M5StackでセンサーデーターをAmbientに送る (MicroPython編)

M5StackはEspressif社のマイコンESP32を搭載したコンパクトなIoT端末です。Arduino IDE、MicroPythonとEspressif社のESP-IDFでプログラミングできます。ここではM5Stackと温湿度・気圧センサーBME280、空気品質センサーBME680をMicroPythonで制御してセンサーデーターを読み、Ambientに送る例を紹介します。M5Stackの概要とArduinoで使う例は以下のページをご覧ください。

M5StackでセンサーデーターをAmbientに送る (Arduino編)

M5Stackを使うためのMicroPythonの環境設定

M5StackのMicroPython開発環境には次の二つがあります。

M5Cloud: クラウドでソースコードを管理する開発環境
オフライン環境: ローカルのPCでソースを管理する環境

公式サイトの説明に沿って環境を設定していくとM5Cloud環境になりますが、M5Cloudは現時点(2018年3月16日)ではβ版で、一度つけたプロジェクト名が変更できないなど、まだ荒削りなところがあります。また、ソースコードのバージョン管理機能がないので、今回はローカル開発環境を使います。

USBドライバーのインストール

[SiLabs CP2104 Driverをダウンロードしてインストールします。ここはArduino IDEで使う場合と共通です。

esptoolのインストール

過去にesptoolをインストールしていなければ、次のようにしてesptoolをインストールします。

$ sudo pip install esptool

以前にインストールしていれば、次のようにして更新します。

$ sudo pip install -U esptool

MicroPythonファームウェアのダウンロード

M5Stack用のMicroPythonファームウェアのダウンロードページでファームウェアをダウンロードします。この時、M5Cloud用とオフライン用があるので、オフライン用をクリックし、最新のファームウェアを選択します。

ファームウェアをM5Stackに書き込む

M5StackをUSBケーブルでPCに接続し、esptoolを使い、まずerase_flashコマンドでフラッシュを消し、次にwrite_flashコマンドでファームウェアを書き込みます。

$ esptool.py --chip esp32 --port /dev/tty.SLAB_USBtoUART erase_flash

$ esptool.py --chip esp32 --port /dev/tty.SLAB_USBtoUART write_flash --flash_mode dio -z 0x1000 m5stack-20180228-v0.3.4.bin

Wi-Fiの設定

ファームウェアを書き込むと、M5Stackの画面に次のようなメッセージが表示されます。

M5StackがWi-Fiアクセスポイントになっているので、画面に表示されたssidにPCやスマートフォンで接続します。パスワードは設定されていません。ブラウザーで192.168.4.1にアクセスすると、次のような設定画面が表示されます。

お使いのWi-FiルーターのSSIDとPasswordを入力してConfigureをクリックすると、M5StackのWi-Fi環境が設定され、Wi-Fiに接続されます。

M5Stackの動作確認

PCからCoolTermなどの通信プログラム、あるいはcuコマンドなどでM5Stackにつなぎ、リターンキーを押すと、次のようにMicroPythonのプロンプトが表示されます。MicroPythonの文を入力すると、実行されます。ちなみに、cuコマンドは「~.(チルダピリオド)」で切断できます。

$ sudo cu -s 115200 -l /dev/tty.SLAB_USBtoUART 
Connected.

>>> print('hello world')
hello world
>>> 
>>> from m5stack import lcd # lcdモジュールをインポート
>>> lcd.clear() # lcdをクリア
>>> lcd.print('hello') # lcdにhelloと出力される

>>> ~.

Disconnected.

温湿度・気圧センサーBME280を使う

M5StackにBME280をつなぐ

Arduino編と同様にM5Stackに温湿度・気圧センサーBME280をつないでみます。詳細は「M5StackでセンサーデーターをAmbientに送る(Arduino編)」をご覧ください。

BME280を接続したら、M5StackをUSBケーブルでPCに接続し、通信プログラムを起動します。次のプログラムを入力すると、BME280のI2Cアドレスを確認できます。センサーの動作が簡単に確認できるところは対話モードは非常に便利です。

>>> from machine import I2C, Pin # I2CモジュールとPinモジュールをインポート
>>> i2c = I2C(sda=Pin(21), scl=Pin(22)) # I2Cを初期化
>>> print('0x%x' % i2c.scan()[0]) # BME280のI2Cアドレスを確認する
0x76
>>>

