ワンコインでIot入門
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某私的勉強会の資料。ワンコインぐらいずつのお金主にArduinoベースにIoT周辺技術で遊びます。初回はハンダなしでping応答まで
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ワンコインでIot入門
- 6. スコープ センサーマイコン GatewayGatewayAPP モーターマイコン 自宅のPC 会社のサーバ パブリッククラウドス Internet/Intranet - wifi - Ether - 3G/4G Arduino Linux ARM系 (Raspberry pi etc.) mbed 温度センサー GPS モータドライバ などなど ←ココ
- 7. なぜArduinoクローンなのか お手軽なアーキテクチャ一覧 Arduino Linux系ARM mbed互換 実装例 Arduino mini互換 Arduino nano 互換 送料込み150円位〜 Raspbbery PI zero (600円ぐらい、入手困難) Orange Pi(1000円強) C.H.I.P(1000円ぐらい) Nucleo シリーズ(1500円くら い) 計算能力 非力 (ATMega8bit/8Mhz〜) 強力（ARM） 強力(ARM) 開発環境 専用IDE(C++的言語) 一般的なLinuxと同じ Web IDE(C++的言語) 備考及 （独断と偏見） -上記ほか、色々なヘンテ コで格安ハードウエア実装 あり Linuxな人はあまり刺激を感じ ないかも 酔っぱらって触って壊してもいいやと思える程度にお手軽（酒の肴に最適）
- 8. モノの種類、なぜArduinoなのか 経済的にお気軽（安価） 経済的にキビシイ（高価） 技術的にお手軽 (サーバ屋視点)技術的にキビシイ (サーバ屋視点) ●Arduino mini互換 ●Arduino nano互換 ●Raspberry Pi zero ● mbed互換機 ●Orange Pi ●マニアックArduino (Digispark系） ●昔からあるマイコン (PIC/H8とか) 当面のスコープ ●高級Arduino (Genuino101とか)
- 9. 例：いろいろなArduino互換機＋ラズパイzero Raspberry Pi Digispark(Arduino) Arduino pro mini 互換機 Arduino nano 互換機 NodeMCU/Amica 互換機(注1) WeMos 互換機(注1) NodeMCU/WeMosはWiFiついてるけどの技適マークなし。普通に使うと電波法違反になります。 ちょっと高いけどWiFiつかうなら技適マーク付き ”wroom-02”を取り寄せよう
- 10. Arduinoの種類 ワンコインなArduinoクローンたち Digispark Arduino pro mini クローン Arduino nano クローン Arduino uno クローン NodeMCU 最安値 送料込130円 送料込139円 送料込179円 送料込294円 送料込359円 マイコン ATTiny85(8bit) ATmega168(8bit), ATmega328P(8bit) ATmega168(8bit), ATmega328P(8bit) ATmega328P(8bit) ESP8266 (32bit +WiFi) 接続 (driver) micro USB (libusb) 生UART mini USB (CH341が多い) mini USB (CH341が多い) micro USB (CP210x) IDE Arduino IDE改 Arduino IDE Arduino IDE Arduino IDE ArduinoIDE+liberary addon Pros. 最小、最安 USB driverいらず 安価、電圧3.3v版と5v 版あり、小型 情報が多い 情報が多い、ハンダ無 しでも色々できる WiFiあり 国際的には情報多い Cons IDEが特殊、 バージョンが低い USB接続なし 電源とUARTが必要 USB Serialが微妙 今どきmini USB USB Serialが微妙 私がもってない 技適なし 適切な電波遮断空間 外で使うと違法 今回のオモチャ
- 11. 例：Arduino nano 328P 通販
- 12. Arduino基礎知識 ❖ OSは無い。電源を入れるとプログラム通りの動作 ➢ TCP/IP通信の標準化もなし。いくつかある TCP/IPライブラリから相性のいいのを選ぶ ❖ 接続はUSBだけど内部的にはRS232Cっぽいシリアル通信”UART”が基本。これでプログラ ムを書き込んだりセンサーと接続したり。 ➢ 多くのArduinoはUSBコントローラ内蔵でUSB経由でUART通信＋給電を行う ➢ この場合、ArduinはPCからはcomポート、シリアル通信用 USBに見える（teratermでATコマンド等） ➢ 物理的には電圧がRS232Cと比べて低い。Arduinoは5vが基本でマイコンの世界では 3.3vの実装も多い。対 応電圧が違うと壊れる。 zPC USB Arduino本体 USB Controller UART 例：Arduino nano 給電
- 13. Arduino基礎知識 ❖ 動くまでの手順 ➢ C++っぽい書式でIDEでプログラムを作成 ➢ IDEでコンパイル、Arduinoへ書き込み ➢ 動かして結果を確認 ❖ Raspberry PiとかのARMと比べれて1,2桁はプロセッサが非力 ❖ メモリ空間が異常に小さい（サーバ屋にはビックリ） ➢ DRAMはなｌく、SRAMのみ ➢ プロセッサーのパフォーマンスチェックのつもりの「ハノイの塔」でプロセッサーより先に再帰のスタックで メモリー不足になったり
- 14. 開発環境 USB ケーブル Arduino nano本体 パソコン Arduino IDE (ソフトウエア) 必要なハード ● パソコン（今回はOSX） ● USBケーブル (今回は USB miniが必要) ● Arduino nano本体 必要なソフト ● Arduino IDE ● SerialIP Liberary ● SUB uart driver とりあえず今日は不要 ● ハンダセット ● ブレッドボード、配線類 ● 抵抗、LED ● センサー類
