M5Stack (M5GO)
コンパクトなケースに沢山の機能が詰まった魅力的なIoTデバイスM5Stack (M5GO)
マイコン世代のひとはM5と聴くと
SORD m5を思い出すはずw
備忘録も兼ねています。機種やバージョンなどの違いによって使い方が変わっている可能性もあるのでご注意ください。
ドローンTelloをM5Stackで飛ばしてみました。(バイナリーモード) (2018/06/12)
M5Stack(M5GO)でTelloのバイナリモードを使ったコントロールに成功しました！
ファームはオフライン版のm5stack-20180419-v0.3.9.binを使いました。
Telloのバイナリ制御はPingguSoft-pytello-09d98e0e1646からMicroPythonに移植しました。
PingguSoft-pytello-09d98e0e1646.zip
MPU9250の傾きでTelloを制御します。
Aボタン長押しでコネクト
Bボタン長押しで離陸
Cボタンで着陸
前後の傾きで前後移動※
左右の傾きで左右移動※
Aボタンを押しながら前後の傾きで上昇下降※
Aボタンを押しながら左右の傾きで左右旋回※
※傾き角度で速度調整
バイナリモードなのでカクカクしないでスムーズに動きます。
M5Stack用のモーターモジュールを自作してみました。(2018/06/24)
M5Stackのコンパクトな筺体にあわせて出来るだけ小さくモーターモジュールを作ってみました。
設計 / 製作
設計コンセプト
収納出来るバッテリーの目安
ケースの内幅は50.4mmです。バッテリーはケースに入ることを確認してください。
LiPo 3.7V 〜1000mAh 503450(厚さ5mm x 34mm x 50mm)
LiPo 3.7V 1000mAh〜1200mAh 603450(厚さ6mm x 34mm x 50mm)
千石電商でも扱っているようです。
モータードライバ
任意で選択してください。
I2Cモータードライバ・モジュール DRV8830でテストしています。
測距センサ
前面にVL53L0X TOFレーザー測距センサモジュールがセットできるようにしてあります。
カラーセンサ
TCS34725 カラーセンサ・モジュールがセットできるようにしてあります。
コントローラ
任意で選択してください。
PS2 ワイヤレスコントローラー（クリア）（プレステ2で使える2.4Ghz無線コントローラー）を使っています。
受信基板の改造が必要です。（プレイステーションのコネクタの除去、12MHzのクリスタルを表面実装に交換）
表面実装のクリスタル
表面実装型クリスタル（水晶発振子） 12ＭＨｚ （4個入）
クリスタルの交換は必須ではありませんが、そのままだと邪魔になります。ハンダの難易度は高いです。
M5StackでDualShock/2を使う
DualShock/2はSPIインターフェースで通信できます。
ワイヤレスコントローラの受信機もSPIインターフェースになっています。
受信基板を取り出してM5Stack用プロトモジュールに貼り付けて配線しています。
下記はMicroPythonでのSPIイニシャライズ
spi = SPI(
spihost=SPI.VSPI,
#mode = SPI.MASTER
baudrate = 250000,
polarity = 1,
phase = 0,
bits = 8,
firstbit = SPI.LSB,
duplex = True,
sck = Pin(18, Pin.OUT),
mosi = Pin(23, Pin.OUT),
miso = Pin(19, Pin.IN),
cs = Pin(26, Pin.OUT)
)
DualShock/2の資料はこちらが詳しくとても分かりやすいです。
プレイステーション2専用ローリングスイッチ技術資料
パチパチクラッピー[トール君]を自走式にしました。(2018/07/01)
いちぶでは有名なパチパチクラッピー[トール君]を自走式にしました。(^_^)
クラッピーもサーボでパチパチします。メカも完全内臓、元のスプリングを生かしているのでしっかりパチパチします。そして！手動でもパチパチ出来るステルス改造になっています (^_^)
インターフェースをI2C(Grove) にしたのでM5Stackに直結出来ます。
ご要望が多いので内部機構を公開、サーボーを完全に内蔵して、さらに手動でも動くようにするために、最初にレバーなどの部品を採寸して図面化しました。ここから追加パーツを設計して作っています。使った部品のなかには小ロットでの入手が難しい部品もあったりします。
New AIBO風のシッポを付けました。(2018/07/18)
パチパチクラッピー[トール君]の目を動くようにしました。(2018/08/11)
M5Stack WALL-E完成しました！(2018/07/24)
M5Stackファームウェアのバックアップ / リストア
母艦にpythonとESPToolのインストールが必要です。
消去
esptool.py -p COM3 -b 921600 erase_flash
COM3 任意のCOMポート
バックアップ
esptool.py -p COM3 -b 921600 read_flash 0 0x400000 firmware.bin
COM3 任意のCOMポート
0x400000 ファームウェアのサイズ(4MB / 8MB)
firmware.bin 任意のファイル名
リストア
esptool.py -p COM3 -b 921600 write_flash 0 firmware.bin
COM3 任意のCOMポート
firmware.bin バックアップしたファイル名
