている。そういえば、秋月で異電圧間のI2CをつなぐICも買ってあったのに部品箱の不良在庫になっている。Raspi3の電源問題も一段落したので、このあたりを次のテーマにすることにした。

 HC-SR04のブレークアウト基板(Vccは3V)をつくる。I2CスレーブのTiny85と3.3->5Vコンバーターをつけ、外部へは3.3V入力とGND、それにI2CのSDA、SCLの4本のケーブルをつけて、32ビット機器に簡単に接続できるようにする。

 親機はEdisonはもはや重いので、esp8266あたりを想定する。アプリケーションは、人が近づいたら反応する人感センサーにしようと思う。現在の階段のセンサーは焦電型で結構、反応が微妙で調整が難しい。距離測定の超音波なら、扉を開けるだけで反応するはずだ。

これまでの工作の再現だけで2日を要した(6/19/2017)
 裸になっていたSR04とTiny85を取り出して、ミニブレッドボードに移し替え、ブレークアウト基板のテストベンチをつくる。これまでのブログ記事を参考に(もうこれなしでは生きていけない)、もういちど配線をし直す。Tiny861の親機の方はまだブレッドボード上に生き残っていた。Dsc01157

 UARTを2つつないで意気揚々とテストに入った。しかし動かない。親機は動いたようだが、子機のTiny85は UARTにWelcomeメッセージは出るが、反応が全くない。親機からコマンドを送っても「そんな機械はない」と門前払いだ。

 接続を確かめる。プルアップ抵抗が隣のピンに入っているのを見つけた。最近は目が悪くなって良く間違える。さあ、どうだ。駄目だ。依然として動かない。しようがない。オシロを取り出す。なにー、ちゃんとI2Cの波形が見えるではないか。それでも動かないとはどういうことだ。

 暫く大騒ぎしていたが、落ち着いて配線を見直し、間違いを見つけた。要するにジャンパーコードの接続ミスだった。SDAとSCLが逆さまになっている。Tiny85と親機のTiny861の間のピンが揃っているかだけに気をとられ、ピンそのものが逆だったというお粗末である。情けない。Ws000022

 つまらない配線ミスで時間をとられたが、完動した。次はこのSR04のブレークアウト基板のソフト仕様である。どの程度の独立性を持たせるかで、基板ハードの仕様に影響が出る。何から何まで、例えば、音速の補正をコマンドで修正できるようにしておけば、ファーム書き換えのISPピンソケットはいらないかもしれない。しかしそれも面倒だ。

 実装するDC-DCコンバーターを何にするかも迷うところだ。部品箱を久しぶりに整理すると、5コ以上のDC-DCコンバーター基板が出てきた。1V以下でLEDをつけるやつ(これは今回は使えない)やら、表面実装にこだわったFP6291のもの(2つもある)、昔のHT7750など、自作品だけで沢山ある。

急にオシロが欲しくなって衝動的に発注(6/21/2017)
  そのうち、オシロで半分つぶれかかったI2Cの波形(これで良くデータが通ると感心)を見ていて、突然、これまで我慢していたオシロに対する物欲が沸き起こった。 波形がお粗末なのはオシロのせいではないが、この物欲というやつは、「ときめき」と同じでどうも理由が明確ではない。Dsc01155

 数年前こちらに良くコメントを寄せてくれる、ばんとさんにオシロを勧めたとき、自分も新しいオシロが欲しくなったことがある。このときは、使う機会が少なかったので、やっとのことで我慢した。

 当研究所がオシロを買ったのは、もう9年も前の話である。帯域60MhzのOWON製(PDS6062T)で、当時は10万円近くした(¥79,800)。買ったときは、清水の舞台から飛び降りる気分だとブログにはある。

 オシロの効果は抜群で、PCMプレーヤーのバッファーアンダーランを一発で発見したり大活躍をしたこともあるが、単純なトリガーしか選べないことや、蓄積データ量が少ないので大したことは調べられず次第に使われることが少なくなった。

 まあアナログ工作は殆どやらないので、それほど大きな不満はない。ちょっと複雑になればロジアナを引っ張り出せば良い。 オシロは今度の工作のように、動きを確認するだけに使われていた。必要性を強く感じることはなかったのである。

 このあと、低価格帯のオシロは、さらに安くなって中華のオシロは帯域100Mhzが3万円台になった(ばんとさんに勧めたころ)。中華製も評判は悪くなさそうだったが、強いニーズがなかったことがあって、オシロ熱はそれほど高くならず、その後は余り調査していない。

 あらためて調べてみると驚いた。さらに低価格化が進んでいる。少し前までは高級オシロにしかなかったフォスファー機能(アナログオシロのように繰り返し波形を色分けしてくれる)のついたものが、10万以下で手に入る。

 調べている間に、狙いをつけたのが、SiglentというシンセンのメーカーのSDS1202X-Eというオシロである。帯域が200MHz、メモリが14 Megaポイント。フォスファー付きで、この-EというサフィックスはUART、I2C、SPIなどのレコードの解析もできるシリアルデコーダーが付いている最新バージョンである。Ws000023

 ひところなら確実に100万以上はした商品ランクである。価格が悩ましい。日本で買えば(アマゾンとか楽天)10万近くするのだが、Alibabaなどの中華サイトでは、$380、何と4万円そこそこで売っている。にわかには信じられない安さだ。

 今これがないと進めないようなプロジェクトはないが、欲しいという欲望に勝てなくなった。しかも5万円以下で、これまで想像もしていなかった高性能のオシロが手に入るのだ。ここ数年は、余り電子工作に金をかけていない。少しくらいは良いだろう。

 中華サイトの買い物はリスクが大きいが、日本のサイトの半額以下というのは強烈な魅力だ。何しろ所長は「破格の安値」というのに弱いのである。ウェブサイトの珍妙な日本語の広告画面を何度も見ては迷っていたが、抵抗できず、ついポチってしまった。相手は、AliExpressである。

DCDCコンバーターの電源でSR04が動かない(6/24/2017)
 注文はしたけれど、到着まで10日はかかりそうなので、SR04のブレークアウト基板制作を続けた。次の課題はDC-DCコンバーターのテストである。

 久しぶりに秋葉原で買い物をした。自作のDC-DCコンバーターは、殆どが9 V以上の昇圧コンバーターで、5Vに上げるコンバーターにするため、秋月電子で面実装の半固定抵抗を入手するためである。

 面実装の基板の修正はとても難しい。例の低温ハンダで部品をはずすのは簡単だが、この自作のDC-DCコンバーター基板(FP6291)は、最初のバージョンではんだ付けに大苦労した版だ(ブログ参照)。半固定の抵抗器を取り替えるだけに数時間かかった。

 何とかして取り換えた。電源を入れる。おやあ、無負荷では5Vになるが、LEDだけつけても3V近くまで下がる。オシロで見るとパルスだらけの出力で明らかにおかしい。実体顕微鏡で配線を子細にチェックする。Dsc01162

 すると、分圧抵抗のグランド側のハンダブリッジでつないだところが見事に切れているのを発見した。やれやれ、以前もこの現象に悩まされたことを思い出す。他のところで熱を加えているときにブリッジが解消されてしまうのである。

 これを直して無事、負荷をかけてもちゃんと5Vが出るようになった。300mA以上流してもOK。勇躍、SR04の電源に組み込む。SR04は無事動いた。

不愉快にも市販のDCDCコンバーターは完動(6/25/2017)
 ところが、何故か、センサーの計測距離が不正確になってしまった。どれだけ遠くを指しても、出てくる距離が30cm以上にならないのである。電圧は5Vのままで、オシロで見る限り波形も正常だ。理由はわからない。DC-DCコンバーターのパルス周波数と、超音波センサーのパルス(40khz)とが近いからだろうか。

 スペックによるとFP6291のPWMパルス周波数は、1Mhzと高いのでその影響はないはずだが、おかしなことには間違いない。修正の手間を考えると、もうひとつの自作のDCDCコンバーター(同一のFP6291)をさらに試す気力はもう残っていない。

 昔作ったHT7750もだめだった。距離はもう少しFP6291のより伸びるが、1m以上にはいかない。だいたいこいつはオシロで見ても、脈流でこういう電源には向いていない。本来の工作と違う脇道でこういうトラブルは、気分が滅入る。折角I2Cのレベルシフターまで入れて不良在庫を少し消化したというのに。

 しかし、少々のことではへこたれない当研究所の所長である。手持ちの市販(ストロベリーリナックス)のDC-DCコンバーター基板(LM2735)の予備があるのを思い出し、これを部品箱から探し出して実験してみた。

 何と悔しいことに、このコンバーターでは全く問題なく超音波センサーが動くのである。えー、なぜだろう。何故、自作のコンバーターでは動かないのだろう。不愉快なことだがこれが現実だ。Lm2735

 そもそもDCDCコンバーターをつくるのが目的ではなかった。へそ曲がりでは負けない所長だが、さすがに今度は、これ以上、これにかかわるのはやめることにした。全くの時間の無駄だ。

 だいたいこのストロベリーのコンバーター基板も予備品でこれまで部品箱の肥やしになっていたパーツである。ここで役に立っただけでも良しとせねばなるまい。ブレークアウト基板を早く作って人感センサーを作ろう。

新しいオシロ来たー(6/27/2017)
 オシロを注文したあと、注文先からは「入金は確認しました」や、「商品を配送しました」という意外にこまめなメールが届いていたが、思ったより早く、注文していたオシロが届いた(Siglent SDS1202X-E)。Dsc01158

 カード入金して2日で出荷の知らせがあり、到着は5日後である。たいしたものだ。初めての中華サイトでの買い物でどきどきしていたのだが、とりあえず一安心である。メールが届いていたので大丈夫とは思っていたが、やはり数万円台の買い物では緊張する。

 噂では、大陸からの荷物はべこべこになっている(荷扱いが極端に悪い)はずなのだが、結構、荷姿は崩れていない。ただし、段ボールを開けると、正式の梱包の段ボール箱が現れた。やはり二重になっていた。しっかりした間仕切りの発泡スチロールで機械は中央に浮いている。Dsc01159

 取り出す。現状の8インチに比べれば今度のオシロは7インチでやはり心持ち小さい。心がはやるので前と同じように居間で梱包を解き、プローブの校正をする。画面はかなり高解像度だ。

 我慢が出来ず、早速地下の工作ルームに持ち込んで現在のI2Cなどの波形を観測する。沢山機能はあるが、まだ使いこなせないので、これまで計測したものだけの再現である。

 おおー、測定範囲が広い。これまでのオシロは少しでも長い間観測しようと思っても、すぐに切れてしまい、全体をつかめない(こういうときはすぐロジアナに切り替え)のだが、今度は違う。何しろ記録量がこれまでの2倍以上あるのだ。(6M->14Mpt/s)。Dsc01161

 距離センサーのテスト機で、I2cをスタートさせ実際のアナログの応答トリガーがかえってくるところまでが一目で見られる。これはありがたい。画面が小さくなったことを感じさせない性能向上である。以前より価格は半分で性能はざっと3倍(帯域60Mhz ->200Mhz)。時代の進歩を実感する。

 フォスファー機能とか、シリアルのデコーダーとか盛りだくさんの機能があるのだが、とりあえずは満足である。追い追い調べていくことにしよう。久しぶりに自作のシグナルジェネレーターなどを埃をはらって登場させ色々テストする予定だ。Dsc01160

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2017年6月12日 (月)

RaspberryPi3の電源問題はOSの不具合だった

 しつこいことでは誰にも負けない当研究所の所長が、やっとのことでRaspberryPi3(以降Raspi3)が立ち上がらない問題を解決することができた。

 研究所の工作テーマはESP32に移っていたが、定点カメラを目指したRaspi3の初期ブートが失敗するトラブルは解決されていない。パワーオンリセットが効かないのである。USB機器をはずして立ち上げると大体うまく行くが、USBをつないだまま(もちろんセルフパワーHUBで電源供給済み)だと、ほぼ立ち上がらない。Dsc01131_1 質(たち)の悪いことに、一旦、ブートに成功すると暫くは問題なく動く。しかし半日おいておくと、立ち上がらなくなる。一番先に疑われたのは電源である。いくつかのアダプターを買ってきたり、ケーブルを吟味したり、HUBを換えたりしたが、はっきりとした改善は見られない。

 オシロを使って立ち上がりの電圧の波形を何とかとることができた。立ち上がらない時と、正常に動いた時の双方の波形がとれた。しかしどちらも似たような波形だ。確かに0.5msくらいのところで大電流が流れたらしいディップがあるが、正常に立ち上がる時も同じようなものだ。電源が原因ではないような気がする。Dsc01133_1

もう一台RaspberryPi3を買う(5/24/2017)
 次に疑うべきは、Raspiのハードそのものである。以前、Edisonで本体がおかしくなって熱暴走したこともある。もしかしたらハードがやられているのかもしれない。今、Raspi3は一台しかないので確認はできない。これはもう一台買うしかないか。

 予備ということにして(使うあてがないのがつらい)Raspi3をアマゾンで発注する。ケースとヒートシンク付きで¥5980と安かったのでつい手が出た。数日で届く。便利な時代になったものだ。

 まずは、この新しいRaspiの動作確認である。システムディスクの16GBのSDカードを用意し、NOOBS一式をダウンロードする。OSのバージョンは2.1.0から2.4.0に上がっていた。 

 ふーむ、zipファイルが200MB以上増えている。どんどん進化しているようだ。インストールは順調に進みトラブルなくOSは展開された。電源を入れる。全く問題ない。順調に立ち上がる。少なくとも電源ではない。電源不足を示す画面の稲妻マークも全く表示されない。快調だ。

Dsc01137 やっぱり最初のRaspi3が原因だったのか。いや、まだ、カメラをつないでいない。しかもOSが違う。今のOS(2.4.0)はまだ裸の状態で、これからSAMBAや、動体検知motion、日本語入力、固定IPアドレス化などを加えていかないとトラブルの起きた状況にならない。

 加えた変更のうち、初期化のトラブルに関係しそうな要素は、何といってもカメラモジュールの接続だ。ハードの初期化でループしてしまえばブートは先に行かない。まずトラブルの起きた元のRaspi3にこの2.4.0の新しいシステムディスクを差し替えて動かしてみる。

結局、OSを最新版にして落着(5/28/2017)
 やっぱり何の問題もなく立ち上がった。いやいや、まだカメラモジュールをenableにしていない。raspi-configでカメラモジュールをenableにして立ち上げ直す。よーし、素直にブートが始まった。Raspi本体が悪くないことは確実だ。

 最後の確認である。カメラの動作確認だ。motionはまだ入れていないので、raspistillなどの専用コマンドをあせる手でコンソールに入力する。おめでとうございます。ランプがついて写真がとれた。間違いなくOSの問題である。

 これでトラブルの原因がはっきりした。2.1.0でのカメラモジュールの接続はブートの時にハングすることがあるのだ。このあと、元の2.1.0のOSに戻し、再現を確認した後、raspi-configでカメラをdisableにすると、カメラをつけていてもトラブルが解消することを確かめた。

 このハングが何の原因で起きるのかはわからない。少なくともインストール直後は起きていなかったから、カメラモジュールだけの問題ではなさそうである。このあと入れたアプリと何らかの競合が起きた可能性が高い。

 何が原因にせよ、少なくとも2.4.0で電源トラブルは解消した。というので、2.4.0にこれまでのアプリをインストールし直せば問題は解決する。せっせとNOOBS2.4.0の新しいバージョンにこれまでのアプリをインストールし始めた。

 SAMBAサーバーや、Motion動体検知パッケージ、日本語入力など、入れるたびに初期化の状況を確かめる。2.4.0では最終的にmotionを動かしても全く問題は起きなかった。

 やれやれ、長い道のりだったが、ここ暫く当研究所を悩ませたブートの不調は、OSの更新で解決することになった。もっと早く、カメラをdisableにしてテストしておけば、もう一台Raspi3を買わずにすんだのだが、まあ、これは結果論だろう。