- 15. 開発環境（ハードウエア） ● PC（今回はMac） ○ 基本的にはMac/Windows/LinuxならなんでもOKと思われる。 ○ 今回使うシリアルIP接続SLIPをMAC/WindowsはサポートしてないのでLinux とかが必要。USBパススルーができればVMでもOK(今回はそれで) ● USBケーブル ○ arduino nanoはmini USB形状。スマホで使うmicro USBとは違うので注意 ○ マイコンの世界ではmini USBもまだ健在なので1本は準備しよう ○ 充電専用の電源以外の結線が無いUSBケーブルがあるので注意 ● Arduino nanoクローン ○ マイコンがATmega168と328種類あり。メモリ容量に差。 ■ ATmega168: Flash 16KB/SRAM 1KB/ EEPROM 512B/ 180円〜 ■ ATmega328: Flash 32KB/SRAM 2KB/ EEPROM 1KB/ 209円〜 ○ 通販Aliexpress(http://www.aliexpress.com/)が価格、品揃え的におすすめ ○ Arduinoのマーク付き正規版の価格は10倍＋送料ぐらい こっちが必要 今回は168では メモリ不足
- 16. 開発環境（ハードウエア購入まめ知識） ● マイコンもセンサーもその他のパーツもAliexpressやAmazonで送料込みで非常に 安く入手できる ● ほとんどきちんと届いたけど、海外発送なので1ヶ月以上待たされる事もあった。気 長に待つ ● とにかく安いので、不良品切り分け用として１セットずつ別々のショップから２セット購 入するのがおすすめ（一応今まで不良品はなかった） ● ハンダ付けは今回は使わないけど避けて通れない。Arduinoで使うだけなら安いヤ ツでOK。失敗対策で吸取線はあった方がいい。2000円ぐらいで全部揃う ● 楽しみ方の例 1 スマホから通勤時の暇つぶしに 100-300円程度の何かを時々オーダー 2 頼んだことを忘れる 3 2週間後ぐらいに届くが酔っぱらって弄るので電圧違いや配線ミスで壊す 4 まもなく予備機が届く 5 やっと動く。祝杯。
- 17. 開発環境：Arduino IDE ❖ Arduino IDE ➢ 下記からダウンロード ➢ https://www.arduino.cc/en/Main/Software ➢ 最新版は1.6.8。zipを解凍して起動すればOK ➢ 下記ダイアログでOKを押すと/User/ユーザ名/Documents/Arduinoという 作業ディレクトリができる
- 18. ❖ SUB uart driver ➢ http://www.wch.cn/download/CH341SER_MAC_ZIP.html ➢ OSXもWinもドライバーインストールが必要。(ubuntu14は不要だった) ➢ Google先生に聞いたら世界中で使ってる人がそこそこいるので とりあえずオレも使ってみる。 ➢ Arduino nanoを接続すると下記のようなシリアルデバイスとして認識 ➢ ひどいデバイス名だ、、と思ったら、、、（後述） Takahashi-no-MacBook-Pro:~ makotaka$ sudo ls -al /dev/ | grep cu crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 3 4 3 15:24 cu.Bluetooth-Modem crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 1 4 3 15:24 cu.Bluetooth-PDA-Sync crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 93 4 24 14:23 cu.wch ch341 USB=>RS232 開発環境: USB driver
- 19. ❖ 内蔵LEDをチカチカさせるサンプルコードがあるのでそのまま利用 ➢ 「ファイル」→「スケッチの例」→「01.Basics」→「Blink」を開く ❖ Arduinoの世界ではコードのことをスケッチという Lチカ：とりあえず動かしてみる
- 20. ❖ 適切にArduinoの種類を選択 ➢ 「ツール」からArduino nanoを選び、適切なプロセッサとシリアルポートを選択 ➢ コード（Arduino界ではスケッチと呼ぶ）の意味は ■ 13番目のPINをOUTPUTに設定 （13番目のPINは内蔵LEDにも 接続されている） ■ 電圧をHighにして１秒待つ ■ 電圧をLowにして１秒待つ ■ 以上の無限ループ Lチカ：とりあえず動かしてみる
- 22. Lチカ：とりあえず対応してみる ❖ 原因はシリアルデバイス名が空白文字を含んでる事。センスねえ！ ❖ という訳で、cu.wchという名のシンボリックリンクを作成して対応 -rw- 1 root wheel 18, 93 4 24 14:23 cu.wch ch341 USB= $ sudo ln -s "/dev/cu.wch ch341 USB=>RS232 fd120" /dev/cu.wch Password: $ ls -al /dev/cu.* crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 3 4 3 15:24 /dev/cu.Bluetooth-Modem crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 1 4 3 15:24 /dev/cu.Bluetooth-PDA-Sync lrwxr-xr-x 1 root wheel 0 4 24 14:20 /dev/cu.wch -> /dev/cu.wch ch341 USB=>RS232 fd120 crw-rw-rw- 1 root wheel 18, 97 4 24 14:46 /dev/cu.wch ch341 USB=>RS232 fd120 ダメなデバイス名