M5StackのI2C(Grove)コネクタ
M5Stackの本体にはI2C(Grove)のコネクタが搭載されています。ここに外部モジュールを接続できます。
端子それぞれの割り当てはこちらになります。
シグナルは3.3V、電源出力は5Vと異なっているので注意が必要です。
M5GOに付属のケーブルは黄と白が逆になっています。カットして使う際は注意が必要です。
M5Stackの音割れ問題の解決
抵抗を追加して音質改善 (2018/10/18)
M5Stackにはスピーカーが内蔵されていますが、音割れを起したり音質はいまひとつで、もったいない状態でした。
N.Yamazakiさんはブログで
M5Stackの音量を抵抗1つで調節する方法を発表されました。
画期的な方法です！ただしGPIO25を
フローティング状態に出来ずに効果が薄かったとのこと。
この方法をMicroPythonで試してGPIO25をフローティング状態にする設定にトライしてみたところ、オープンドレイン（出力）でフローティング状態になりました。
この状態でGPIO25とGPIO26を75Ωでバイパスして、さらにGPIO26とGNDの間に2μFの電解コンデンサをいれたら良い感じの音になりました。(^_^)
machine.Pin(25,Pin.OUT_OD)
N.Yamazakiさまありがとうございます。
詳しくはN.Yamazakiさんの
ブログで確認ください。
MP3ファイルを再生して音質改善 (2018/11/15)
MicroPython[loboris]にMP3ファイルの再生機能を追加しました。M5Stack無改造での音質も格段に向上しています。
詳しくは「M5StackでSDカード内のMP3ファイルを再生する」をみてください。
M5Stackを改造して音質改善 (2018/11/15)
出来るだけ簡単な改造で音質の向上ができるようにしてみました。
音声出力(GPIO25)からGNDの間に75Ωの抵抗と1μFのコンデンサを並列に入れるだけです。
ソケットの根元をハンダするときはヒートシンクとしてダミーのピンを刺しておく必要があります。
抵抗とコンデンサは手持ちで試して効果があったものです。本来？の回路に準じた部品ではありません。
ソケットの根元をハンダする際のヒートシンクですが、他に良い方法があるかもしれません、いずれにしても注意して作業しないと接触不良の原因になります。
M5Stack用のプロトモジュールケース (2018/10/25)
ケースを自作する方のためにプロトモジュールケースのCADデータを公開します。
実物を採寸してCAD化しています。（
入手出来る編集可能なCADデータは寸法が合っていないものが多いです）
実測したままの寸法なので3Dプリンタ等で出力する際はご注意ください。
編集可能なigesファイルを置いておきます。
M5Stack用のMicroPython
M5stackのMicroPython用ファームウェアはMicroPython_ESP32_psRAM_LoBoを元にしています。（公式発表）
m5cloud（OFF-LINE版含む）のソースコードはいまのところ公開されていません。
リビルドする場合にはM5Stackが公式に公開しているMicroPythonのソースコードが必要になります。
m5stack/M5Stack_MicroPython
こちらはm5cloud（OFF-LINE版含む）と比較するとオミットされている機能が多くソースコードそのものが含まれないモジュールもあります。
リビルドする場合は元となったloboris版を使う方がいまのところ良いようです。
loborisさんバージョンはこちらにあります。
loboris/MicroPython_ESP32_psRAM_LoBo
開発環境はuPyCraft_V0.28を使っています。
uPyCraft
v0.30(Win)は不具合で使えませんでした。
以降のソースコードはloboris版です。M5Stack公式版とは初期化等が異なります。
M5Stackで家のドアをメイドカフェ風に改造してみた。 (MicroPythonサンプルプログラム)
MicroPython
loboris版で作ったサンプルプログラムを公開します。
省電力など考慮していません
音割れ対策として音声ファイルは波形編集ソフトを使って音量を下げています。（量子化ビット数が犠牲にります。）
import network
import utime
import display
import mpu9250
import mpu6500
import ak8963
import machine
from machine import Pin
from time import sleep, sleep_ms
# Charge Mode
buttonA = Pin(39, Pin.IN)
if not buttonA.value():
while True:
pass
# I2C Init
try:
i2c = machine.I2C(sda=21, scl=22)
except:
print("I2C Error")
print(i2c.scan())
# Neopixel
Neopixel = machine.Neopixel
np = Neopixel(Pin(15), 10,Neopixel.TYPE_RGB)
np.show()
np.set(1, 0x000000,0,10,True)
# DAC
#machine.Pin(25,Pin.OUT_OD) # 25 OpenDrain
dac=machine.DAC(Pin(25))
# bypass 26 -> 25
# MPU9250 (0x68,0x0C)
mpu = mpu6500.MPU6500(i2c,