今度はSAMBAドライブが不調(5/29/2017)
 そうこうするうちにまたトラブル発生である。SAMBAのディスクにしていた昔のLet'sNoteの2.5インチIDEドライブがおかしなことになった。立ち上がり時に、$LogFile is not clean. mount in Windows....のエラーが出て、書き込みが出来なくなった。Windowsでマウントし直しエラーをリセットせよとのことである。

 ファイルの中身は普通に見ることができる。SAMBAを通すとWindowsからも正常に見えるが、書き込みはこちらからもできない。それではというので、Win10の方にUSB経由で直接持ち込んで、エクスプローラーで見たら、何とドライブは認識したが「この場所にファイルはありません」という完全拒否である。

 Windowsに昔からあるディスク管理ユーティリティで調べる。コントロールパネルの奥にあるこのユーティリティ(このネストの深さは何だ。このソフトはサードパーティ製で、MSとしては何としてもいじらせたくないらしい)でドライブを見ると、ちゃんと正常にディスクは見える。  
 しかし、ディスクの形式がRAW(生とでも訳すか)となっているのが気になる。このRAWをキーワードにウェブを検索すると、おお、良かった。沢山解決法があるようだ。要するに、何らかのタイミングでドライブのブートレコードのディスクの種類を規定するコードが誤って変更されるとこういう状態になるらしい。

Windowsのフリーソフトで解決(6/1/2017)
解決法の中から、まず、TestDiskを選ぶ。このユーティリティは、LinuxやWindowsでも動くフリーソフトで一番評判が良さそうなソフトだ。早速ダウンロードした。ガイドするサイトも沢山ある。簡単に治りそうに見えたが、これが結構難しい。

 やれることが沢山ありすぎて迷うのだ。日本語化されていないのはともかく、何がおかしくなっているのかわからないので下手にいじることができない。このあたりは、一瞬の動作で、すべてのファイルを失う危険がある。良く納得してからでないと作業は出来ない。

 要するに、「今、自分が何をやっているかを理解していないときは手を出してはいけない」というやつである。この「RAW」という文言が何を意味するのか具体的にわからないからである。迷った挙句、他にも方法がありそうなのでこのユーティリティの作業を諦めた。ウェブで検索を続ける。

 その結果、昔、所長も使ったことのある商用ソフトAcronisの無償試用ソフト(Acronis Disk Director)が良さそうなので、これで修復することにした。サイトに行き、慎重に無償版をダウンロードする。こういうソフトのページには、宣伝用の全く違うソフトのダウンロードボタンが隠れていることが多いので気を付けないといけない。Ws000008

 何とか目的のソフトをダウンロードして、早速試してみた。このサイトが親切だ。
画面がわかりやすい。ガイドに従って、未初期化をRAWと読み替え作業を進める。順調に処理が進んで、そう時間もかからず完了した。RAWはNTFSに変わる。

 念のため、Windowsを再起動する。よーし、正常なドライブに戻った。書き込めるか。中に入っているテキストファイルを呼び出し文字を書き込んで保存する。良いぞ、問題なく変更された。このディスクの中に入っているファイルで失って困るものはないが、正常に戻ったことが嬉しい。

 SAMBAにつなぎなおし、read/write可能なことを確かめる。昔、知人にPCで何をするでもないのに環境整備だけに異常に熱心な人がいた。自分も今度の入れ込みぶりはこの系統かなと苦笑いする。今のところSAMBAで使っているのはmotionの記録ファイルだけである。

ACアダプターの負荷特性を調べると驚くべきことが(6/2/2017)
 Raspiの電源問題の後日談である。Raspi3の立ち上がりの不安定さを解消するため、めたらやたらDC5Vの安定化電源ACアダプターを買い込んだことは前回までにご紹介してある。それが、落ち着いて数えたら、容量が2A以上のものだけで6個もあった(購入4ケ、故障した無線ルーターなどからの流用品2ケ)。 

 容量とは言うが、本当にこれだけの電流を取り出せるのか確かめたことはない。前にも書いたように、必ずしも容量の大きいアダプターが安定してRaspiを動かせていたわけではない。彼らの実力がどの程度なのか、ちょっと本格的に調べてみたくなってきた。

 良く言う電源のレギュレーションとは過渡特性のことを指すが、それ以前の静的な負荷特性は余り問題にしない。しかし過渡特性は、この静的な負荷特性が基本になるもので、これが低いようでは問題にならないはずなのだが、余り話題にならないのはなぜだろう。調べてみよう。

Dsc01135 こういうときのために、セメント抵抗を何種類かそろえてある。スライダックのような本格的なものはないが、物理の実験よろしく直列並列を駆使すれば、5Vなら0.1Aきざみで数Aくらいまで測れるくらいの種類は持っている(50、20、10、2Ω)。

 ブレッドボードにこのあいだ買ったUSBコネクター電流計や、ACアダプタージャックを取り付け、少しづつ測り始めた。データが揃ってくると驚くべき事実が明らかになってきた。おおげさな話かもしれないが、こうしたACアダプターは全然定電圧電源ではないのである。

結構、ケーブルの損失があるのだ(6/5/2017)
 どのACアダプターでも、1A少々の電流でもかなりの電圧降下がある。負荷によって出力電圧が変わらないのが定電圧だと思うのだが、サイトのいう定電圧回路の一般的なロードレギュレーションの上限±0.2%どころではない。平気で数%も落ちてしまう。

 4A容量のアダプターといえども1A流して(正確には0.9A)、0.3Vも下がり4.7Vになってしまうのはどうみてもおかしい。これで定電圧アダプターと称するのはいかがなものか。

 確かに、5Vフルスケールでグラフを描いてみれば、0.3Vの低下というのははごくわずかだが、0.5Vフルスケールにしてみると直線的に電圧が低下していく。

 汎用的なアダプターと違い、無線ルーター、USBハブなどの付属のアダプターは無負荷のときはあきらかに5V以上で、使われる範囲で5Vを維持するようになっている。これなんか一種の詐欺だ。

Dsc01138  グラフを描きながら、悪態をついていたが、少し冷静になって考えてみると、わけがわかってきた。流れる電流が1A近くなるとケーブルの長さが効いてきて負荷端では電圧降下が避けられないのだ。 

サイトで調べてみると、銅線の直流抵抗は意外に大きい。#24(アダプターで使われる一般的な太さ)の撚り銅線(錫メッキ)で1mあたり、0.09Ω(1kmで89Ω)。ということは、1A流せば、たった1mのケーブルで、0.1V近く下がってしまうのだ(往復換算)。

 大抵のアダプターのDC側のケーブルは2m近い。一生懸命、アダプターを取り替え、セメント抵抗をつけたりはずしたりしてグラフを作ったが、あまり意味がないことがわかった。手持ちの沢山のACアダプターの記録を詳しく公開するつもりだったが、誤解を招きそうなのでやめておく。

 この測定結果は、これまでのRaspiでのテストの状況と良く符合する。アダプターではなく、DC側のケーブルの長さや太さが大きく影響している。一番成績の良かったのは、例の秋月での長さ10cmの電源ケーブルが一番トラブルが少なかった。

 負荷端での電圧降下を少なくするのは、太いケーブルにするか短くするかが一番で、ケーブルの長さにかかわらず一定にするには、負荷端から電圧測定線(リモートセンシング)を引き出すような大掛かりな装置が必要だということも分かった。今回は良い勉強をさせてもらった。

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2017年5月19日 (金)

RaspberryPi 3の電源事情好転せず。ESP32に手を出す

 RaspberryPi 3(以下Raspi3)による監視カメラはほぼ完成したが、恐れていた通り実際の観測には重い腰が上がらなくなった。現役時代の習い性だろう(若い時はそうではなかったので、一種の職業後遺症)。こういうプロジェクトを計画なしに始めることに強い抵抗があるのだ。

 どんな仕事でも一旦始めると、それを中止する大義名分が見つからない限り止められなくなる習慣が出来ている。途中でやめることに強い罪悪感を覚える。作業を始める前に具体的な目的と目標を決めておくのが決まりになっている。

 これまでに何度か気楽に始めてそれが止められず、といって順調に事は進まず、その葛藤で、へとへとになってしまったことがある。とまあ、出来ない屁理屈をこねているが、実はそれよりもっと深刻なことがある。Raspi3そのものの動作がまだ安定しない。

 USBセルフパワーHUBと電源のACアダプターを共通にすると大量にHUBの方から電力を供給してしまう問題は、特定のHUBの逆流と結論付けたのだが、念のため単独でテストしたところマスター側には電圧がかかってこないし(LEDが点かない)、このHUBを分解して中身を確認しても、しっかりVBUS側にはSBD(ショットキーバリヤーダイオード)が入っていたりする。

 別のHUBに交換し、ケーブルを吟味した結果、定常的な電源容量不足は一時的に稲妻の警告がでるものの、相当な負荷をかけても(カメラと自前ブラウザーなど)、ほとんど落ちることはなくなった。しかし、今度は、本体そのものが電源を入れてもブートしなくなるというトラブルが発生し始めた。Dsc01110

 必ず起きるということではなく、何度か電源を入れ直したり、HDDにつながるセルフパワーHUBの電源を別にしたり、あとからUSBを接続したりすると正常にシステムが立ち上がるので、それほど神経質になることはないのだが、安心して運用テストに入れるレベルにない。

UARTの字化けはあっさり解決。ボーレートがおかしかっただけ(4/17/2017)
 
Tiny13を使ったRaspi電源制御装置も、最初、電圧低下でRaspi3では不安定だったのだが、ケーブルやHUBを交換しているうちに安定して作動するようになっている。この制御装置は、電流量のモニターが出来るので、このまま使いたい、しかし肝心のUARTシリアル出力が盛大な字化けをしているのが気になる。Dsc01111

 で、これを先に直すことにした。久しぶりにオシロを動かして、ボーレートを調べる。明らかに9600bpsのボーレートより遅い(1ビット10.4μsのはずが12μs近く)。ネット情報によれば、Teratermはボーレートが設定画面で自由に変更できるというのでオシロのタイミングに合わせてボーレートを下げてみたが(9600 -> 9000近辺)、不思議なことに全く改善されなかった。

 どうも他の原因が考えられる。自作のソフトUARTのソースコードをじっくり見直した。すると送信期間はボーレートを守るため割り込み禁止(cli();)にしているところを、ストップビットを出した直後、解除(sei())してしまっているのを発見した。 

 ふーむこれか。もしここで割り込みが入ってしまうと、規定よりストップビットが長くなって字化けする。ただ、シリアル出力は、500msに一回の電流測定のときだけで、かかる時間は、9600bpsで30 字だしてもせいぜい3ms(1文字10ビットで1ms)だ。他と被ることはないはずだ。

 しかし、さらにコードを調べていくと、待ち時間をループでなく8ビットタイマーで作っていることがわかった。それもその割り込みは1ms単位だ。もしかしたら、ペンディングになっていたタイマー割り込みがここで入ってUARTと被るのかもしれない。

 ロジアナでも持ち出して測れば一発で原因がわかると思うが、何しろTiny13は8ピンでプローブに使えるピンが一本も残っていない。面倒なので、ボーレートの調整と、この修正(割り込み解除をひとつずらしただけ)を一緒に直してテストしてみた。Ws000019

 ピンポーン!見事に字化けはひとつもなくなった。やっぱり被っていたのか。念のため、割り込み解除のステートメントを元に戻してみた。何と、何と。それでも字化けは解消している。被ってはいなかったのだ。

 単なるボーレートの修正だけで直ってしまった。通信ソフトのTeratermのボーレート変更では治らなかったのに何故だ?心残りではあるが、余りこればっかりやっているわけにもいかない。先に進もう。

10インチのHDMIモニターを入れてRaspi環境が改善(4/18/2017)

 現在のRaspi3のOSはJessieで、HDMIコンソールからブートするようになっている。今まではPCのHDMIモニターを共用にしてディスプレイのSWで切り替えていたのだが、電源のトラブルシューティングで頻繁に再起動をする状況ではどうも具合が悪い。 

 例の7インチIGZOパネルをこのときとばかりに使いたいのだが、1920x1080の解像度では、動画を見るのならともかく、コンソールは猛烈に字が小さくなりデバッグなどはとても出来ない。フォントを拡大するコマンドは入れたが、実用性に欠ける。迷った挙句、適当なHDMIディスプレイを別個に買うことにした。Dsc01115

 ウェブで調べてみる。沢山ある。10インチ近辺のモニターは、車載用のTVモニターの需要があるらしい。爆安店で探せば数千円で買えるかもしれないが、買いに行く時間が惜しい。通販でも1万円近くだせばスピーカーまでついた本格的なHDMIモニターが買える。アマゾンで注文する。良い時代になったものだ。

 ほどなく品物が届いた。タッチパネル式のスイッチ、リモコンまでついて立派なものである(1024X600)。動かしてみる。おおお、少し小さいがコンソールを見るには十分だ。これで格段にRaspiの開発環境は整備された。いちいちPCのディスプレイをスイッチで切り替えなくて済む。Dsc01116

 専用のディスプレイが出来たので、Raspi3そのものの整備が楽しくなった。Raspi3はBluetoothもあるし、NOOBSのデスクトップには、既にいくつものブラウザーが動くようになっている。電源問題が先に進まないので、つい色々なことに目移りしてしまう。

 前にも書いたが、Raspi3の性能は大したもので、ウェブサーフィンも殆どストレスを感じない。居間で使っているASUSの古いネットブック(CPUはAtom)より早いかもしれない。感心なことにデスクトップにはBluetoothのドライバーまでインストール済みだ。

秋葉原で久しぶりの買い物。秋月の最大ACアダプターなど(4/21/2017)
 暫くご無沙汰だった秋葉原に仕事の帰り立ち寄り、秋月電子でいくつか部品を買ってきた。これからの電子工作プロジェクトの候補である。現状が迷走しているので、何らかの起爆剤になることを期待している。

・LTC1799
オシレーターチップ。電波時計の電波(JJY 40/60khz)をこれで発生させ、ESP8266などで、ネットのNTP(Network Time Protocol)で得た時刻を標準電波形式にスイッチングする。要するに電波時計リピーター(別経路のリピーターだが)を作ろうというものである。

ウェブサーフィンをしているときに、これを使い、ESP8266のArduinoIDEで作っている記事を見つけた。電波の届かないところでも電波時計が使える。面白そうなのでとりあえずICだけを調達する。Dsc01129

・ソリッドステートリレー (シャープ 8A 250V)
AC機器をリモートで入り切りするために在庫がなくなったので補充した。これまでのESP8266が遊んでいるので、これにウェブサーバーを立てて、ブラウザーからの指示でAC機器を制御する。典型的なIOTの第一歩である。WiFiモジュールは、新しいESP32も買ってあるが、この程度の制御にはもったいないので別の用途を考えることにする。

・4Aの定電圧5V ACアダプター
 Raspi電源制御の切り札、秋月電子内の最大容量の5Vアダプターである。自前で強力な5V安定電源を作る前に、本当に電源容量だけの問題かこれで確かめようというもの。

・ブレッドボード用DIP基板のついたUSBコネクター    
 Raspi電源問題解明で何らかの回路をUSBバスに付加してテストするため。ブレッドボードでハンドリングできるDIPピンのついたUSB Aタイプコネクター。ブレッドボードそのものは接触不良のかたまりみたいなものだが、何とか藁をも掴む思いである。          

4AアダプターでもRaspi電源事情は改善せず。好い加減あきてきた(4/22/2017)
 当研究所には、5V定電圧ACアダプターなら山ほど揃っている。秋月で買った3Aと2.5Aのものを始め、例のUSBセルフパワーHUBの2.6Aや、2.1Aなど、数えてみたら5つもあった。

 今さら、さらに買い足す必要もないのだが、何となく意地になって4AのACアダプターを思い切って買ってみた(といっても¥900)。帰宅して、とるものもとりあえずまずこのアダプターの実験をする。しかし、残念ながらRaspiの電力環境は好転しなかった。これまでのACアダプターと殆ど変わりはない。