- 23. Lチカ：再度動かしてみる 1. シリアルポートに作成したシンボ リックリンクを選択 2. 再度書き込みを実施 3. 書き込み成功 １ ２ ３ - １秒毎にLEDが点滅してるはず - 点滅間隔を変えて遊んでみよう
- 24. ❖ Arduinoとして書き込める状態になっていないのがある ❖ リセットボタンを押し、IDEが書き込みを始める直前にボタンを離してみるとうまくいく かも -rw- 1 root wheel 18, 93 4 24 14:23 cu.wch ch341 USB= Lチカ：それでもダメなときは コレ
- 25. Ping: シリアル通信のライブラリを追加 ❖ SerialIP Liberary ➢ シリアルでIP通信をするライブラリ ➢ 以下からダウンロード ■ http://www.shikadi.net/files/arduino/SerialIP-1.0.zip ➢ ダウンロードしたファイルをIDE取り込む 「スケッチ」 → 「ライブラリをインクルード」 → 「zip形式のライブラリをインストール」から ダウンロードしたSerialIP-1.0.zipを選択
- 26. Ping：失敗、コンパイル通らず 1. Serial IPのhellowWorlddServer サンプルコードを選択 2. コンパイルしてみる 3. 失敗する ３ ２ ３ １
- 27. ❖ 原因はSerialIPが最新のIDEに未対応なのでライブラリの編集が必要 ❖ ということで３箇所includeファイルを修正 ➢ ワークArduino.hの/liberaries/SerialIP/SerialIP.h をひらく ➢ 24行目の WProgram.hをArduino.hに変更 ➢ clock-arch.cの21行目,SerialIP.cppの21行目も同様にWProgram.hから Arduino.hに変更 $vi /Users/ユーザ名/Documents/Arduino/libraries/SerialIP/SerialIP.h 24: #include <WProgram.h> #Befroe 24: #include <Arduino.h> #After Ping：ライブラリを修正 $vi /Users/ユーザ名/Documents/Arduino/libraries/SerialIP/clock-arch.c 〜略〜 $vi /Users/ユーザ名/Documents/Arduino/libraries/SerialIP1/SerialIP.cpp 〜略〜
- 29. ❖ すでにWindows/OSXはSLIPをサポート終了した事が判明。R.I.P. ❖ やむなくVirtualBox上の仮想ubuntu14にUSBポートをパススルー Linux機があるひとはそれでもOK Ping：Ping対向の設定 Virtual Box (MAC) Arduino シリアル通信 (SLIP over USB) IP VM(ubuntu14) IP Arduino nano IP (＊)SLIPはPPPより古いシリアル通信の規格。オヤジには懐かしいが若者は覚える必要なし
- 30. Ping：ubuntu側の設定、ArudinoへPing成功 $sudo modprobe slip $sudo slattach -L -s 115200 -p slip /dev/ttyUSB0 & #バックグラウンドで $sudo fconfig sl0 192.168.5.1 dstaddr 192.168.5.2 $ping 192.168.5.2 PING 192.168.5.2 (192.168.5.2) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 192.168.5.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=29.8 ms 64 bytes from 192.168.5.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=32.8 ms 64 bytes from 192.168.5.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=36.5 ms ^C --- 192.168.5.2 ping statistics --- 3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2003ms rtt min/avg/max/mdev = 29.850/33.060/36.528/2.740 ms $ifconfig sl0 sl0 Link encap:シリアルラインIP inetアドレス:192.168.5.1 P-t-P:192.168.5.2 マスク:255.255.255.255 UP POINTOPOINT RUNNING NOARP MULTICAST MTU:296 メトリック:1 RXパケット:3 エラー:0 損失:0 オーバラン:0 フレーム:0 TXパケット:3 エラー:0 損失:0 オーバラン:0 キャリア:0 衝突(Collisions):0 TXキュー長:10 RXバイト:252 (252.0 B) TXバイト:252 (252.0 B)
- 31. Ping：TCP接続 ❖ 省略しますが、本来ArduinoのTCP listenするサンプルスケッチなので、 TCP port 1000へtelnetしたり、スケッチ修正したり、これはこれで 遊べます。
- 32. 次回はワンコインEthernet＋MQTT LANケーブル (百円均一) メス-メスケーブル７線 (20線で76円ぐらい オスメス、オスオスも ついでに買っとこう) ENC28J60という格安 Ethernetモジュール (266円) Arduino nano (今回使ったもの) Arduino nano ENC28J60 MQTT broker (Linux) SPI Ethernet 1.追加投資450円ぐらいだけど、arduinoとピンの簡単なハンダ付け作業が必要 2.ハンダセットは2000円ぐらいのセットで十分。ガチ素人なら吸い取り線があればまず間違い無し LAN