accel_fs = mpu6500.ACCEL_FS_SEL_16G,
# 加速度 (測定レンジ±16g)
gyro_fs = mpu6500.GYRO_FS_SEL_500DPS,
# ジャイロ (測定レンジ ±500°/sec)
accel_sf = mpu6500.SF_G,
#Raw
#accel_sf = mpu6500.SF_M_S2, # 1 g = 9.80665 m/s2 ie. standard gravity
gyro_sf = mpu6500.SF_DEG_S
#Raw
#gyro_sf = mpu6500.SF_RAD_S # 1 rad/s is 57.295779578552 deg/s
)
imu = mpu9250.MPU9250(i2c, mpu6500=mpu)
# TFT(LCD)
tft = display.TFT()
tft.init(tft.M5STACK, width=240, height=320, rst_pin=33, backl_pin=32, miso=19, mosi=23, clk=18, cs=14, dc=27, bgr=True, backl_on=1, rot=tft.LANDSCAPE)
tft.image(0,0,"kizuna.jpg")
tft.font(tft.FONT_Ubuntu, rotate=0,fixedwidth=True,transparent=False)
#
# Main
#
while True:
if imu.gyro[1]<-40:
dac.wavplay('okaeri.wav')
sleep(12.5)
dac.stopwave()
dac.write(0)
if imu.gyro[1]>40:
dac.wavplay('itte_.wav')
sleep(12.5)
dac.stopwave()
dac.write(0)
sleep(0.1)
イメージダウンロード
ファームMicroPython_ESP32_LoBo（psramなし、外部SPIが使える）
door.zip
M5Stackで外部SPI機器を使う際のトラブル＆対策 (MicroPython[玄人志向])
ESP32モジュールにはHSPIとVSPIの2系統のSPIインターフェースが用意されています。（FlashとpsRAM用は別）
M5StackではVSPIにLCDとSDスロットが接続されていて外部用SPI端子もVSPIに接続されます。
またSPIはDMAも使用しており現状MicroPythonでは下記に固定されています。
このためLCDと外部SPI機器は同時に使用出来ず、次のエラーが発生します。
spi_master: spi_bus_initialize(96): dma channel already in use
[SPI_UTILS]: spi initialization failed with rc=0x103
こちらを解消するには現時点ではリビルドが必要です。(2018/06/28)
リビルドに関しては日本語での解説ページもいくつかあるので参考にしてください。
ビルドにはsdkconfigファイルが必要です。sdkconfigはMicroPython_BUILD/firmware/以下にあります。必要な種類から選びます。
Ex:MicroPython_BUILD/firmware/esp32_all/sdkconfig
さらにカスタマイズするときは
詳しくは
Building MicroPython for ESP32を参考にしてください。
ソースの変更箇所を載せます。（この方法では外部SPI機器とSDスロットが同時に使えません）
MicroPython_BUILD/components/micropython/esp32/machine_hw_spi.cの次の箇所を変更
self->spi.dma_channel = 2; 1を2に変更
DMAのチャンネルを指定できるようにする為のソースファイルはこちらになります。SPIのイニシャライズでdmaキーワードが使えるようになります。
変更箇所には"Attic 2018/06/18"のコメントがいれてあります。
ソースファイル
外部SPIが使える（DMAの指定が出来る）ビルド済みのイメージファイルを用意しました。
MicroPython_ESP32_psRAM_LoBoからビルド（allからcURLをオミット） 2018/11/17
micropython_lobo_spi.zip
micropython_lobo_psram_spi.zip psramあり
いずれもLog outputをDEBUGレベルからINFOレベルに上げています。
M5StackのデュアルコアCPU動作設定 (MicroPython[loboris])
M5StackのCPU、ESP32はデュアルコアのCPUです。
MicroPython[loboris]では、デュアルコアの動作をビルドオプション
(上記sdkconfigファイル内の
CONFIG_MICROPY_USE_BOTH_CORES)によって設定します。
yに設定することで
FreeRTOS（基本システム）によってタスクは2つのコアそれぞれに仕分けられます。
設定しない場合は、2つのコアはMicroPythonのコード内で仕分けられます。（公式のビルドオプションではオフに設定されていました）
M5StackでSDカードをマウントする (MicroPython[loboris])
SDカードは次の初期化を行うことでマウントできます。
import uos