 相変わらず稲妻マークは出るし、時々最初のブートが効かない問題は依然としてなくならない。USBプラグを抜き差しすると変化があるので、アダプターの容量の問題ではなくこのあたりの接触不良の疑いも出てきた。

 ウェブで「電源 ロードレギュレーション向上」などのキーワードで、関連情報を探すが、出てくるのはプロ向けのおおがかりな回路設計の話ばかりで、アマチュアが手軽に試せるようなことは何も見つからない。

 本当は、自前で高性能の3端子レギュレーターなどでACから5Vにする定電圧装置を作るべきなのだろうが、このあたりは、素人なのでとっかかりがなく、もどかしい。

 解決の方向が見えない。ブートを失敗するのは、電源投入時の瞬間的な電圧降下であろうとあたりはつけているが、確認するにも現象が固定化されない(どのACアダプターでも起きる。長時間OFF後はほぼ必ず発生。一旦成功すると、そおあとは失敗しない)。具体的な手段が見つからない。段々飽きてきた。

Raspi3のオーディオ環境整備にはまっている(4/30/2017) 
 そういうこともあるが、このところはRaspi3の環境整備にはまっている。専用のディスプレイでデスクトップ環境が格段に使いやすくなったこともある。

 Raspiのオーディオは無印のころから、これまで全く手を出していない。Raspiのオーディオも結構人気のようである。まずはオーディオ関係を整備することにする。

 Raspi3にはアナログ(単なるステレオジャック)と、HDMI出力、それに情報によれば、入出力ピンにI2Sが出ているということだ。この10インチディスプレイはスピーカーがついているのでHDMIからの音が出るはずだ。Dsc01128

 とりあえずRaspi3のデスクトップのメニューバーにオーディオ選択のダイアログがあったので、これをHDMIにしてみる。ブラウザーで適当な音源を選び音を出す。簡単に音が出た。小さなスピーカーなので音質はお世辞にも良いとは言えない。「音も出ます」程度の音である。

 次は、アナログである。内蔵DACは11ビットというのでこれも音質は期待できない。ヘッドフォンを取り出しジャックにつなぐ。おやあ、シーッと量子化ノイズが耳ざわりだ。11ビットならもうちょっと良いはずだが。

 音を出してみる。小さいスピーカーに比べれば、音はましだが、やはりノイズが気になる。ウェブで評判を調べる。うーむ、このアナログの評価は散々だ。

RaspiAudioの音質不良はrpi-updateで少し改善。Bluetoothも(4/28/2017)
 ウェブをさまよい歩くうち、Raspiのアナログ音の出力は、ここのサイトによるとファームウエアがバグっていてサンプリングビットが1ビット少なく10ビットになっているという情報を得た。(オリジナルはここ

 ここには、バグの修正版のダウンロードサイトも紹介されている。2012年の古いパッチのようだが、正規のupdateにはなっていない。現在の最新バージョンには反映されていないようだ。ふーむ、恐らく何か別の不具合があってのことかもしれない。

 まあ、ものは試しである。一式をダウンロードして、インストールしたあと、ファームウエアの書き直し、rpi-updateをかける。エラーもなく順調にrpi-updateは終わった。

 音を出してみる。うーん、少しは良くなったか。確かに少しノイズが少なくなったが、音は驚くほど良くなったとは言えない。まあ11ビットDACは、二昔前のPCのサウンドカード程度なのでこれ以上の向上は無理のようだ。

 Raspiオーディオで検索をかけると沢山ヒットする。いわゆるハイレゾオーディオの中継基地として安上がりなのが人気なのだろう(この手のオーディオ機器は信じられないほど高価)が、当研究所は今のところハイレゾ再生には行かないことにしている。

 というので、次はBlueToothでの音の再生にチャレンジした。キーボードは動いたが手持ちのBluetoothヘッドフォン(サンワのMM-BTSH30)は、認識はするものの、音がすぐ切れる。ブラウザーや、デスクトップのScratchという教育ソフトの猫の音もでないので、BlueToothの問題だと放置していたのだが、あるとき、コンソールから、

aplay /usr/share/sounds/alsa/Front_Center.wav

というコマンドを入れたら、何と、Bluetoothでの音の再生に成功した。だとすると、ウェブに沢山情報のあるとおり、bluetoothのオーディオパッケージBluezと、これまでのLinuxのオーディオALSAとの衝突がどこかで起きている可能性が高い。

 Raspi内のどれかのオーディオパッケージをインストールし直せば、うまく行くのかも知れないが、問題は深そうで簡単に行く話ではない。ウェブでは調べた限りでは、こういう話題がヒットしない。解決策が見つかる可能性は低い。これも少々あきてきた。

ESP32-WROOM-32のテストに着手する(5/4/2017)
 というので、このあいだ買ったままになっていたESP-WROOM-32(以降ESP32)を試してみることにした。このESP32はWiFiモジュールESP-WROOM-2(以降ESP8266)のグレードアップ版である。Dsc01127

 中華製のWiFiモジュールには信じられないほど安価なのが多いが、日本の電波機器の技術適合証明、いわゆる技適をとっていないのが殆どである。しかし、ESP32はいち早く技適をとり、秋月からはPCへのUSB-UARTまで装備したブレークアウトボード(¥1480)も売り出された。単体の値段もESP8266と殆ど変わらない(¥550 と¥700)。

 これまでのESP8266の弱点、CPUが遅い、I/Oピンが少ない、SRAMの量が今一つという不満を一気に解消しており、これはお買い得と、少し前、予定もないのに単体と、ブレークアウトボードをひとつづつ買ってしまってある。

 以前ESP8266で画像付きのサーバーを作ったことがあるが、画像を出すだけ一息の時間が必要で、簡単なGPIOの操作ならまだしも、ちょっと手の込んだ遠隔制御には使えそうになかった。それがこのESP32ではだいぶ使えそうである。

 その割には日本ではまだブレークしていないようだ。技適はついているし、秋月などでもオリジナル(Espressif)社のブレークアウト基板を廉価で出しているに不思議だ。調べてみて何となく理由がわかった。

 どうもESP8266ほど周辺のソフト開発環境が進んでいないようだ。ESP32の開発元、Espressif社が、Arduinoではない独自の開発環境 ESP-IDEというのを作ったようだが、そのあたりの情報が不足している。一本道ではなく、いくつもの開発環境があるというのは、初心者にとってはかえって弊害になる。

 検索をかければ、ウェブには山ほど紹介記事が出てくるのだが、どれも今までのものと何か違和感がある。一例をあげれば、ここなどは、懇切丁寧な記事の大部分は、トリッキーな空中配線や、ブレッドボード上の配線法なので、読み流しているうち、急に複雑なウェブサーバーの紹介になってびっくりする。 

 ここのサイトは、詳細なESP32の情報が掲載されている。でも、ここの情報だけで、初心者がESP32を動かすことは難しいだろう。膨大な情報があるが、多すぎて、恐らくどこかで折れたら(書かれている通りに動かないなど)最後、手も足も出なくなるだろう。

 この違和感は、これらサイトの筆者の責任ではない。明らかに電子工作のやりかたがArduinoなどをきっかけに大きく変わってきたからではないだろうか。要するにハードやソフトウエアの複雑さが比較にならないほど大きくなって、全貌を簡単に把握できなくなっているのだ。

 結論から言えば、素人が手を出しにくい。WiFiによるスマホとの連携ひとつをとっても、その実現は膨大な技術の蓄積で可能になっている。本当の初心者なら電子工作はもっと少ない要素でできている8ビットのPICやAVRで経験を積む方が結局早道なのではないか。

 悪態をついてばかりいても先には進めない。とりあえずは開発環境から整備を始めることにする。何しろ沢山サイトはあるが、ちょっと目を通しただけではなかなかわからない。当研究所には、ESP8266を開発したArduinoIDEがある。当然この環境と一緒にしたいのだが、このあたりの解説が少ないのである。

ESP32のWiFiサーバーまであっさり動く(5/10/2017)
 このサイトを参考に、既存のArduinoIDEに、ESP32関係のパッケージをインストールする。ここを見つけるまでは、殆どのサイトが新規にArduinoIDEをインストールするところから始まっているので苦労した。要するに既にArduinoIDEがあるのなら、所定のディレクトリーにダウンロードしたパッケージを解凍して入れるだけで良い。IDEを再始動すれば、すんなりESP32関係がロードされる。

 ハードの方はいたって簡単だ。ブレークアウトボードなら、追加する配線は殆どない。LEDと制限抵抗を適当なGPIOピンにつなぐだけである。電源はとりあえずUSBから貰う。ここも電源問題が大変なようだが、まあ、実験レベルなのでこのまま行く。

 ArduinoのLチカのコードをコピペし、ビルドする。何事もなく、終了した。次は、ファームへの書き込みである。おお、無事に書き込みが始まったようだ。心なしかESP8266より速いような気がするが、これは、ファーム焼きこみのシリアルの速度が921600bpsとべらぼうに早いためで、本体が早いわけではないようだ。

 ファームの書き込み終了のメッセージと同時に、LEDが点滅し始めた。あっけなくLチカ成功である。ブレークアウトボードのおかげで、前の手製のESP8266開発キットに比べると、動作モードをタクトスイッチで切り替える必要がない(勝手にボードでGPIOピンを切り替えてくれる)。

 勢いに乗って、WiFiサーバーまで動かしてみることにする。ESP32のライブラリーにある、SinpleWebServerのソースを読み込み、このサイトを参考に、Lチカで使ったLEDをブラウザーからスイッチするコードに組み替える。

 これもビルド、ファーム書き込みともNO ERRORで終わった。立ち上げる(といっても何もしないで良い)。恐る恐る、PCに戻り、ESP32のIPアドレスを調べ(まだ固定化していない)、該当のIPアドレスでアクセスする。Ws000020

 やった。小さなメッセージだが、サーバーからの画面が出た。必要な所はクリック可能な色に変わっている。ONのところをクリックする。おめでとうございます。LEDが点いた。とりあえずESP32はウェブサーバーまであっけなく動くことが確認された。

 これから、ESP8266とどの程度高性能なのか調べていくことになるが、紙数も増えてきたので、このあたりで記事を区切ることにする。

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2017年4月16日 (日)

motionの動体検知はRaspi3の電源が安定しない

フィールドテストの開始(3/25/2017)
 適当なパラメーター(前記事参照)を設定して、いよいよmotionによる自宅前の道路の動体検知の監視を始めた。道に面したサンルームのブラインドにカメラのレンズが通るだけのの隙間をわずかに開けて、そこに三脚に固定したカメラを設置する。外から見ると、ブラインドに隙間が空いて何か不自然だけれど、実験なのでとりあえずはこのままに。

Dsc01104 RaspiはWiFiにしたので引き回すケーブルは電源ケーブルだけで良い。設置は楽になった。HDDは三脚の下に置いた菓子折りの空き箱にHUBと一緒に載せる。電源スイッチを入れてその場を離れる。地下の工作室に戻ってPCからSSHを開き、motionを起動する。

 よーし、これでmotionは、ストリーム画像を送りながら、動きがあった時だけ、動画(aviファイル)と静止画(jpegファイル)をSAMBAサーバーの所定のフォルダーに画像を残していくはずである。念のため、PCのブラウザーでストリーミングを確認する。うむ画像が出た。102017032517352505 小一時間、カメラをサンルームに置き、データを収集した。ファイル数200ばかり。容量にして80MBくらいが溜まった。これくらいなら一日放置しても大した量にはならないか。

 データの中身をチェックする。自動車は監視対象ではないが、動体検知するのは車のときが殆どである。カメラの位置は進行に対して90°なので自転車の追尾は結構難しい。この場所からでは流れ映像しか撮れない。

 歩行者は問題なさそうだ。動体検知画素数1000程度で十分捕捉している。それでもタバコを人家の庭にポイ捨てする不届き者の人相を完全に把握するのは難しそうだ。 Ws000017

 ファイルは動体検知をしたセッション単位にひとつづつ数が増えていく。現在は、イベント番号(検知セッションの中での連番)というのがファイル名の先頭に来るので、ソートがうまくいかない。ファイル名を工夫しないといけない。

監視カメラの仕様がなかなか決まらない(3/28/2017)
 フィールドテストは始まったが、本格的な運用に入るまでに解決しなければならないことがブラインドの不自然な隙間だけでなく、まだ沢山ある。

 現在、撮影は室内から窓ガラス越しにやっているが、本当は外に置きたいところだ。しかし、外に置くとなると、カメラの防水、防風、防塵などの対策がただちに大ごとになる。レンズを近づけてガラスの影響を少なくする場所があれば良いのだが、今のところ都合の良さそうな所は見つからない。

 また、三脚にカメラを固定し、付属物を横に置いているが、これももう少し工夫したい。掃除はしにくいし、機動的な移動はできない。それに、まだ猫に気づかれていないが、HDDは僅かだが音を出す。長時間放置した場合の音に敏感な猫の対策も考えておかないといけない。

 さらにカメラの運転仕様が悩ましい。吸い殻を捨てる不届き者の特定を当面の目標にしているから、長時間の監視が求められる。人通りの少ない早朝か深夜が考えられるので、もしかしたら赤外線カメラにする必要があるかもしれない。自動的な時間制御もあった方が良い。

 出来上がった映像のチェックがこれまた大変である。motionを使っているので、歩行者、自転車が通過するときだけの映像になっているはずだが、映像をチェックするPC側のビュワーの機能だけでなく、現在のファイル名を今よりもうすこし合理的なものにしたい。

 先述したように、現在のmotionの録画したファイル名の先頭は、ひとつの動き検知のなかの複数の動きの番号(イベントNo)で、ソートするときとても不便である(ここの1や2は余り意味をなさない)。これはmotion.confのファイル名設定で換えられそうだが。Dsc01110_

 世の中の監視カメラの整理はどうやっているのだろうか。やっぱりしらみつぶしに映像を見ていくしか能がないのか。悩ましい所である。

電源制御装置を入れるだけで電圧降下の警報マークが出る(3/29/2017)
 フィールドテストをしながら、Raspiを安定して動かす電源の検討をしている。Raspbianのデスクトップには、電力不足になると画面右上に警報の稲妻型のロゴが出る(4.65V以下)ことを知り、これで、たくさんあるこれまでのACアダプターの性能比較が楽になった。

 ブート時はCPUにロードがかかり手持ちのすべてのアダプターで一部に稲妻が出る。結構敏感である。しかも必ずしも容量の大きい(流せる最大電流)アダプターの方が安定しているとは言えない。秋月の5V 3Aより、セルフパワーHUBについていた容量表示が2.6Aの方が何故か稲妻の出方が少なかったりする。ただ、少々稲妻が出てもすぐRaspiがダウンするわけではない。

 電源ケーブルとして使っているUSBケーブルでも大きな違いがある。太いケーブルの方が相対的には良いが、これとて余り長いと細い短いケーブルに負ける。秋月電子のRaspi専門の商品棚にあった長さわずか10センチくらいのUSBケーブル(タイプA->マイクロB)がやはり最強だ。

 先だって作った自慢のRaspiの自動電源制御装置(スイッチ押下で電源が入り、シャットダウンで小電流になると電源OFF)は、レギュレーションを間違いなく悪化させる。これを経由させると稲妻が出る頻度が高くなり、システムが不安定になってしまうことがある。

 この電源制御装置は0.22Ωのシャント抵抗で電流を計測している。500mA流れても、0.1Vの低下にしかならないので影響は少ないはずだが、どうしてなのだろう。

 以前買った、USBソケット内にLCD電流計を入れたやつはもっと良くない。入れただけで電圧が下がり、正常に立ち上がらない。表示は4.7V以上だが、恐らく瞬間的な大電流のとき表示以上の電圧降下があるのだと思われる。Dsc01113

 オシロでこの瞬間的な電圧降下を測定したいと思うが、トリガーをどうかけて良いのかわからない。入力をACにして、高感度にし、トリガーをnormalやsingleにしてみるが、全く引っかからない。

 こうした瞬間的な降下を回避したいのだが、どうもうまく行かない。下手なインダクターは無用の直流の電圧降下があるし、コンデンサーも大容量のものが既に付いている。これ以上の追加は突入電流が心配だ。

