M5Stack (M5GO/M5Camera/M5Stick)
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/M5Camera/M5Stick)
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。
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)
ファームウェアのバックアップ / リストア
esptoolのインストール
① CP210x USB - UART ブリッジ VCP ドライバのインストール
SILICON LABSのサイトからダウンロードしてインストールします。
OSに合わせて選択します。Windows 7/8/8.1（v6.7.6）を使いました。
② Pythonのインストール
OSに合わせて選択します。バージョン3.6.5を使いました。
Windows環境の際はインストーラ版を使って Customize installation -> "Advanced Options" -> "Add Python to environment variables"のチェックが必要です。
③ esptoolのインストール
pip install esptool
エラーが発生する際は下記の実行が必要な場合があります。
python -m pip install --upgrade pip
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(下部モジュール)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(もしくは2μF)のコンデンサを並列に入れるだけ。
PDM出力時の音質改善を優先しています。
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。
M5Stickのバッテリー容量アップ (2019/03/03)
M5Stackより新型のM5Stickのバッテリー容量を80mAhから400mAhにアップします。ケースに収まらないのでケースを加工して3Dプリンタで作った部品で蓋をします。
M5Cameraのバッテリー駆動電圧アップ (2019/03/23)
M5Cameraにはバッテリーを繋ぐことが出来ます。USBコネクタから電力を供給すると充電されます。（TP4057経由）
M5Cameraには5Vの昇圧回路がないため、バッテリーから電力を供給した場合でも内部ではバッテリーの電圧のままです。
そこで回路の途中に昇圧回路を入れてバッテリーからの電力供給でも安定した5Vが出力されるようにしました。
M5Cameraには5Vの昇圧回路がありません。I2C(Grove)コネクタの電源出力は入力電圧のままとなります。
M5StackをMicroPythonで使ってみる
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。
以降の解説はloboris版、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 display
import mpu9250
import mpu6500
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
dac=machine.DAC(Pin(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
gyro_sf = mpu6500.SF_DEG_S
#Raw
)
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")
#
# 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
door.zip
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
uos.sdconfig(uos.SDMODE_SPI, clk=18, mosi=23, miso=19, cs=4, maxspeed=40)
uos.mountsd()
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。
maxspeedはSPIインターフェースのクロック速度を指定します。（初期値40、省略できます）実際の転送速度はSDカードとの相性によるようです。
M5Stack用のMicroPythonをリビルドする[玄人志向] (MicroPython[loboris])
詳しくは
Building MicroPython for ESP32を参考にしてください。
きほん備忘録です。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。
① sdkconfig の準備
ビルドにはM5Stackに対応したsdkconfigファイルが必要です。M5Stack_MicroPythonのPython_BUILD/firmware/以下にあります。必要な種類から選びます。
MicroPython_BUILD/firmware/esp32_all/sdkconfig
② menuconfigを実行してカスタマイズ
menuconfigを実行することで公式版とloboris版の記述の差異も更新されます。
./BUILD.sh menuconfig
Log outputをDEBUGレベルからINFOレベルに変更
Component config --->
Log output --->
Default log verbosity (Debug) --->
(X) Info
内部Flash設定変更
Serial flasher config --->
Flash size (4 MB) --->
(X) 16 MB Fireは16MB
Flash SPI speed (40 MHZ) --->
(X) 40 MHZ
SPI RAM設定変更
Component config --->
ESP32-specific --->
[*] Support for external, SPI-connected RAM
SPI RAM config --->
[*] Ignore PSRAM when not found
Set RAM clock speed (40MHZ clock speed) --->
(X) 40MHz clock speed 80MHzを指定するとDMAが1ch占有される。不安定？
デュアルコアCPUのタスク振り分け設定
[*]に設定するとFreeRTOS（基本システム）によってタスクはそれぞれのコアに振り分けられます。
MicroPython --->
System settings --->
[ ] Use both cores for MicroPython tasks (experimental)
フレームバッファー有効化
MicroPython --->
Modules --->
[*] Enable framebuffer
③ ./BUILD.shの編集
FILE_SIZE=16 変更したFlashサイズに合わせます。
④ ビルド
./BUILD.sh clean 念のためクリーン実行
./BUILD.sh -v
なぜか下記の実行も必須でした。
../Tools\esp-idf\components\partition_table\gen_esp32part.py partitions_mpy.csv partitions_mpy.bin
⑤ M5Stackに書き込み (ファイルは上記で作成したファイル)
Windowsを使いました。
esptool.py -p COMシリアルポート番号 -b 921600 --before default_reset --after no_reset write_flash 0x1000 bootloader.bin 0xf000 phy_init_data.bin 0x10000 MicroPython.bin 0x8000 partitions_mpy.bin
追加した機能 (詳しくは以降の説明で)
①WAVファイルを再生する際にバッファー容量を指定できる。
dac.wavplay('/sd/ファイル名.wav', 0, バッファ数(省略可))
②MP3ファイルが再生できる。
dac.mp3play('/sd/ファイル名.mp3',freq=48000,buffsize=8,stacksize=4096)
③LCDと外部SPI機器が同時に使える。
spi = SPI(
spihost=SPI.VSPI,
省略
dma = 2) DMAチャンネル2を指定できるようにします。
④イメージの表示でバッファを指定できる。
tft.image(0, 0, "", type=tft.JPG, buf=bufバッファ指定(省略可))