BME280ライブラリーをM5Stackに転送する

M5StackからBME280をアクセスするプログラムはGithubに置きました。

ambient-python-lib

このページ右上の「Clone or download」をクリックし、「Download ZIP」をクリックして、ZIP形式のファイルをダウンロードし、適当なディレクトリーで展開します。

BME280のライブラリーはGithubに公開されているESP8266用MicroPythonライブラリー「catdog2/mpy_bme280_esp8266」を使いました。

PC上のファイルをM5Stackに転送するのはampyというコマンドが便利です。ampyコマンドのインストールと使い方は「ampy: MicroPythonマイコンとPCとのファイル転送ツール」をご覧ください。

$ export AMPY_PORT=/dev/tty.SLAB_USBtoUART
$ ampy put examples/M5_BME280/bme280.py
$ ampy ls /flash
boot.py
config.json
bme280.py

M5StackからBME280をアクセスする

PCからM5Stackに接続し、以下のMicroPythonプログラムを入力すると、BME280にアクセスして温度、湿度、気圧を取得し、表示するのが確認できます。

>>> import bme280
>>> from machine import I2C, Pin
>>> i2c = I2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21))
>>> bme = bme280.BME280(i2c=i2c)
>>> print(bme.values)
('21.57C', '1017.90hPa', '40.41%')

BME280のデーターをAmbientに送信する

センサーデーターをAmbientに送信するMicroPythonライブラリーはESP8266用のものと同じです。BME280のデーターをAmbientに送信するプログラムは次のようになります。

これらのプログラムも先程Githubからダウンロードしてきたものに含まれています。main.pyのAmbientオブジェクトの初期化にご自分のチャネルIDとライトキーを設定し、ampyでM5Stackに転送します。

 $ ampy put ambient.py
 $ ampy put examples/M5_BME280/main.py
 $ ampy ls /flash
 boot.py
 config.json
 ambient.py
 main.py
 bme280.py

これでM5Stackに次のようにファイルが置かれます。

 /flash
 +---boot.py
     config.json
     ambient.py
     main.py
     bme280.py

/flashの下にmain.pyというファイルがあると、M5Stackがリセットされた時、そのプログラムが実行されます。

M5Stackをリセットして、Ambientサイトで設定したIDのチャネルページを見ると、次のように温度、湿度、気圧データーが送信されているのが確認できます。

温湿度・気圧・空気品質センサーBME680を使う

M5StackにBME680をつなぐ

温湿度・気圧に加えて、空気品質を測定できるBME680というセンサーがあります。これもM5Stackにつなげてみます。接続の詳細は「M5StackでセンサーデーターをAmbientに送る(Arduino編)」をご覧ください。

M5StackからBME680をアクセスする

BME680をアクセスするPythonライブラリーモジュールはBME680モジュールを提供しているPimoroni社のものを使いました。このライブラリーをMicroPythonで動かすためのアダプターも使います。
ファイルはBME280をアクセスするプログラムと一緒にGithubに公開してあり、すでにPC上にダウンロードされています。

次のようにM5Stackの/flashの下にbme680というディレクトリーを作り、必要なファイルを転送します。

BME280のアクセスから続いて操作している場合は、ここで一旦M5Stackをリセットしてください。

 $ ampy mkdir bme680
 $ ampy put examples/M5_BME680/bme680/__init__.py /flash/bme680/__init__.py
 $ ampy put examples/M5_BME680/bme680/constants.py /flash/bme680/constants.py
 $ ampy put examples/M5_BME680/bme680/i2c.py /flash/bme680/i2c.py
 $ ampy put examples/M5_BME680/main.py

これでM5Stackのファイルシステムは次のようになります。

 /flash
 +---boot.py
     config.json
     ambient.py
     bme280.py
     main.py
     bme680
     +---__init__.py
         constants.py
         i2c.py

M5Stackをリセットすると、今転送したmain.pyが実行され、BME680で取得した温度、湿度、気圧がAmbientに送信されます。

まとめ

M5Stackは5.4cm x 5.4cmのコンパクトなケースにESP32、電池、320 x 240 TFTカラーディスプレイなどが搭載されたIoT端末です。拡張モジュールを積み重ねることで機能を拡張していけます。
MicroPythonで使うと、対話モードでセンサーなどの動作を確認しながらプログラムを作っていけるので、プロトタイプ段階で特に便利です。