 どうも、Raspiの電源コネクターになっているマイクロUSBのソケットを疑いたくなってきた。2A以上の電流が流れるというのに、あの接点の小ささは気になる。あまり結果は期待できないが、これも例のやり方に替えて試してみることにする。

電源をGPIOピン経由にしても改善せず(4/1/2017)

 それは、以前の無印Raspiで愛用していた、GPIOピン配列に一緒に設定されているVccピンに直接5Vを供給する方法である。無印RaspiはUSBからのパワー供給は、ポリスイッチが間に挟まっており、こいつが悪さをして電源が安定しなかった。

 このポリスイッチを無効にすることで安定化したのだが、最も簡便なのはそのあとにピンに出ているVccピンに電源を供給してしまうことである。ポリスイッチが有効に動くのは、raspi基板内でショートなどで電流が流れることで、それは通常考えられない。これがなくても余り問題にならないという判断である。

 今度のRaspi3は、電源供給用に特化したUSBマイクロソケットがついており、その先の配線はRaspi2までと変わることはない。しかし、マイクロUSBのような小さな接点で、2Aを越す電流を安定的に送れるとは思えない。不安定さの要因のひとつになっているのではないか。

 そこで、前の無印Raspi同様、GPIOピンのVccに電源を供給し、いくつかの同じテスト(ブラウザー2本立ち上げ、motion動作、自分でストリーム受信など)をやってみた。残念ながら、マイクロUSBからの給電に比べ大きく改善されることはなかった。

電源制御装置で奇妙なトラブルにはまる (4/3/2017)
 問題なさそうなケーブルやACアダプターを選んで、何とか自作の電源制御装置を入れても安定して電源が供給されるようになった。

 ただ、SAMBAサーバーに使っている2.5インチHDDの電源供給(USBから給電)は、ただでさえ逼迫しているRaspi3の電源事情を考えて、当初から、セルフパワーのHUBを追加している。しかし、これでは、監視カメラを動かすのに2台のACアダプターが必要になり、取り回しが悪い。

 そこでせめて、ひとつだけのACアダプターでRaspi本体と、HDDをドライブするセルフパワーのHUBの電源にしようとした。ただ、セルフパワーHUBのACアダプターの受け口は、当研究所標準の2.1ミリジャック(秋月電子の標準と同じ)と違うので少々の加工が必要である。

 ところがこのテストをしているうち、妙な挙動に悩まされることになった。電源制御装置にACアダプター端子を追加し(単に入力をパラにしただけ)テストした時のことである。ブートしてRaspiのデスクトップ画面が順調に立ち上がった途端、電源制御のリレーが動いて切れてしまった。

 はじめは過電流が流れてRaspiがリセットしたのかと思ったのだが、勿論そんな状況ではなく、正確にリレーが働いて電源を切っており、症状は再現する。つまり、これはRaspiの消費電流量がシャットダウン時とみなされるまで低下していることを意味する。これはおかしい。Raspiは電源が切れるまで、ブートメッセージを始め、正常な動きをしている。Dsc01109

なんとUSBセルフパワーHUBが犯人(4/5/2017)
 こういう状況を放置しておけないのが所長の習性である。何が原因なのだろう。突き止めるまでは先に進めなくなった。幸いこのTiny13の電源制御装置は、裏蓋を開けるだけでデバッグ用のUARTにアクセスできる。字化けが何故か多いが(未解明)、そのときの消費電流と測定カウント、インターバルなどを表示する。

 このUARTをつないでスタート時からの電流量をモニターして驚くべきことが分かった。何と、このHUBのときは、Raspiには通常の1/3の電流しか流れていない。Raspiは普通、立ち上がりの時はかなり電流が流れるが、デスクトップが出てしまえばRaspiは200mA前後に落ち着く。これが通常の1/3だとシャットダウン時に想定している最高電流80mAを下回る。で、制御装置はシャットダウンと判定したのだ。 Dsc01111

 しかし、電流量が減ったのが全く理解できない。ブートは通常通り行われており、問題はない。するとHUBの電源を共通のACアダプターからとっていることが、これまで違ったところなので、これが原因であることは明らかである。しかし、理屈が合わない。USBコネクターから電源が供給される?そんな馬鹿な。

 試しにHUBを取り替えて別のHUBにしてみた。ははは、この問題は全く解消した。本当だ。セルフパワーのUSB-HUBの中には、スレーブからでもマスターのUSBパワーの電源を戻してやることがあるのだ。

体制は整ったが、突然、工作意欲がなくなる(4/14/2017)
 妙な現象は、手持ちのセルフパワーHUBの特性であることがわかった。症状の出ない別のHUBに切り替え、Raspiの監視カメラの電源整備はとりあえず一段落である。

 三脚の上にカメラ付きのRaspi3を置き、そこから電源用と、HDD接続用のUSBケーブルを2本出す。三脚の下にHDDとセルフパワーHUBを配置し、そこからACアダプターへの電源ケーブルを引くというレイアウトである。Dsc01108

 これをサンルームに持ち込み、テスト開始と意気込んだところに、珍しく風邪を引いた。これがかなり酷く、熱は微熱なのだが咳が止まらないうえ、声がしゃがれて出なくなった。こんなに喉をやられたことは記憶にない。無精して医者に行くタイミングを逃し、家人からあきれられた。

 そんなことで、突然工作意欲が湧かなくなった。電源制御装置のモニターのUARTの字化けを直そうと、久しぶりにAtmelStudioを立ち上げたりしているのだが、次の一歩が出ない。実はこのあいだネットで評判になっているESP8266の発展版、ESP32も買ってきてあるのだが、これも手が付かない。

 これまでにやった工作らしい工作は、傘の骨の修理(東急ハンズで修理用パーツをゲット)。DVDレコーダーリモコンの修理(これはカラ割には成功したが赤外線LED点灯せず。アマゾンで買い直し)。このあいだてこずったRaspiのBlueToothのテスト(キーボードは簡単につながったが、タイムアウトがあって使いにくい)、と脈絡のないことばかりである。

 まあ、これは意欲が戻るのを待つしかない。ブログもこのままではまずいので、とりあえず、中身はないが、これまでの報告ということで。

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2017年3月25日 (土)

RaspberryPiのmotion動体検知の実用化に向けて

 このところRaspberryPi(以下Raspi)にはまっている。これを電子工作というのにはちょっと抵抗があるが、システム開発と言うのも何か大げさだ。まあ、Raspiは簡単にI/Oピンをいじれるマシンなので電子工作と言っても間違いではないだろう。

 巷(ちまた)には、Raspiに関する情報は溢れかえっている。しかし実用的な工作まで解説しているサイトは意外に少ない。あっても、詳しいのは導入までの工程で、そのあとの作業について解説しているところが少ないのだ。

 監視カメラに使うといっても、電源や、設置場所、耐天候対策、映像データの蓄積・管理など、検討すべき項目は数多い。この分野も既に専門家による大きな市場ができているので、素人が立ち入る場所がなくなっている。アマチュアがちょっと手軽にやってみるときの情報が少ないのは仕方がないのかもしれない。

 それに、アマチュアは作って動くところまでが楽しみで、動いてしまうと急激に興味が薄れるものだ(かく言う所長もその傾向を否定できない)。しかも、応用の方向は個人によって千差万別なので、参考にならないことが多い。このあたりは自分なりに開拓していくしかないのだろう。Dsc01068

 それはともかく、やっとmotionで想定した通りの動体検知システムが動き始めた。この監視カメラの運用までは、まだやることが沢山あるが、とりあえず一段落したのでブログに報告する。例によって時系列でまとめてあるので、話題が飛び飛びになることはご勘弁願いたい。

サブネット越しの名前解決(3/8/2017)
 直前の記事は、Raspi3をWiFiでつなぎ、SAMBAサーバーを動かすところまでだった。WiFiそのものは何事もなく動き、映像ストリーミングも快調に流れるのだが、SAMBAがなぜか通らない。撮りためるmotionの映像データは、何もしないとすべてRaspi3のSDカードに収容されるので、SDカードの耐久性が心配で、別のメディアを用意しておきたい。

 SAMBAにしておけば、リモートから監視映像を確認することもできるので一石二鳥だ。というので、SAMBAにこだわっているのだが、有線なら通るSAMBAが無線のWiFiではつながらないのである。

 WiFiルーターはブリッジで使っている(はずな)ので、同一のサブネットだと思うのだが、どうもSAMBAサーバーでは別のネットになるらしく、WindowsがRaspiを見つけられない。

 調べてみると、ウェブでは既知の問題点らしく、色々なところで解決法が紹介されている。要約すると以下のようになる。

(1)直接、PCでSAMBAサーバーのIPアドレスを指定してリモートドライブを定義する。WiFi越しでも通る(はずだ)。

(2)PC側のhostsファイルにサーバー名とIPアドレスを登録する。Windowsにもhostsファイルがあるとは知らなかった。しかし、これがとんでもないところにある。C:\Windows\system32\drivers\etcという深いパスの下にある。

(3)PC側のlmhostsファイルにサーバー名を登録する。これが正道なのだろう。lmhostとは、NetBIOSというWindowsのネットワークサービスの名前解決法である。このファイルも、hostsファイルと同じディレクトリにある。

 それぞれ試してみた。(1)は問題なく動いた。但し、固定アドレスをいちいち打ち込むのは運用上うまくない。他をあたってみた。(2)は、最初このファイルを変更することが出来なかった。さらに調べて、管理者権限が必要とわかり、エディター(Terapad)を管理者権限で実行させて変更に成功した。これも問題なくPCはサーバーを見つけてくれた。

 (3)も(2)と同じやりかたで、ホスト名とIPアドレスのセットを登録すると、WiFiでもSAMBAが動くようになった。一番、もっともらしい(3)にする。

Raspi3不調。OS入れ直し(3/9/2017)
 Raspi3の新機能のうち、まだ試していない機能がある。Bluetoothである。ただ、現在は、Bluetoothは、シリアルコンソールのUARTとぶつかるということで、停止している。実際に、ウェブにあるBluetooth関連のコマンドはエラーで戻って先に進まない。

 しかし、情報によれば、シリアルコンソールは、RaspiのBIOSにあたるconfig.txtに、クロックを固定する core_freq=250という設定だけで正常に戻るというのである。しかもBluetoothも動くという。

 今、Bluetoothを使う必要はないのだが、この方法が果たして有効なのかを確認するためBluetoothを動かしてみた。確かに、Bluetoothのセットアップコマンドは有効になり、Bluetoothが動き始めたような感じになった。

 ところが、Bluetoothのディバイスを持ち出して動作を試そうとしている間に、何故かRaspiそのものが正常にブートしなくなったのである。延々とエラーメッセージを吐き出すだけでブートが終わらない。ログインプロンプトまで行かないので何もできない。

 これまで加えたUART関連の変更(config.txtはPCから操作できる)を少しづつ元に戻してみるが、現象は変わらない。一番最初まで戻ったが、同じ状態である。恐らく何らかのBluetoothの設定ファイルが作られてしまい元に戻らないのだろう。設定ファイルをいじろうにもシステムが立ち上がらないので手の施しようがない。暫し途方に暮れる。

 余計なことをして、全く先に進めなくなってしまった。こういうときの一番の解決法は、OSを作り直すことだ。あれこれ悩んでいるくらいなら最初からシステムSDカードを作り直す方が手っ取り早い。Noobs

 手元に16GBのSDカードが見つかった(安売りショップで余りの安さに衝動買い)ので、今度はここに本格的なRaspbianをインストールしなおすことにする。ウェブを改めて調べる。どうも以前と様子が違ってOSのインストール方法が変わったようだ。

NOOBSって何だ?(3/10/2017)
 RasPiも例によって横道からつまみ食いをして動かしてきたので、最近の動向が良く見えていない。このNOOBSというやつが良くわからない。ウェブをさらにさまよい、これが複数のOSを選択インストールできる最新の方法であることがわかった。

 以前やっていたOSのカーネルをイメージファイルで、そっくりコピーする方式はどこへ行ったのだろう。ちょっと探したところでは見つけることが出来なかった。で、このNOOBS方式(ノービス、初心者向けということか)を試してみることにする。

 どうもこいつは、HDMIケーブルを使った画像デスクトップを要求するようだ。Raspiのデスクトップは、この前のSharpの7インチIGZOパネルを用意していたが、これが新しいOSで動くためには、またあのconfig.txtに修正を加える必要がある。面倒なので、PCのディスプレイと共用にする。

 太いPC用のHDMIケーブルを接続し、SDカードに展開したファイル群に起動をかける。よーし、画面にそれらしい起動画面があらわれた。ここではおなじみのRaspbianを選ぶ。他の選択肢にも興味をそそられたが他のは情報が圧倒的に少ないので選択の余地はない。

 Windowsと同じようなビルド画面が延々と続き、数十分でセットアップは終了した。そうか段々こいつもWindowsに似てきたな。キーボードとマウスをUSBハブにつけ準備を整える。順調にデスクトップが立ち上がる。ウェブブラウザーは既に日本語化されていた。20170324234018_1920x1080_scrot

 それにしてもあらためてRaspi3の速さを実感する。1920x1080の画面がスムーズに動く。ネットサーフィンも全くストレスなしに楽しめる。Linuxで動かす分にはもう十分な実用性があるように思えた。

新しいOSはデスクトップからでしか動かない?(3/13/2017)  
 デスクトップからの立ち上げには成功した。ところがシリアルから立ち上がるコンソールが動かないのである。SSHは動くが、シリアルは無反応である。シリアルはハードに直結しているので、ネットがおかしくなったり、デスクトップがおかしくなった時の緊急時のために動かしておきたい。

 ウェブを探していたら、何と、Raspi3からはシリアルはオプションで通常はdisableだという。(ここがとても参考になった。)

 あわてて、デスクトップの仮想ターミナルで、raspi-configを入力し、シリアルをenableにしようとした。なんと、そこにはシリアルを有効にする項目がないのである。ありゃー、これはどういうことなのだ?