# SD
uos.sdconfig(uos.SDMODE_SPI, clk=18, mosi=23, miso=19, cs=4, maxspeed=40)
uos.mountsd()
uos.listdir('/sd')
SDカードスロットはインターフェース(VSPI)をLCDと共有しています。
SDカードとLCDを同時にアクセスする際には注意が必要です。
maxspeedはSPIインターフェースのクロック速度を指定します。（省略できます。初期値40です）実際の転送速度はSDカードとの相性によるようです。
M5StackでSDカード内のWAVファイルを再生する (MicroPython[loborisリビルド版]) (2018/11/02)
SDカードスロットはインターフェース(VSPI)をLCDと共有しています。
SDカードに格納したWAVファイルを再生するときは連続してSPIへのアクセスが発生しています。
このときに同時にLCDをアクセス（jpegイメージの表示）すると再生音が途切れることがあります。
この問題をWAVファイルを再生する際のバッファー容量を増やすことで対応します。
M5StackはWAVファイルを再生する際にDAコンバータを使っていて、MicroPythonではデータをDMA転送しています。
DMAのサイズはバッファ長とバッファ数で設定します。
ただし、MicroPython[loboris]のwavplay関数ではバッファ長1024Byte、バッファ数2で固定されているため、
ソースを変更して第3引数にバッファ数を指定できるように修正しました。（省略した場合は2のまま）
dac.wavplay('/sd/ファイル名.wav',0,バッファ数)
バッファ数
32を指定した場合、バッファサイズは32KBになります。
弊害として再生開始までの時間が長くなります。上の動画では2分20秒ぐらいから音が途切れて再生が乱れています。バッファ分の余裕が無くなってしまったようです。
M5StackでSDカード内のMP3ファイルを再生する (MicroPython[loborisリビルド版]) (2018/11/15)
音質の改善と、LCDアクセス時の音途切れ問題を解消するためにMP3ファイルの再生機能を追加しました。
WAVからMP3になってデータサイズが大幅に縮小したことによりインターフェース(VSPI)の占有率が減ったので、LCDのアクセスに余裕がでました。
全画面のスライドショーを200msec間隔で表示しても音が途切れることはなくなりました。
M5Stack無改造での音質も格段に向上しました。
mp3playを実行することで再生開始します。 ファイル名以外は省略できます。実行後はバックグラウンドで再生を続けるので処理を継続できます。
dac.mp3play('/sd/ファイル名.mp3',freq=44100,buffsize=8,stacksize=4096)
mp3はモノラルに変換してください。
こちらのイメージはspi,wavplay,mp3playの修正を含んでいます。
micropython_lobo_psram_spi.zip psramあり
M5StackのLCD(ILI9341)の画像(jpeg)描画能力 (MicroPython[loboris])
上の動画のスライドショーのデータは、画像ファイル(jpeg)を内蔵フラッシュメモリーに保存したものから表示しています。
サウンドをオフにした状態で全画面(320×240)にjpeg画像1枚を表示する時間を測定すると約0.22ミリ秒でした。
1秒間に4枚表示なので動画のフレームレートは4fpsになります。20fpsは超えないと動画を表示するのは難しいですね。
MicroPython[loboris]では、画像データはDMA転送しています。
M5Stackの9軸センサートラブル (MicroPython[loboris])
M5Stack FIRE 初期版（PSRAMが認識しないもの）など一部機種の9軸センサーは地磁気センサーのI2Cアドレスが他のM5Stackと異なります。次の修正が必要です。
mpu6500.MPU6500.whoami=0x71
ak8963.AK8963.whoami=18
mag = ak8963.AK8963(i2c,address=0x0e)
mpu = mpu6500.MPU6500(i2c,
# 省略
)
imu = mpu9250.MPU9250(i2c, mpu6500=mpu, ak8963=mag)
M5Stack(M5GO)の初期不良（発売初期の問題、今は品質が安定しているようです。）
とっても素敵で魅力的なM5Stackですが製造時の不具合が多数報告されています。
とくにM5GOの初期生産分での不具合の報告が多いようです。
私が購入したM5GOも不具合品でした。先に購入したM5Stack Facesのハンダのクオリティと比較してもM5GOは雑に感じました。
不具合品は直接製造メーカーに連絡すれば交換してくれるとの事です。
スイッチサイエンスさんで購入した人はスイッチサイエンスさんで交換対応して貰えます。
主な不具合です。（※印は実際に遭遇）
M5Stack(PSRAMなし)にSRAMを追加してみました。
結果は失敗…
純粋なSRAMの23A512が使えたら消費電力的に嬉しいと思ったのですが残念です。
esp-psaram32と23A512のコマンド仕様が異なるのは分かっていたのですが、下位互換にしてるのでは…と思った甘い予測が外れたみたいです。
実績のあるLyontek LY68S3200とかのチップ単体購入のハードルは高そうなのでPSRAMあり版のM5Stackの技適審査を待つしかなさそうです。
※ テストは電子レンジの中でやりましたw
※ 余談ですが下の写真にジャギ様が居ますw