※ バッファを指定する際はtypeの指定が必須。
ビルド済みのイメージファイルを用意しました。
micropython_lobo_190407.zip
micropython_lobo_fire_190407.zip Fire
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カードスロットとLCDはインターフェース(VSPI)を共有しています。
SDカードとLCDへのアクセスが集中した状態ではLCDへの表示が遅れたり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を増やすことで対応します。
WAVデータはDMAを使ってDAコンバータに転送されます。
DMAのサイズはバッファ数2（バッファ長1024Byte）と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。
dac.wavplay('/sd/ファイル名.wav', 0, バッファ数(省略可))
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。
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のアクセスにも余裕がでました。
M5Stack無改造での音質も格段に向上しました。
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=48000,buffsize=8,stacksize=4096)
mp3はモノラルに変換してください。
M5Stackの動画再生能力 (MicroPython[loboris])
上の動画は内蔵フラッシュメモリーに保存した画像ファイル(jpeg)から表示しています。
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0.1ミリ秒でした。
全画面表示はLCD(ILI9341)のアクセススピードより、画像データ保管場所からの転送スピードに影響されます。LCDへの画像データはDMA転送されます。
動画データの作り方
動画をムービーメーカーで7FPSに変換 → Free Video to JPG Converterで画像に変換（フレーム毎） → XnConvertでトリミング/リサイズ/再圧縮（10KB以内、圧縮率=25/DCT=Float/Smooth=0/Sub=4,1,1/EXIFなし/ハフマンなし） → FlexRena84でファイル名調整 → 同じ画像を間引く
M5Stackで外部SPI機器を使う際のトラブル＆対策
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
解消するには現時点ではリビルドが必要。(2019/01/23)
M5StackでDualShock/2を使う (MicroPython[loborisリビルド版]) (2018/06/24)
DualShock/2はSPIインターフェースで通信できます。
spi = SPI(
spihost=SPI.VSPI,
#mode = SPI.MASTER
baudrate = 250000,
polarity = 1,
phase = 0, # Cable=1 / Remote=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
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)
M5Camera/M5StickをMicroPythonで使ってみる
公開準備中…
M5CameraとM5Stackの双方向通信 (MicroPython[loborisリビルド版]) (2019/01/23)
M5Cameraで撮影したデータをM5StackにWiFiで送信します。逆にM5StackからのDUALSHOCKデータをM5Cameraに送信します。すべてMicroPythonでプログラム。
M5Cameraで撮影データを取得する (MicroPython[loborisリビルド版]) (2019/01/23)
M5CameraにmicroPythonを載せて
MicroPythonから直接Camera(OV2640)にアクセス出来るようにしました。
import camera
camera.init([,reset] [,xclk] [,siod] [,sioc] [,d7] [,d6] [,d5] [,d4] [,d3] [,d2] [,d1] [,d0]
[,vsync] [,href] [,pclk] [,freq] [,timer] [,channel] [,pixformat]
[,framesize] [,quality] [,fb_count]) イニシャライズ
camera.sensor_set([,pixformat] [,framesize] [,contrast] [,brightness] [,saturation]
[,gainceiling] [,quality] [,colorbar] [,whitebal] [,gain_ctrl] [,exposure_ctrl]
[,hmirror] [,vflip] [,aec2] [,awb_gain] [,agc_gain] [,aec_value] [,special_effect]
[,wb_mode] [,ae_level] [,dcw] [,bpc] [,wpc] [,raw_gma] [,lenc])
img=camera.get_fb()
width=camera.width()
height=camera.height()
imgに取得したイメージデータが格納されている
camera.return_fb() 取得イメージ解放
#camera.reset()
camera.deinit()
pixformat = RGB565, YUV422, GRAYSCALE, JPEG, RGB888
framesize = QQVGA, QQVGA2, QCIF, HQVGA, QVGA, CIF, VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA
contrast = -2 - 2 コントラスト
brightness = -2 - 2 輝度
saturation = -2 - 2 彩度
gainceiling = GAINCEILING_2X - 128X
quality = 0 - 63
colorbar = True, False
whitebal = True, False オートホワイトバランス
gain_ctrl = True, False
exposure_ctrl = True, False 露出
hmirror = True, False 水平反転
vflip = True, False 垂直反転
aec2 = True, False
awb_gain = True, False
agc_gain = 0 - 30
aec_value = 0 - 1200
special_effect = NORMAL, ANTIQUE, MONO, NEGATIVE, BLUISH, GRENNISH, REDDISH, MONO_NEGATIVE
wb_mode = 0 - 4
ae_level = -2 - 2
dcw = True, False
bpc = True, False
wpc = True, False
raw_gma = True, False
lenc = True, False
M5Stickのディスプレイに表示する (MicroPython[loborisリビルド版]) (2019/01/27)
MicroPythonからOLED SH1107にアクセスする。(framebufを使っています)
import sh1107
oled = sh1107.SH1107_SPI(64, 128, spi, dc=Pin(27), res=Pin(33), cs=Pin(14), seg_remap=1)
# seg_remap=1 上下反転
oled.line(0,0,64,128,1) 端から端まで線を引く
oled.text('Micropython', 0, 0,1,1)
'表示文字',X座標,Y座標,1=白,1=右90°回転
oled.scroll(-8,0)
oled.show()
oled.bitmap('i2is.bmp')
'ビットマップファイル名' 128x64ドット 単色
oled.show()
※ テストは電子レンジの中でやっています。
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（※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