 気を落ち着けて、ウェブの説明を最初から読み直す。なになに、デスクトップの「設定」メニューにはシリアルのenable/disableボタンがあるではないか。画面から「設定」を選び、最初のconfig.txtの部分を開く。ほんとだ。ちゃんとある。

 これをenableにして、rebootをかける。おおー、コンソールにブートメッセージが戻ってきた。やれやれ、これで一安心である。それにしても、以前のイメージファイルからのOSは何だったのか。

Raspi3は少しづつ元に戻る。マウントの制作(3/15/2017)
 OSを入れ直して、さらにWiFi化や、SAMBAサーバー、motionのインストールなど原状復帰の作業を進める。そのかたわら、定点監視カメラの本格的な実装に向けた工作も始めた。

 まず、ヨドバシでカメラ用の安い三脚(¥4000)を手に入れ、マウント台をアクリル板から自作する。マウントへのRaspiの固定は当初は輪ゴムで良いだろう。本格的にはいずれ別の方法を考える。Dsc01067

 久しぶりのアクリル工作である。楽しい。アクリル板からRaspiを載せる10X8(cm)の台座と、固定用の1/4インチボルト(これは万国共通のようである)を埋め込む2枚のホルダーを切り出す。以前、USBカメラを固定するのに使った方式と全く同じやり方である。

 これを2液混合のエポキシ系接着剤で接合した。乾燥のため一日放置し、これで丈夫になっただろうと実際に三脚に付けてみた。これが何と、少し力をかけただけでポロッと簡単にはがれてしまった。

 えー、エポキシ系ってアクリルにはつかないのか。前のUSBカメラのときは問題なかったのに。あわててGoogle先生にお伺いを立てる。接着面があまり滑らかだと接着力が落ちるらしい。そういえば前のUSBカメラの表面は梨地だった。

 そこでアクリル板の接合面を紙やすり(#200以下)で表面が曇るまでこすり、念のため別の新しい2液混合の接着剤にしてやり直してみた。今度も一日乾燥させる。試してみた。うむ、今度は大丈夫なようだ。 Dsc01071

 ついでに、近くのDIY店で、滑り止めのゴムシート(厚さ1ミリ、商品名エラストマーシート)を買ってきて、台座に合わせて貼り付ける。これは強力だった。輪ゴム程度の固定でしっかりカメラは固定された。よし、これで定点カメラの固定は万全になった(屋内専用)。

カメラモジュールのパイロットLEDの明度を下げる(3/17/2017)
 定点カメラにするためには直しておきたいところがある。カメラモジュール正面のLEDだ。動き出すと赤く光るのでわかりやすいが、カメラの正面に煌々と赤い光が点くのはまるで威嚇しているようにみえてまずい。

 このLEDをソフト的に消すことはできる。設定ファイルのconfig.txtで、disable_camera_led=1とすれば消えるが、カメラが動いているかどうかの確認が出来なくなるのも困る。

 そこで、LEDの位置を変えようとカメラモジュール基板を色々調べる。カメラチップのピンがビアを通して正面に出ている。これを利用して裏に移すことを考えたが、裏面にはスペースが余りない。しかもこれはかなりな手間だ。 Raspiled

 で、結論はLEDの制限抵抗を増やして暗くすることにした。基板についている抵抗は220オームである。どれくらいの抵抗が良いのか、適当な赤LEDをブレッドボードに差して(同色なら似たような特性と仮定)試してみる。

 10Kオームくらいでも結構明るく輝く。100Kではさすがに暗すぎる。久しぶりに例の低温ハンダを持ち出す。LEDのところに広がらないよう細心の注意を払ってハンダをつける。よーし、簡単に抵抗ははずれた。低温ハンダをハンダ吸い取り線で入念に除去する。

 部品箱の中から昆虫採集のように残してあったチップ抵抗のコレクションから10KΩを探し出し、交換する。パターンは1005だったが、手持ちの1608でも実装可能だった。交換作業は30分もかからなかった。

 試してみる。うん、10Kでも明るすぎるくらいだが、これくらいなら目立たないで良い。いや、くだらない作業だったが、何かとても充実した気持ちになった。

本格的なmotionの設定。画像はとれたが管理が大変(3/22/2017)
 準備が進んできたので、いよいよ、motionの監視用のソフト仕様の検討に入る。motion.confの膨大な設定パラメーターを、我慢して最初から読みはじめる。

 バージョンに新旧があるようで少し混乱するが、読み込んでみるとそう難しい構造ではなかった。大きく分けると静止画(動きを確認したところでのスナップショット)と、その前後の動画の2種類をアクションごとに保存していくようだ。Motion1 Motion2

 沢山のパラメーターがある(動きを検知する前の画像の処理とか、動かなくなってからの動画の記録をどこで止めるとか)。

 管理的には、スナップショットの静止画と、動画は別々のフォルダーに残しておきたいが、これはどうも無理なようだ。

 記録を始める動きの範囲の大小は、実際に動かして見て決めるしかないだろう。ファイルの置き場所は、SAMBAのHDDに指定する。とりあえず、以下のようなパラメーターで監視を始めることにする(変更したところのみ)。

width 640     (320)      Raspi3ならこれくらい画像を大きくしても十分見られる
height 480    (240)
framerate 12  (2)          あまり大きくすると時間遅れが大きくなるようだ
netcam_keepalive on (off)       HTTP/1.1を使ってストリーミングの性能向上
threshold 3000 (1500)             これはとりあえず。これでも結構敏感に反応する
pre_capture  1    (0)                      検知する前の画像も記録する。
event_gap    5    (60)                     検知したあと、不感となる時間(秒数)
max_movie_time 10  (0)                 動画記録の最大時間(秒数) 0は制限なし
output_captures best (on)        検知した一連の画像のうち最大変化量の静止画を残す
output_debug_pictures on (off)   静止画を検知するときの2値化した画像で残す ffmpeg_output_movies  on (off)    検知した時の動画を記録する
locate_motion_mode    on (off)     検知した画像の部分を4角で囲む
target_dir /SAMBAファイルのパス (/var/lib/motion)記録データの保存場所
stream_motion   on  (off)            ストリーム配信をする
stream_maxrate  20  (1)          ストリーム映像のフレームレート
stream_localhost off     (on)        ストリーム配信を自分以外にもする
webcontrol_localhost off   (on)  各種パラメーターの設定を自分以外でも変更可能

 以上の設定で、工作ルームでのテストでは、手を振ったり、動いたりすれば確実に画像が記録されるのを確認した。これが実際の道路を移して所定の画像がとれるのかはわからない。

Dsc01070  このあとは三脚をサンルームの道路に面した場所に置き、観測を開始することにする。さて、どんな映像がとれるか、久しぶりにわくわくする気分である。このあたりで今回の記事は一区切り。次回をお楽しみに。

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2017年3月 6日 (月)

やっぱりRaspberryPi3は早い

 RaspberryPi(以下Raspi)の定点カメラのハードとOS周りの整備は完成した。次はアプリである。定点カメラの細かい仕様は、まだ決まっていない。とりあえずは、通行中の人や車をチェックする(家の前で何が起きているか監視する)ぐらいのことを考えておく。厳密なものではない。

無印Raspiは遅い。motionはすんなり動いたがカクカク(2/3/2017)

 満を持して無印Raspi(初代のRaspberryPi B)に、motionパッケージをインストールする。Raspi3は電力消費が大きいので、無印の方で動くなら動かしたい。無印RaspiのOSはこのあいだ更新した。アプリを入れる前にapt-get updateと、upgradeをかける。

 うーむ、何かエラーが起きているようだ。updateが進まない。エラーメッセージは「サイトが見つからない」と怒っている。えー何故だ。apt-getを中止して、pingをかける。何だ何だ、ネットワークが外へ出ていっていない。

 そう言えば、RaspiのIPアドレスを固定にするため。staticアドレスに変えた。設定ファイルを確かめる。DNSはちゃんと定義してある。何で行かない? 面倒なので、DHCPに戻す。問題なく外部へpingが通り、apt-get updateは無事終わった。upgradeに入る。これがまたえらく時間がかかる。小一時間かかった。件のmotionの方は何のことはない数分でインストールされた。

 このあと、IPアドレス設定ファイル(/etc/dhcpcd.conf)の中を見るともなく見ていて、とんでもないミスを発見した。DNSを定義する設定行domain-name-servers=XXX.... が、server=になっていた。Linuxは無口で、こういう誤りは教えてくれない。

 motionの設定でもまた少しまごついた。最初の設定値(デフォルト)ではサーバー外へのストリーミングを許さないのだ。ウェブ上の情報と、実際のパラメーターの名前が微妙に違うので結構混乱する。それにしてもこの設定量の多さには辟易する。ここの記事が親切だ。

 エディター(nanoこいつは便利だ)の検索機能(ctl+W)を使って目的のパラメーターを探し出した。stream_localhost off (ウェブ上ではwebcam_localhostになっている) これを直せば、すぐに画像が表示された。

 しかし、遅い! 前はもう少し早かったような気がするが、640ドットはお話にならないくらい遅い。320x240の画面でもカクカクして見にくい。景色を見るだけならともかく監視には使えない。シリアルコンソールには、motionが残しているファイル名が延々と出ているので、無駄な設定をしている可能性はある。うーむ、無印Raspiでこのまま行くか、Raspi3に上げるか迷うところだ。

mjpg-streamerは早かった(2/6/2017)
 motionは動体検知の機能がついているので動きが重い。320x240の画像のストリーミングでも2~4fps(フレーム/秒)がせいぜいだ。動きを検知するたびにデータフォルダーにaviファイルを大量に残しているようなので余計遅くなっているようだ。

Mjpgstreamer  これを止めようと、あれこれ設定をいじったが、うまくいかない。これからの目的(路上の不審者の究明)には、このソフトがうってつけなのだが、なかなか手ごわい。motionの仕組みそのものを理解していないので、どう止めるのか行き当たりばったりである。一番無駄な方法だ。

 motionばかりにこだわっていても先に進まない。で、以前使ったもう一つのストリーミングソフトmjpg-streamer(これにapache2とでライブカメラにした)を導入することにした。動体検知はできないがライブカメラとして使える。motionより早いはずだ。

 このアプリは、ソースコードからである。この前は、ダウンロードに手間がかかり、コンパイルエラーが出たりして大騒ぎだったが、今回はスムーズにインストールされた。バージョンが上がったのかも知れない。

 早速試してみる。おおお、こいつは早い。無印Raspiでも640x480の画像が滑らかにでる。Raspi3ならもっと早いだろう。motionのように動体検知は出来ないが、ストリーミングだけならこれで十分だ。

Raspi3に切り替える。シリアルコンソールが字化け(2/14/2017)

 Raspiのカメラモジュールは当初の目的(定点カメラ)をほぼ実現した。ただ、2つの無印Raspiには既にお役目がある。ひとつはSAMBAサーバー、もうひとつはパンチルトが出来る外部ライブカメラのメインマシンである(いずれも最近は使っていないけれど)。

 Raspi3は現在具体的な用途が決まっていない。こちらに移した方が合理的である。それに無印では遅かったmotionも早くなって、最終目的の動体検知が実用になるかもしれない。 折角、無印Raspiで動いているのを改めてRaspi3に移すのも二重手間だが、どれくらい早くなるのかも試してみたかったので移し替えることにした。

Dsc00976 まずは、Raspi3のケースに、カメラを固定する工作を加えなければいけない。Raspi3のケースを手に取っているうち閃いた。カメラの固定は、無印の時はケースについている段差(というより縁)を利用している。これをRaspi3の時も使えば良い。そう、縁のかわりをアクリルの細い棒で再現するのだ。

 早速、アクリル棒を切り出し、瞬間接着剤で固定する。差してみる。おお、うまくはまった。ちょっとテーバーが付いているので(勝手にできたのだが)、ピッタリだ。よーし、良いぞ。こんなささいなことでも、何かとても幸せな気分になれる。次はソフトだ。

 当研究所のRaspi3は、去年の6月に買ったので、OSはJessieで、例のカメラモジュールのディバイスファイル化は済んでいる。7インチのIGZO液晶パネルを動かすため、日本語化までやったがアプリは全く入れていない。久しぶりに火を入れることにする。シリアルコンソールをつなぎ電源をON。

Dsc00977

 おやあ、シリアルが字化けだ。前はどうした。あ、前は、HDMIケーブルでデスクトップ画面を出していたのでこれを使っていない。あわててシリアルの接続ピンを確認する。間違っていない。そりゃそうだ、化けた文字がでているのだからハードがおかしいのではない。

 こういうときは、Google先生に聞くのが一番だ。調べてみるとすぐに原因が明らかになった。Raspi3では、そのままだとシリアルコンソールがまともに動かないとある。入出力ピンが新しく入ったBluetoothのUARTと共用になったためらしい。

 これはあとの話だが、SAMBAのインストールをしたらまたおかしくなった。この解決は、ここ(http://akkagi.info/20161004_web/)に詳しい。要はmdline.txtの中を変えれば良い(と言ってもconsoleの順番を変えただけ)。これでやっとシリアルコンソールは安定した。

Raspi3にもSAMBAサーバー(2/19/2017)

 ついでに、このRaspi3にもSAMBAを入れる。SAMBAはすんなりインストールされたのだが、WindowsからSAMBAディスクが見えない。Raspi側の状況は問題ないのに。なぜだ。

 居間で使っているWinXPのネットブックではいつもどおりディスクが見えるので、これはこのWindows10の問題である。これもWebに情報を求める。うーむ、SAMBAの認証がえらく面倒くさくなったようだ。

 まず、Raspi側でSAMBAサーバーにsmbpasswdにユーザーIDとパスワードを定義し、Windows側ではネットワーク資格情報なる登録がいるようだ。この前までは、何もしなくてもすんなり読み書きができたのになぜだろう。

 SAMBAの設定パラメーターも、motionに負けず劣らず膨大な量なので、ことは簡単ではない。いくつかのウェブ情報を頼りに、せっせと設定を入れ込む。うまく行くときと行かないときがあって混乱する。

 リモートディスクの設定方法が複数あるのが混乱のもとだ。このユーザーIDというのはWindowsのなのかLinuxなのか、SAMBA固有なのか良くわからない。うまく行くとユーザーIDの入力は求められないが、求められたときは、正しい(と思われる)IDを入れてもはじかれる。

 何度もやっているうち、何とか安定してディスクがつながるようになった。Windowsは「ネットワークドライブの割り当て」から始めるのが確実なようだ。しかし、この「割り当て」のアイコンを出すのが結構難しい。Windowsのエクスプローラー(ファイラー)も機能が肥大してしまっている。

Raspi3のmotionは早かった(2/21/2017)

 まあ寄り道ばかりしていても仕方がない。本来の目的に移ろう。motionのインストールだ。これは問題なくインストールされ、定義ファイルの修正も何度目かなので順調に終わった。カメラモジュールが動くことは、raspistillなどの専用のコマンドで確認してある。

 Raspi3のOSは、Jessieなのでカメラモジュールは既にディバイスファイル(/dev/video0)になっている。motionは何もしないで動くはずだ。動作させる。赤いLEDが点灯し動き始めた。しかし、ストリーミングは始まらない。

 コンソールには何か延々とバックアップの画像ファイルを残していくメッセージが出るだけだ。えーなんで。何も変えていないよ。設定ファイルがおかしいのか、もういちど確認する。いや無印のときと変わっていない。

 OSもアプリも全く同じだ。それなのになぜRaspi3では動かない。設定ファイルを何度も確認するが、変わったところはない。暫く途方に暮れる。仕方がない、派手に出ているmotionの起動直後のメッセージを地道にひとつひとつ調べていくことにした。

 すると、コマンドを入れた直後のメッセージで、motionの設定ファイル/etc/motion/motion.confがないというメッセージが見つかった。ええー、そんな馬鹿な。さっきエディターで編集したばかりだ。何故だ? ああー、もしかすると motionに設定ファイルを読む権限がない? つまりmotionをsudoをつけずに動かしているからか。

 そのとおりだった。sudoを付けて動かすと問題なくストリーミングが始まった。しかしそれにしても、今までsudoをつけていたっけ?motionの設定ファイルmotion.confの属性がおかしい。オーナーがrootになっているのはともかく、他ユーザーに読めないようになっている(パーミッション600)。

 これではsudoがないと動かないはずだ。以前は一般ユーザーでも動いていたように思う。まあ、それはともかく、chmodで属性を644に替え、一般ユーザーで見えるようにする。動かしてみる。うむ、正常に立ち上がった。

 ストリーミングはどうだ。焦る手でPCのブラウザーを開く。出た。おおお、こいつは早い。無印に比べたら雲泥の差だ。640x480でも軽く20FPSくらいはいっていそうな滑らかさだ。さすがRaspi3だ。遅延は少し(0.5秒程度か)あるが、監視には全く問題がない。

 これはRaspi3で決まりだな。電源は元から電池にするつもりはないのであまり障害ではない。ACアダプターに大きいのが必要なだけだ。

自宅前の定点カメラのテスト順調。夕方でも鮮明(2/25/2017)
 いよいよフィールドテストに入る。自宅前の道路に面したサンルームの一角に3脚を据え付けカメラ付きのRaspi3を固定する。電源を入れ、LANケーブルを延長して(早くWiFiにしよう)接続する。動作中を示すカメラの前の赤LEDが眩しく、道行く人は不審に思うかもしれないが、これはいずれ消せる。

Raspi3_motion  ネットブックを持ち出し、ストリーミング映像を確認する。うん、良く映っている。窓ガラス越しだが、視認性は高い。解像度も問題ない。車の通行も飛ばないで映っている。いやあ、これは簡単だ。定点カメラとしての実用性は十分だ。

 日が暮れてきた。人間の目ではかなり暗いが、映像ではまだ十分な明るさだ。これでmotionの動体検知の機能を稼働させ、画像ファイルをSAMBAに入れて、遠隔地からその画像を確認するという手順が可能になった。

 カメラの固定がまだ仮りの状態なのと、引き回すのに有線LANではなく、WiFiにすることが課題に残っているが、今回のプロジェクトは何とか想定通りに進みそうである。

無線LANでもmotionは快調に動いたが。SAMBAが不調(2/28/2017)
 最後の仕掛けに挑戦する。Raspi3から実装されたWiFiである。定点カメラの移動の際、有線LANではなく無線(Wifi)にできればとても楽だ。セキュリティの問題はあるが、どうせ家の中から撮った外の景色が外に漏れたとしても大した問題ではない。

 Raspi3の無線LANの設定は多数のウェブサイトに紹介記事があり、インストールに不安はない。適当なサイトを選んで設定を進める。ただ最近の改定で、設定方法がかわり(dhcpの指定ファイルが一元化された)、設定方法が複数あるようで少し混乱する。

 LANケーブルがなければカメラの移動は大変楽になる。電源ケーブルさえ気にしていればいいからだ。motionの結果は、ストリーミングを利用して他のサーバーに送ったり、SAMBAディスクに記録して離れたところから眺めたりできる。

 WiFiの設定は、簡単にできた。ifconfigでIPアドレスを確認する。ここも、固定アドレスにする。メインPCからSSHでRaspi3にログオンする。よーし、入った。次はいよいよ動画ストリーミングだ。

 おお、何の問題なく画像が出た。動きは有線のときと全く遜色ない円滑さである。いやいや、これは楽だ。今後、Raspi3を移動体に載せて動画中継をすることも可能になる(電源が大変だけど)。

 勢いに乗って、SAMBAサーバーが動くか確認する。しかし、Wifi経由では、SAMBAがつながらなかった。確かに、有線LANと無線LAN2つに経路が出来たとき、経路を選ぶ設定パラメーターはSAMBAにはない。何か別の理由があるようだ。

 調べ始めると、意外に根の深い問題であることがわかった。そのうち確定申告の期限が迫ってきて、電子工作に時間がかけられなくなった。このあたりで記事をまとめて、話の続きは次回に報告するとしよう。

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2017年2月 1日 (水)

RaspberryPiのカメラモジュールで定点カメラの野望

 今年もみなさまに新年のご挨拶をする前に、1月も終わりになってしまいました。昨年同様、正月早々、家族が酷い風邪にやられました。だいたい年末のお節料理の準備で精魂つきはてるようです。

 そんなことで初詣にも行けない散々な状況でしたが、本人だけは5日に学生時代の仲間と珍しく正月七福神詣でをすませ、とりあえず年神さまには義理をはたしました。

Dsc00830 その話はあとでするとして、電子工作の方は相変わらず低調です。というのも昨年来のPCのビデオボードのトラブルが解決せず、これにこだわって万事が進みません。MPU6050の次のテーマとして、滞留在庫の整理を兼ね、RaspberryPiの組み込みカメラモジュールの動作テストをするつもりでしたが、具体的な目的が決まるまで迷走が続きました。

 昨年予定していた忘年会が色々な都合で持ち越しになり、このところ連続して新年会があったことも進まない原因のひとつです。それでも何とか、試行錯誤でアクリル板のカメラマウントをでっちあげ、想定した定点カメラが形になってきたのでブログに上げることにします。以下の報告は備忘録を兼ねているので時系列でわかりにくくすみません(2/1/2017記)。

ビデオカードの不具合に悩まされる(12/29/2016)
 暮れも押し迫ってきたが、電子工作は思わぬ展開で先に進まない。ジャイロセンサーMPU6050の3Dライブラリーのために替えたビデオボードのせいで、メインのPCが頻々とフリーズを繰り返し、安心してPC作業が出来なくなってしまったのだ。

 症状は、ワープロぐらいでは起きないが、動画を見たり、ゲームをしたりすると、画像が途切れエラーメッセージが出る。そのあと復帰することが多いが、時にはフリーズしたり、システムがリセットしたりする。このPCは電子工作専用ではなく、汎用的に使っているので何とかしなければならない。

 出てくるエラーメッセージは「ビデオドライバーの応答がないので、システムをリセットする」というもので、例によってこのキーワードでネットを検索すると、膨大な量の記事がヒットする。Win7時代からの古い問題のようである。何らかの原因で、GPU(ビデオボードのCPU)の応答が遅いと、OSがそのアプリの実行を止めてしまうというものだ。

 少なくとも、元々の内蔵ビデオインターフェース(Intel)では起きていない。ウエブにある症例では、NVIDIA系のボードが圧倒的に多いが、AMDのRADEON系で全く起きないわけでもないという。ワープロや簡単なウェブサーフィンくらいでは起きないが、グラフィック画面で(ゲームのトランプのカードの移動だけでも)大体おかしくなる。

 年賀状も書き終えて、少し暇になったので、色々な対策を片っ端から試してみた。まず、デフォルトで2秒というレジストリーのパラメーターのタイムアウトの時間を、レジストリエディターで5秒に延長する。これでエラーの様子が少し変わったが、頻度はかえって多くなったような気がする。

 次が、ビデオドライバーの更新である。ビデオカードに付属していたドライバーはネットで調べると少し古いので最新のものにとりかえる。全く変化なし。古いドライバーが残っているとおかしくなるというので、ユーティリティを使って古いドライバーの削除とクリーンインストール。これも駄目。

 サイトによっては、NVIDIAのコントロールパネルでのオプションの設定変更だけで綺麗に治ったというのがあったが、全く効果なし。こんな簡単なことで治るわけがないと思う。

 さまざまなことを試してみた。結局のところ最初に比べれば発生頻度は少なくなったような気もするが、完治はしない。頻度が少なくなったとはいえ、ゲームで遊んでいて大事なところでフリーズに見舞われると気晴らしにもならない。フリーズは1分ほど待つと前の状況に復帰することが多いのだが、タイミングが悪いとそのアプリが落ちたり、システムが完全に止まったりする。

 マザーが古すぎて新しいビデオカードと合っていないというのが、どうも最大の原因のような気がする。しかしマザーを変えるとなると、CPUとメモリーまで入れれば、やはり数万円はかかるだろう。そんな馬鹿なことはしたくない。3Dを見るだけのためにとんだ疫病神を引き込んでしまった。

ビデオカードの不具合に決着つかず。別のボードを発注(1/2/2017)

 いずれにしても、こんなに長い間(少なくともWin7時代から)ユーザーを悩ましている問題が全く解決されていないというのも、このPC業界の不思議なところだ。最近のビデオボードのオプションは3D関係(恐らくDirectXというパッケージ)だけで軽く10個以上あり、何か技術の末端肥大を感じさせる。モンスター化して制御不能になってしまっているのではないか。

 年が明けても、あきらめきれず色々しつこく試していた。最も基本的なハードの部分、カードスロットの接触不良を疑い、ビデオボード基板の接点の掃除と差しなおしを何回かやったが、事態は進展しなかった(これで劇的に治ったという報告もある)。

 メモリーとの不適合を指摘するサイトがあり、そこではメインメモリーを交換したら解決したとあったが、この少し古いPCのメインメモリーを買いなおすのはやりたくない。(このサイトは系統的に良くまとめられている。高知の自作パソコンショップが2009年に詳細な調査を行っている。結論はメモリの相性問題ということだ。)

 メモリ交換でなく、PCのBIOSのアップデートでも解決したというサイトもあった。これなら費用もかからない。早速試してみた。久しぶりのBIOSのアップデートである。マザーボードのASUSのサイトを探すと幸い現在のバージョンより先のBIOSが見つかったので(もう2年も前のやつだったが)、入れ替えてみた。

 動かしてみる。ふむ、起きない。これが原因だったのか。暫く使う。駄目だ。1時間ばかり経って、やはり再現した。頻度は明らかに前より少なくなったようだが、全く0にはならない。

 マイクロソフトの基本ドライバーでは全く起きないので最悪の場合はこれに戻せば良い。ただ、このドライバーは3Dをサポートしていないので、Processingの飛行機は動かない。元の内蔵ボードに戻しても動かないことは同じだ。PCを取り替えるという手段も本末転倒である。だとすると、どういうことになる? そう、トラブルの報告の少ないRADEONのビデオボードをウェブで発注してしまったのだ。

谷中七福神詣でをしてきた(1/5/2017)
 しかしお正月なので、品物はすぐには来ない。というので新年での行事をご紹介しておこう。このあいだの筑波山歩きの山(街)歩き仲間が誘ってくれた七福神めぐりである。例年この仲間は、新年に都内の七福神詣でをしているそうだ。今年は、江戸最古という触れ込みの谷中(やなか)の七福神である。

Dsc00839 Dsc00845

 出発点は田端駅近くの福禄寿を祭った東覚寺で、ゴールは上野不忍池の弁天堂である。距離にしておよそ12キロ。街歩きとしては丁度頃合いの長さだ。昔の人は良く考えている。我々一行は正月5日、田端駅に集合した。

 歩き始めてまず驚いたのは、お正月ということもあるが、参詣者の多さである。それも高齢者の小団体が多いのでうっかりしていると他のパーティに紛れて迷子になる。我々も参加者が10人を越えていたので、グループを2つにわけて行動した。 Dsc00857 最近は御朱印帳で参詣の印を押してもらうのがはやっているが(スタンプラリーと同じ趣向)、ここには七福神をイラストした色紙(¥1000)が売られている。ここに各寺、神社の朱印を押してもらう(各¥200)。帰って壁に貼ると結構な正月飾りになる。

 田端駅近くの最初のお寺が少し離れているだけで、ほかは、いわゆる谷中墓地に点在するお寺の敷地内に七福神の祠がある。人通りが多いのはみんな七福神詣の人たちである。お寺によっては長い行列ができている。Dsc00849

 幸い、風もなく絶好の散歩日和で、不忍池の弁天堂で満願成就である。ちょうど日も落ちて来て、お酒を飲んでも後ろめたくない時間になってきた。解散する前に近くのビヤホールで新年を祝って乾杯である。いや生きてきてよかった。

ビデオカードはカードの交換でけり(1/9/2017)
 発注していたビデオカードが届いた。正月休みだったのでネット販売にしては少し時間がかかっている。今度はNVIDIAでなくてRADEON(ATI)である。

 こちらは3Dゲームなどには関心がない。安物で十分だ(玄人志向のHD6450 ¥4000少々)。実は年の暮れ、また秋葉原を覗いたのだが安いものは店頭には殆ど売っていなかった。店頭販売では単価の低い商品は効率が悪いからだろう(数万円が売れ筋のよう)。通販のポイントが溜まっていたので、出費は¥2000程度ですんだ。 Dsc00865 早速、とりかえる。PCI Expressの仕様がやっとわかってきた。前のビデオカードGT710は、PCI Express X8で、今度のHD6450は、X16(スロットのバス巾)ということが始めてわかった。最初のボードのスロットにすき間があったのはそういうことだったのだ。

 結果は予想した通り、トラブルは完全にきれいさっぱり解消した。何時間動かしても、全くフリーズは起こらない。古いマザーとの相性問題というが、これはやっぱり、NVIDIAの不具合としか言いようがない。性能的には、GT710より、3D性能が少し低いが、2DはむしろRADEONの方が高く、何といっても安定しているのが一番である。

 やれやれ、3週間近く悪戦苦闘したあの時間は何だったのか。この執筆時点(1/31)でも起きていない。PC関係で、このあいだのマザーボードといい、このNVIDIAのビデオカードといい、不要不急の部品がまた増えてしまった。ともあれ、これでやっと、本題の電子工作に戻れる。

RaspberryPiのカメラモジュールはあっけなく動いた(1/12/2017)

 電子工作の話に戻る。テーマは、このあいだRaspiのディスプレイを買ったときについでに買ってあったカメラ(Raspi カメラモジュールV1.3 ¥3000少々)はまだ一度も動作させていない。部品棚に眠ったままである(このモジュールは既にV2になって画素数も800万と高性能になっている。価格は高くなってしまった) Dsc00855

 実用ということでは、はっきりした目的はない。自宅の前の道から吸い殻を車寄せに捨てる不届き者がいて家族が怒っている。これを動かして、定点カメラか、ドライブレコーダー的な使い方をしてみれば面白いかもしれない。

 現在、当研究所には、3台のRaspiがある。無印のRaspiが2台(SAMBAサーバー、パンチルトの出来るライブカメラでいずれも最近は電源が入っていない)と、Raspi3が一台である。Raspi3は用途が決まっていないが、電力喰らいなので、無印のSAMBAサーバーにカメラをつなぐ。

 カメラは、最初、逆刺し(絶縁面に接点側が入るので副作用は心配なし)して動かなかったが、このサイトの案内で、専用のコマンド(raspistill や、raspividなど)を使い、簡単に静止画や動画を撮ることができた。

 検証は、SAMBAなのでWindowsディスクにコピーして、PC側で見る。RaspiでXwindowを動かすほどのことでもない。SAMBAサーバーにカメラをつけたのはこれが理由である。

 500万画素もあるので鮮明な画像だ。ビデオも問題なく撮れた。ビデオの再生は、WinPCでは動かなかったので、例の7インチのIGZOパネルを使った。

 config.txtの設定データをこのSAMBAサーバーに移してデスクトップを表示させた。これも順調に液晶パネルが動作し、例の超微細なデスクトップが現れる。シリアルターミナルから、ウェブサイトで教えられた動画プレーヤーomxplayerを実行させる。

 画面はデスクトップ画面である。何かもうひとひねりしないと画像が出ないと思っていたが、一息待ち時間があったあと、突然、画面全体に、工作室を逆さ(カメラモジュールが逆さまになっていた)に映した動画が見事再生された。5秒で10MBばかりのハイビジョンクラスの画像である。とても滑らかな再生で驚く。

久しぶりのアクリル工作は大変だった(1/17/2017)
 さて、カメラは動いたが、課題が2つ残っている。カメラのマウントと、カメラを汎用的なビデオディバイスにすることである。現在は専用のコマンドからで、motionや、mjpg-streamerのようなライブカメラのシステムを動かすには、/dev/videoなどのディバイスファイルにしないといけない。

Dsc00854  それはさておき、まずはカメラマウントの制作である。カメラモジュールは2センチ四方の小さな基板だけであり何らかのマウントが必要だ。それに、FFC(フレキケーブル)が短く、堅いのでカメラの固定が難しい。定点カメラにするならRaspiごと固定する手段が必要だ。

 手持ちのアクリル板を、いつものアクリル曲げ器を使って、カメラマウントに加工することにした。モデルは以前作った赤外線センサーのマウント台である。アクリル板を曲げて2つのコの字フレームを作り、ヒンジで接合する。

 部品庫に眠っていたA4ほどのアクリル板(厚さ2ミリ)をサーキュラーソーで、切り出す。小さなサーキュラーソーなので、20センチ近い長い板の切断は苦手だ。切断面がどうしても歪んできて回転部分の摩擦が大きくなり、下手をすると大事故の心配がある(材料の破損とか飛散)。 Dsc00862

 何とかだましだまし切り出した後、アクリル曲げ器でコの字型のフレームに曲げる。温度が少し低すぎるのか、どうもうまく曲がらない。久しぶりなのでノウハウを忘れてしまっている。温度を上げて何度か曲げを調整しているとき、少し力を入れて整形していたら、ポリっと割れてしまった。

 アクリル板は何度も同じところに熱をかけて曲げていると強度が極端に落ちることを忘れていた。焦げない程度に一気に強い熱を加え一回で曲げ切らないと材料が劣化することを、終わってから思い出す。やれやれ年はとるものではない。 Dsc00863

 結局、外側のフレーム(マウントを固定する方)は2回作り直した。2回目はサーキュラーソーが心配でコッピングソー(糸鋸盤)を使った。外側を半円形に切ると、少しそれらしくなった。

 このあと苦労したのが、チルトさせるためのヒンジの穴あけである。平面時に穴あけして正確な位置合わせをすることは殆ど不可能なので、曲げたあとから穴をあけるしかない。正確な位置決めのため小さいドリル穴から全部リーマーで直径15ミリまで円形を広げたのだが、これが大変で、指に豆を作ってしまった。

 苦労の結果、何とかそれらしいマウントが出来た。ただ、リボンケーブルが固くてマウントそのものを固定しないとカメラを安定した位置に止めることができない。実用的には、Raspiのケースそのものに固定する必要がでてきた。

試行錯誤の結果、まずまずのマウント(1/30/2017)
新年会が続いて工作の時間がとれなかったが、少し落ち着いたので、久しぶりにAitendoに行き、FFCケーブルと無印Raspiのケースが安売りされていたので購入した。

 FFCケーブルは、カメラのケーブルを下から出したくて順目のケーブルを買ってきたのだが、つけてみて大失敗に気づく。このまえのESP8266変換基板のときと全く同じである。FFCケーブルの接続面を替えたら接続は全く逆になる! これをつけてからそれに気が付く馬鹿さ加減にまた暫し呆然となる。

 これは買いなおすとして、はずみで買ったRaspiのケースはあたりだった。うまいぐあいにケース上段に段差が出ていたのでそれにあわせてマウントに溝を作り、きっちりその段差に固定する。おお、ぴったりカメラは固定された。こいつはうまくいった。嬉しくて記念撮影。

Dsc00864  さて次はソフトである。motionなどのライブカメラで動かすには、汎用的なディバイスファイルにするしかけが必要である。もとのSAMBAサーバーのOSはV3のWheezyで汎用的なビデオパッケージVideo4Linuxをサポートするカーネルモジュールが入っていない。最初、このサイトの情報でインストールを試みたがうまくいかなかった。

 そこで、OSの取り換えを試みる。最新バージョンのJessieが無印のRaspiで動く保証が得られなかったがだめもとで入れてみた。幸い、何事もなく順調にインストールに成功。めでたく/dev/video0というディバイスファイルが出た。

 これであとはmotionや、jpeg-streamerなどのインストールをすれば定点カメラが完成する。ブログの紙数も増えてきたので、このあたりで報告を一段落しよう。

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2016年12月22日 (木)

ジャイロセンサーMPU6050とProcessingで飛行機の3D姿勢表示

 前から少しづつ進めていたプロジェクト、6軸の加速度・ジャイロセンサーMPU6050をESP8266のArduinoで動かして、PCの画面に3Dの画像(飛行機)を表示する開発がやっと一段落した。MPU6050の基板を手で動かすと、PCの飛行機がそれに合わせて動く。Dsc00804

 当研究所の大きな縛り「実用品を開発する」ことなら、MPU6050は本来ならドローンや2足歩行のロボット(まあ、これも実用品ではないが)に使って始めて開発と言えるのだが、そこまでの足慣らしということで始めた。ところがこれが思ったより難航したのである。Ws000011

Processingの3Dライブラリーが動かない(12/3/2016)
 Processingそのものは、すでに前回、単独で動くことを確認している。これからやりたいことは、MPU6050で検索すると必ず出てくる3Dの飛行機やティーポットをPCのProcessingの画面上で動かすことである。

 ところが3Dに必要なProcessingのリソースをダウンロードしようとすると、殆どの日本語サイトが紹介しているダウンロード先のAndrocityというサイトが変わってしまっていて、先に進めない。

 片っ端からウェブサイトを探し回って何とかファイルを見つけ、インストールには成功した。toxiclibというライブラリーも見つかった。しかし、動かしてみるとProcessingの3D出力のドライバーOpenGLでエラーが出る。平面図形は至極順調に動くのだが、OpenGLが以下のメッセージを出してエラーとなる。

Framebuffer error (framebuffer unsupported), rendering will probably not work as expected

 調べてみると、PCのグラフィックドライバーが古いと動かないようだ。このライブラリ(OpenGL)だけでなく他の3Dライブラリでもトラブっているようで、エラーメッセージをキーにすると海外のサイトが多数ヒットする。

Ws000009

 回避する方法は、残念ながら紹介されていない。基本的には新しいビデオカードに替えるか、メーカーがビデオドライバーを更新してくれるのを待つしかないようだ。しかし後者はこちらの場合望み薄である。

 現用のPCのビデオインターフェースが古すぎる。マザーに内蔵のビデオインターフェースはIntelのG33で、恐らく7年は経っている。最新のIntel汎用ドライバーに更新しようとしても、メッセージは「これが最新です」と出て、状況は変わらない。

 うーむ、買ってくるしかないか。前のPCで使っていた古いRADEONのボードは部品庫に残っているが、これとてかなり古く、動く保証はない。変なところで頓挫してしまった。余り意地になるのはやめようと思うが、どうも気になって他のことに移る気分にならない。

 本来の工作の方向ではない(単なるMPU6050の動作テスト)ので、潔く他のことをすれば良いと思うのだが、へそ曲がりなもので、出来ないとなると余計悔しくて気持ちが納まらない。因果な性分である。

ビデオボードを買ってきて解決(12/6/2016)
 色々迷ったが、次にやることが見つからないので、くだらない話だけれどビデオカードを更新することに決めた。ということで、買うことは決めたのだが、いざ具体的には何を買えばよいのか見当がつかない。PC自作から遠ざかって15年は経っている。

 ネットで久しぶりに「ビデオカード」をキーワードに検索をかけてみた。おお、出てくるわ出てくるわ。この世界はまだまだ活況のようだ。そのうち全体を俯瞰できる親切なサイトを見つけた。なにー、10万円を超すビデオカードが沢山市販されている。中には30万を越すボードもある。これ業務用ではないよね。ハイエンドPCゲーマー御用達のボードのようだ。

 こんな高いボードにはもとより縁はない。お値段は¥5000以下(さっきのサイトのランクでは5段階の下から2番目)、冷却ファンのない静かなボードが条件である。仕事の帰り、秋葉原に寄り、この前PC電源を買い替えたお馴染みのTwoTopで、適当なボードを物色する。ASUSのGeforce GT710を選んだ。¥4200余り。

 家に帰って久しぶりのPC拡張ボードの工作である。ビデオインターフェースのコネクター規格PCI Expressがえらく複雑になっていて悩ましい。バージョンが1から3まである上、2には枝番としてx1だのx16だのに分かれている。買ったきたビデオカード(2.0 x8)が現用のマザーに入るか心配だ。

 スロットに差してみると、何か接続されないピンの空きが多い。不安がよぎったが、とりあえずはきっちり入ったので試しに動かしてみた。BIOSは今のところ何もいじらない。新しいカードの方にビデオケーブルのコネクターをつけて電源を入れてみる。

 良かった。BIOS画面が映った。ビデオカードを自動認識してこちらを使うようだ。ドライバーを入れていないので、MicroSoftの汎用ドライバーで画像は荒いが、Win10までちゃんと動く。付属のDVDからビデオドライバーをインストールすると、正規の1920ドットの画面になった。やれやれ。

 さあ、目的のOpenGLのProcessingはどうだ。おおう、あっさり飛行機が出た。Arduinoとつないでいないので、飛行機はまだ正面を向いたまま動かないが、3Dの部分は問題なく動いているようだ。

 ビデオカードの効果は他にもあった。これまでMicroSoftの無料ゲームの中に、画像の乱れがあったり、やけに動きが遅かったりしたゲームがあったのだが、これらの不具合がすべて解消された。まあ、お金をかけたことは無駄ではなかった。

Processingで画像がグリグリ動く(12/7/2016)
 3Dが出たので、また暫くProcessingで遊ぶ。それこそティーポットやヨット、シリンダーなどの3D図形がマウスの操作で自由に動く。素晴らしい。

 すごく親切なProcessingのガイドがウェブで見つかった。それを夢中になって試す。いやいや、昔に比べると、良くインタプリターだけでこれだけ滑らかな動きが出来るものだと感心する。

 このサイトにも例の3D飛行機(MPUTeapot)の丁寧なインストール方法の紹介がある。この通り忠実に手順を踏めば簡単に動きそうだが、どうもこの前のスマホの無線操縦のように動いた後、何も出来なくなるような気がしてきた。

 もう少し基本からProcessingとArduinoを勉強した方が、のちのち良いような気がする。少し回り道でも、ひとつづつ段階を経て動作を確認していくことにした。ArduinoでMPU6050をドライブし、そのシリアル出力をPCのProcessingで受けて、画像ルーチンの入力にする過程を確認していこう。

 だいたい、MPU6050の6軸のセンサー値の意味も完全に理解しているわけではない。加速度センサーだけで測れるのは、飛行機で言えば、縦揺れ(ピッチング)と横揺れ(ローリング)だけで、縦軸(Z軸)の回転(ヨーイング)は、角速度センサー(ジャイロセンサー)で値を積分しないと測れないはずなのだが確証はない。ちょっとソースを覗いてみたけれど、全く手も足もでなかった。

 独自開発しようと意気込んでいたが簡単に白旗をあげた。このJeff Rowberg氏の開発したMPU6050関係のライブラリーは膨大で、MPU6050.cppなどは3000ステップを超える。I2Cのドライバーだけでも1000ステップ以上で、これを無償で公開されているのには頭が下がる。

ProcessingとArduinoの連携に目鼻がついた(12/10/2016)
 それでも、単にソースをコピーしてきて動かすことだけは避けたい。理由は、コピペだけでは身につかないProcessingとArduinoの技術を少しでも習得しておきたいからである。センサー、MPU6050のI2Cはライブラリを拝借するが、3Dの画像を出す部分は、せめて少しでも理屈を知っておきたい。

 作業を以下のように細かく分割して、ひとつづつ確認していくことにした。

(1)    Processingの学習  例のこのサイトがとても親切に教えてくれる。
(2)    Arduino スケッチとライブラリ構築の復習 これは上記のサイトのここが詳しい。 
(3)    Processingシリアル入出力のテスト
(4)    ProcessingとArduinoのシリアル連携 ここを参考にさせてもらった     
(5)    ArduinoとMPU6050の接続テスト
(6)    ProcessingとArduinoのハンドシェイクプロトコルの決定
(7)    ProcessingとArduinoの接続テスト
(8)    Processingの画像出力のスケッチ作成
(9)    MPU6050とProcessingのテスト

 現在は、(4)まで済んでいる。(5)が課題だ。ArduinoのシリアルコンソールにMPU6050の数値を出すスケッチはたくさんのサイトで紹介されている。これを試すことにする。

ステップ(5)MPU6050の接続テストまですんだ(12/12/2016)
 簡単に通過するはずだったのだが、意外に手間取った。原因はESP8266のI2Cの接続ピンの勘違いである。以前使ったピンアサインのメモに基づいて配線したのだが、MPU6050を認めないメッセージが出る。 

コピペさせてもらったソースに間違いはない(はずだ)。動かないとなると、途端に何も出来なくなるのがArduinoである。ピンの接触不良や、AD0ピンのプルダウンなどを疑うが問題はない。オシロなどを出して波形を見るまでもなく、何か基本的な間違いだと思うが、最初は以前自分で書いたメモを信じていたので途方に暮れた。

 気を取り直してESP8266の正式なピンアサインをネットで確かめる。あっあっあー、SDAピンが違うぞ。なぜだ。どうして間違ったところにメモしたのだ。正しい方にピンを差しなおしテストする。よーし、いいぞ。それらしい値が出てきた。

ステップ(6)(7)は既製のスケッチを流用(12/14/2016)
 次はArduinoのMPU6050のメッセージがProcessingのテキスト画面に出ることを確認する。これは問題なく動いた。ただし、Processingのテキスト画面はスクロールしないので単に、忙しく数字が変化するだけで、見映えはしない。

Procesingserial  Processingのテキスト画面をスクロールするように直したい気持ちが激しく盛り上がったのだが、やっとのことで自制する。ここで脱線するとまた戻れなくなる。我慢、我慢である。

 とりあえず、これでESP8266につないだMPU6050のデータは正しく、Processingに到着した。残るは最後の関門、画像表示である。既成のスケッチのソースを見て調べるが、そう難しいハンドシェイクはしていない。単にメッセージの頭に特定のキャラクター($)を入れて、それをトリガーに後続データを配分しているだけのようだ。

 難しいのはやはりセンサー値の加工である。色々ネットで調べる。クオータニオン(四元数、しげんすうと読む)という3Dでは常識らしい用語を発見して珍しく興奮し、暫く勉強する。いやあ、奥が深い。 

 これからMPU6050から出てきた数値を気安く加工しようと思っていたが、一筋縄で触れるものではなさそうだ。ここは素直に、既成のスケッチを使わせて貰うことにしよう。まずは動かすことが先決だ。

ステップ(8)(9)はMPUTeapot2のプロジェクトをそのまま使う(12/15/2016)
 人さまの動いたソースを借用するのだから、すんなり動くのかと思っていたが、そうは問屋が卸さなかった。参考にしたサイトは、すでに紹介したここである。

 このサイトは、以前、懸命に探し回ったリソースがちゃんとダウンロードできるようになっており、ここだけですべてが動く(実は大きな落とし穴があったのだが)。順調にMPUTeapot2のライブラリを入れてArduinoとProcessingを動かした。しかし、エラーメッセージが出るだけで機体は動かない。

 例のArduinoの弊害である。 スケッチソースは長大で、ちょっと目検したくらいでは何がおかしいのか見当はつかない。手も足も出ない状態だ。まあ、救いは、散々連携テストをしてきたので、ハードなどの問題はなく、動かない原因は現在入れたアプリケーションソフト(のはずだ)だ。

 ただ、エラーメッセージが奇妙である。つながったことを示すステートメントは出るが、何か(割り込み)を待つというステートメントのあと、タイムアウトが起きてリセットされ、これが延々と続く。

Initializing I2C devices...
Testing device connections...
MPU6050 connection successful

 

Send any character to begin DMP programming and demo:
Initializing DMP...
Enabling DMP...
Enabling interrupt detection (Arduino external interrupt 0)...
DMP ready! Waiting for first interrupt...

 

Soft WDT reset  (以下繰り返し)

 何らかの外部割込みをArduinoが待っているような感じだ。しかし、参考にしたサイトの結線図にはMPU6050の割り込みピンの接続はない。他のサイトを見るとMPU6050のINTピンが結線されている配線図や、動画が見受けられる。

 うーむ、どっちなんだろう。Arduino UNOでは割り込みピン#0に繋ぐという説明があるが、ESP8266には外部割込みピン#0はない(GPIO#0はあるが、これは制御用に使っている)。つまり繋ぐところが見当たらない。 Dsc00802

 こうなったら本当にMPU6050が割り込み付きで動いているのか(ソフトで設定できるようだ)、確かめるのが先決だ。もし、割り込みモードで動いているのなら、先の配線図が誤りということになる。

 オシロを持ち出して、MPU6050のINTピンを観測した。ピンポーン!当たりだった。I2Cのメッセージが出される前後に派手に割り込み信号が上がっているのを確認した。そうか、やはり必要なのだ。しかし、割り込み入力はESP8266のどこに入れたら良いのだ?

 恐る恐るArduinoのスケッチソースを調べ始める。良かった。見つかった。setup()ルーチンの中に、割り込みピンの定義をしているらしい以下のステートメントを発見した。

attachInterrupt(0, dmpDataReady, RISING);
mpuIntStatus = mpu.getIntStatus();

ふーむ、ここが0になっている。ESP8266のピン0は、ファーム書き込みの制御ピンのためプルアップされたままで入力には使えない。

やっとのことで飛行機が動いた(12/16/2016)

 ここを適当なピンに定義し直せば良いのはないか。希望の光が見えてきた。こいつをESP8266の適当なピンにアサインする。とりあえず2にしてみる。あせる手でジャンパーをMPU6050のINTピンの間に飛ばし、再ビルドする。

Ws000010_2  動く予感がする。まず、Processingを動かす。Arduinoはまだ電源を入れない。続いてArduino(ESP8266)の電源を入れる。これまではタイムアウトのメッセージが出るだけだったがどうだ。おおー、コンソールに字化けしたメッセージが出始めた。しかし依然として飛行機は動かない。

 割り込みジャンパーコードを抜き差ししているうち、突然メッセージが規則的なデータ列になった。同時に飛行機がズルッと動いた。何かのタイミングでMPU6050が暴走するようだ。ESP8266を立ち上げてから割り込みを有効にすると暴走しないことが多い。

Dsc00807  やった、やった。MPU6050を載せたミニブレッドボードを動かすと飛行機が姿勢を変える。反応はとても早い。やれやれビデオボードまで新調してやっとのことで、画像を動かすことに成功した。何度も電源を入れ直し動作を確認する。ささやかな達成感で胸が膨らむ。

 最後が少し手間取ったが(サイトの記述を信用しすぎた)、動いてしまえば何の問題もない。冷静になって考えれば、実にくだらない作業なのだが、仮説をたてて、ひとつづつ問題を解消し、それが思い通りになったときは、どんな小さなことでも嬉しい。これが電子工作の醍醐味である。

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2016年11月28日 (月)

行き当たりばったりの電子工作(2)

 WiFiモジュールESP8266とスマホを組み合わせた玩具のクローラーの無線操縦は、ウェブのソースをそっくり頂戴して、すんなり動いた。しかし、Arduinoによる開発なので経験値はさっぱり上がらない。達成感にも欠けるし、先に進もうという意欲がどうも盛り上がらない。

 そうこうするうちに、前回のブログからもう一か月が経ってしまった。これまでの経験で、記事の間隔をこれ以上開けると内容をまとめるのに苦労する。で、まとまりに欠けるが、これまで書き貯めたメモを元にこれまでの活動をご報告する。相変わらずの行き当たりばったりでごめんなさい。

AtmelStudio7がすんなり入った(10/21/2016)
 ESP8266周りの制作が一段落したので、このあいだうまく行かなかったWin10でのAtmelStudio7のインストールを再度試みてみた。AtmelStudioの中核アプリVisualStudioは好きではないが、一旦動けばデバッグ機能が豊富なので動くことに越したことはない(まあ、AVRあたりのソース量ぐらいではあまりメリットはないが)。

 新しくインストーラーをダウンロードし直し、インストールをやってみた。これが何ということか、全く問題なくインストールが終了したのである。時間もそう長くかからなかった。理由はよくわからない。狐につままれた心境である。Ws000000 確かにWin10は1週間ほど前、更新が入った(不本意ながら)。AtmelStudioのインストーラーのバージョンも以前の、7.0-1006から7.0-1188に上がっている。しかし、どうも、これだけの理由だけとも思えない。動いたのは良いけれどあまり気分は良くない。

 実際にプロジェクトを入れて試してみた。正常に動いた。ただ、以前のAVRStudioのプロジェクトは認めてくれない。古いバージョンのImport/exportができるというのでやってみた。Importそのものは正常に終わったが、ビルドしてみるとmakefileでエラーになる。

 以前のAtmelStudio6のときも、こんなことがあったような記憶がある。ライブラリーのディレクトリ位置が、makefileの中身とずれているようだ。こういう統合環境のデバッグは意外に厄介である。ウェブ上で解決策を探るが、有力な情報は得られなかった。

 当面、includeするソースをカレントルート(main.cがあるところ)に置いておけば、正常にコンパイルできるはずなので、とりあえずそのままにしておくことにする。現在、AVRでの開発プロジェクトはない。

あっけなくDRV8835は稼働。こんな簡単で良いのか(10/29/2016)
 最近、秋月電子では、DRV8835というモータードライバーICが売られている。こいつはひとつだけで、2つのモーターの正逆転を個別に制御でき、容量も一回路あたり1.4Aまで流せる。以前試したBD6211あたりより容量が大きい。しかも今、作っているMP4212などよりはるかに安い(MP4212はひとつだけで¥380、DRV8835は2つ動かせて¥300)。

Dsc00767 モード0、1(2つのピンの1が正転、逆転になるか、一つのピンがON/OFF、もうひとつのピンが正転と逆転)の動作テストもする。これも全く問題なく動いた。

 このあいだ、秋月でMP4212のドライバーのフォトカプラーを買うときに、矛盾するけれどこいつも買ってしまったことは、前の記事ですでに紹介した。ただ、買っただけでテストはしていない。このままにしておくと部品箱の肥やしになってしまいそうなので、動かしておくことにした。

 動かすと言っても、ブレッドボードに刺して、ジャンパーコードで電池とモーターを接続するだけである。部品はいらない。とりあえずシングルモーターでテストする。何の問題もなくモーターは正転逆転した。少々回しっぱなしにしても、クローラーに使ったFA130くらいのモーターなら、チップはちょっと暖かくなる程度で楽勝である。

 MP4212で苦労した配線や、ダンパー抵抗も必要ない。あまりにも簡単に動きすぎて、気が抜ける。基板面積は恐らく1/10くらいだろう。Hブリッジを知らなくても、これくらいのモーターなら何も考える必要がない時代になったのだ。

 今まで秋月C基板の1/4近くを占めて作ったMP4212のモーター基板はいったい何だったのか。まあこれはもっと大きなモーター(数A)に使えるから良いものの、何かやるせなさを感じる。Arduinoと同じ展開だ。モーターの経験値は上がらないし、一旦動かなくなれば対処不能だ。

ジャイロセンサーMPU6050をどう料理するか(11/6/2016)
 スマホなどの普及で、安価なペリフェラルディバイスが大量に市場に出回っている。以前なら考えられない高性能なセンサーが破格の値段で買える時代になった。

 このMPU6050もそのひとつだ。4、5年前なら3軸の加速度センサーだけで数千円していたのが、こいつは、加速度、ジャイロあわせて6軸のセンサーなのに¥1000以下で手に入る。これもアマゾンで、ウェブの話題につられて、使うあてもないのにポチッとして買ってしまった。

 次のプロジェクトは、この部品箱の肥やしになっているジャイロセンサーMPU6050をESP8266に絡ませることにしよう。ウェブサイトには沢山の応用例を見ることが出来る。これはArduinoのおかげである。

 どうもI2Cで簡単に動くようだ。ただ、動かすだけでは面白くない。これまでに何度も懲りている。「入れました。動きました」で終わりたくない。もう少し、手の込んだことをやっておきたい。

 とはいえ、倒立一輪車や、ドローンなどの姿勢制御まで一気に進むのは簡単ではない。最近のスマホなどの動画をブレなく撮影できる手持ちジンバルなども食指をそそられるが、これもすぐに思いついて作れるレベルでもない。

 色々迷ったが、とにかくMPU6050を動かすことを当面の目的とし、結果を少し凝ることにした。単にコンソールに数字を出すだけでなく、PC上でポットや飛行機などの姿勢が変わるシステムを作りたい。Arduinoと連携して、PC上に動画を出すProcessingというアプリがあるらしい。

Processingのインストールなどで参考にしたサイトは、
   http://kimizuka.hatenablog.com/entry/2015/05/01/000000
である。Processingそのものの解説は以下が詳しい。
    http://robo.mydns.jp/Lecture/index.php?Processing

 しかし、構想ばかりが膨らんで、なかなか具体的な計画にならない。メモに構想(妄想)を書き散らすだけの日々が過ぎていく。

本日ESP8266で全くの徒労。最近こういうのが多いな(11/10/2016)

 このところ雑用で忙しかったが、久しぶりにまとまった時間が出来たので、そろそろ次のプロジェクトのハードのため、一つ残っていた予備のESP8266をピッチ変換基板に実装する工作をやった。

 これまでの2つのESP8266には何らかのファームが入っており、これをつぶすのに抵抗があったのと、何か手を動かしていないと落ち着かない性分になってしまったこともある。しかし、これが2日間の泥沼の作業になるとは予想してもいなかった。

 ピッチ変換基板は、Aitendo製で、milピッチのレイアウトがこれまでの一列づつの両側ではなく下に2段にまとまった基板だ。以前、この2種類を2つづつ4枚買ってあった。リセットSWやレギュレーターを配線したブレークアウト基板を共通にしたいため、ブレークアウト基板の方に2段目のソケットを追加して動くようにした。 Dsc00769

 よく考えれば、こんなことはあり得ない(ピンアサインが両側一列と下側2段と同じ)のだが、何を勘違いしたか、両側1列の片側をそっくり寄せてレイアウトして実装してしまったのである。これがまた情けないことに、すべての半田付けを終わって動作テストしたときに始めて気が付いた。

 テスターで調べたら、全くピンアサインが違っている。極く当たり前の話なのだが、これを今頃になって気が付くおのれの愚かさに暫し呆然となる。9本の配線のハンダ付け18か所が全く無駄になった。お馬鹿にもほどがある。

 まあ、ここで自暴自棄にならないところが、自分で自分を褒めてやりたいところだ(と必死に自分をかばう)。叫びたい自分を押し殺し、低温ハンダを持ち出して、ブレークアウト基板に増設したピンソケットをとりはずした。さらに普通のハンダを盛って、ハンダ吸い取り線で丁寧に掃除する。

Dsc00766 ここでさらに失敗をしたら破滅的なことになるので、慎重に作業を進める。やっと前の状態に戻った。このままでは腹の虫が収まらない。愚かな自分を慰めるために汎用基板の切片を取り出してピッチ変換基板のさらに変換基板を作り始めた。

 下段2段のピンアサインは、調べたら両側一列とは全く異なり、通常のピン順序を無視した無茶苦茶な配列で、どうもアートワークを簡単にするためらしい。ということで変換基板の配線はむしろ簡単に済んだ。ちょっと背が高くなったが、問題になるレベルではない。

Dsc00763 ほぼ2日かけて、新しいピッチ変換基板の変換基板が完成した。恐る恐るテストする。最初の誤接続でのESP8266の破損を心配したが問題なく動いた。一安心である。実にくだらない作業だったけれど、何とか事態を収拾した。不思議なことに、こんな後ろ向きの仕事なのに満足感がある。

Processing単体では問題なく動く(11/14/2016)
 MPU6050をテストするのにビジュアルなベンチを用意したいということで始まったProcessingだったが、インストールのあと、本題を忘れて、もっぱらProcessingの画像表示を楽しんでいる。

 当初、PCで動くProcessingは、外見がArduino IDEに似ているので、何かと思ったが、動かしてみれば単なるJAVAのインタープリターで、画像などを簡単に出せるものだということがわかった。Arduinoそのものとは直接の関係はない。

 「Processing 入門」などのキーワードで調べると、沢山のウェブサイトが見つかる。適当なものを選んで演習する。これは楽だ。実にあっけなくPC上で図形を加工しながら動画にできる。また年寄りの繰り言になるが、あのC言語でグラフィックLCDに円を描く関数を開発していたのは何だったのかという気分になる。

 Arduinoとの連携は、単に、Arduinoのデバッグ用のシリアルインターフェースを利用しているだけで、大層なしかけがあるわけではない(と思う)。 要するに、どちらかのトリガーで、あらかじめ決めたデータをArduinoが送り、それによってProcessingの画像が動くと考えれば良い。

 理屈がわかってしまうと、途端に先に進む意欲が低下する悪い癖が出て、開発のテンポが落ちる。適当な応用例がサイトで見つからないのだ。みんな沢山のライブラリーが必要なようで、やってみる気がなかなか起こらない(気位ばかりは高いが実はへたれである)。

筑波山に登ってきた(11/17/2016)
 そこで、電子工作以外の話題をひとつ。所長は関西の出身で、東京に出てきた京都の高校の同級生がここ15年近く健脚自慢のメンバーで定期的に山や街歩きをしている。今回は、筑波山に登るというので仲間に加えてもらった。Dsc00690

 ちょうど紅葉のシーズンなのでそれも楽しみだが、筑波山あたりは関西から東京に出てきた者にとっては全く盲点と言っていいくらい知らないところで、殆ど行く機会がない。しかもつくばエキスプレスという新しい鉄道に乗るのもはじめての経験で、何かわくわくする(所長は元鉄道おたくである)。Dsc00706 Dsc00732

 筑波山に登るといっても、ロープウエイとケーブルカーが整備されており、ほとんど登る行程なしに、男体山、女体山という2つの峰に行くことが出来る。それでも一週間も前に古い軽登山靴を物置から出して磨く。家族から、「まるで小学生の遠足ね」と冷やかされる。

Dsc00735 Dsc00746  朝8時に秋葉原に出る。ウイークデイなので長いエスカレーターは上りの通勤客の大群にはばまれ、地下の深いホームにたどりつくだけで一苦労である。終点のつくば駅からのバスは平日にもかかわらず乗客で満員だった。驚いたことに外国人のパーティが1/3近くおりバスの車内は外国語で溢れていた(彼らは大声ではしゃぐ)。 

Dsc00750  寒いとおどかされていたが、好天に恵まれて絶好の山日和である。男体山は、女体山より標高は7mも低いのに、山道は岩だらけの急坂で、かなり息が上がったが、女体山の方はアプローチが長いので簡単に頂上に出た。

 女体山からは霞ケ浦が一望できる。ただ、もやで残念ながら富士山は見ることはできなかった。それでも、帰りのロープウェイからの極彩色の紅葉は素晴らしかった。

PC連動ACコンセント自作に脱線する(11/21/2016)
 さらに、くだらない寄り道をしている。当研究所のメインPCには、PC電源連動タップが装備されており、メインの電源の入り切りで、周辺の機器(ディスプレイ、スキャナー、オーディオなど)も連動して作動するようになっているのだが、このタップの具合が最近おかしくなってきた。

 足元に置いてあるタップが足で動かされると、偶(たま)にだが、PC本体の電源が瞬断し、PCがリセットしてしまう。作動中のPCの突然の電源断は、Win10では少し丈夫になったようだが(セーフティスタートを強制されない)、この前の電源故障のときに懲りている。何とかしないといけない。

 この連動タップは10年以上経っているので買い替えても良いのだが、電子工作の経験を積んで来ると工作心が刺激されて、ただ買い替えるだけでは芸のない話である。で、脱線して、この連動コンセントを作り始めた。昔のPCならいざ知らず、今はUSB端子があるのでわざわざPC電源から5Vを引き出す必要もない。USBから5Vを出しリレーひとつで出来上がるはずだ。

Dsc00755

 ACインレット、アウトレットなどの工作だけである。プリンター電源のLAN制御のとき使った15Aを入り切りできるメカニカルリレーの予備があるが、せっかくだからもうひとつのAC制御、SSR(Solid State Relay シャープS108T02)を使ってみることにした。

Dsc00761  何の電子工作らしいところはない。単にケースの工作だけのようなものだけど久しぶりのコッピングソーやボール盤(んな大げさのものでなく単なるドリルスタンド)を持ち出しての工作は楽しかった。配線は、単に入力にLEDの制限抵抗を入れ、インレットとアウトレットのACの太い配線をはんだ付けしただけである。

 それでも慎重を期して、10項目に上る作業項目をメモに書き、赤ペンで消していく。SSRを普通のリレーと勘違いして、直接5Vを端子にかけ、ひとつ¥280もするSSRをお釈迦にしたことは秘密である。Dsc00759

 出来合いのヒートシンクをつけ、接合部分には本式に伝熱グリスを塗り、USBソケットを補強し(ソケット部は特に必要)、あれこれ3つ以上買ったケースの中から作りやすいケースを選び、半日かけてSSRによるPC連動スイッチが完成した。

 勇躍テストに入る。ACを扱うのでバラックで事前に動作テストは済んでいるが、PCで動かすのは初めてである。動いた! 念のためオシロでUSBが立ち上がる波形を見る。PCのUSB電源の立ち上がりは、起動スイッチと同時にUSB側も立ち上がるようで、パルス状ではなく徐々に(立ち上がり6ms程度)で5Vになるようだ(電源断も同じカーブ)。

 PCも無事立ち上がり、shutdownで電源も切れる...ん、切れない。えー、どうして?調べた結果、このPCのマザーは、待機時にWake Up LANなどのためにUSBがOFFにならないUSBコネクター部があるようで、USBプラグを待機時にOFFになるところを選んでOKとなった(マザーボード上のピンでOFFにすることもできるようだ)。

 とりあえず、工作の目的は果たした。少々足で電源をいじっても瞬断の心配はなくなった。きりの良い所なので、報告をここらで一段落する。

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