1.
ESP8266を
はじめよう
けーいち@9SQ
吉村 圭一郎
THE IoT
READY
Wi-Fi
MODULE
Wankuma:Fukuoka#36
わんくま同盟 福岡勉強会 #36 March 26, 2016

2.
はじめに
今回のお話の対象
•Arduino触ったことある
•触ったことないけど
これを機に挑戦したい
•乗るしかないこのビック
ウェーブにと思っている
超HOT
IoT

3.
はじめに
というわけで
ESP8266で
オリジナルIoTデバイス
作りましょう。
超HOT
IoT

4.
ESP8266とは？
上海のファブレス半導体メーカー Espressif Systems が
製造しているWi-Fiモジュールのチップセット及びそのシリーズ
ESP8266EX chipset
• TCP/IPプロトコルスタック搭載32bit MCU
• アーキテクチャ : RISC (Diamond Standard 106Micro Core)
• クロック : 80MHz
• RAM : 64KB(命令用), 96KB(データ)
• Wi-Fi STA, AP, STA+AP
• IEEE 802.11b/g/n, WPA/WPA2
• 10-bit ADC with HSPI, SDIO, UART, PWM, I2C, and I2S

5.
ESP8266とは？
http://l0l.org.uk/
今までにESP-xxとして
海外では販売されていた
しかし…
技適が通ってない
日本国内で堂々と使うと
法律的にアウトーっ！
※こっそり使ってもアウトです

6.
そこに登場した救世主
http://espressif.com/en/products/wroom/
ESP-WROOM-02
2015年に販売開始された
ESP-WROOM-02は
FCC, CE, KCC, TELEC, LCIE,
WiFi Alliance Certification
技適通ってる！
日本国内で問題なく使える
ので、これを使ってみよう

7.
他の似たものと比較
Arduino UNO mbed (LPC1768) Raspberry Pi ESP-WROOM-02
値段 3000円くらい 6000円くらい
A+ ～ 2B
3000円～6000円
Breakout Board
600～2500円
I/O (GPIO) 20 26 17 11
機能
UART/I2C/SPI/
PWM
+シールドで拡張
UART/I2C/SPI/
PWM/CAN/LAN/
USBなど
UART/I2C/SPI/
PWM/LAN/USB
ソフトで色々
UART/I2C/I2S/
SPI/SDIO/PWM/
IR/Wi-Fi
ポテンシャル
(大雑把に)
ふつう ちょっとつよい 超つよい つよい
難しい？ かんたん ちょっと難しい ふつう わりとかんたん
夢広がる？ お勉強用+α 使いこなせたら 広がりまくり
えっ、この値段…
いろいろな物に
組み込んでネット
に繋ぎたくなる！
※個人の感想です

8.
どこで買えるの？
秋月電子通商
•Wi-Fiモジュール ESP-WROOM-02 DIP化キット … 650円(税込)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09758/
スイッチサイエンス
•ESP-WROOM-02ピッチ変換済みモジュール … 909円(税込)
https://www.switch-science.com/catalog/2347/
•ESP-WROOM-02開発ボード … 2160円(税込)
https://www.switch-science.com/catalog/2500/
などなど… 別途 USBシリアル変換やモード
切り替え用の抵抗(後述)が不要

9.
その他に必要なもの
USBシリアル変換 … 1個持っていればOK
秋月電子通商
•FT231X USBシリアル変換モジュール … 750円(税込)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-06894/
スイッチサイエンス
•FT232RL搭載小型USB-シリアルアダプタ 3.3V … 1868円(税込)
https://www.switch-science.com/catalog/343/

10.
どうやって使う(動かす)の？
方法 その1
ATコマンドを叩いて、Wi-Fi通信モジュールとして使う
※ATコマンド…簡単に言うとモデムを制御するコマンドだよ！エヴァじゃないよ！
方法 その2
内蔵ファームウェアを書き換えてArduinoみたいに使う
➡Arduino IDEを使って開発＆書き込みできます
今回は単体でArduinoっぽく使う方法を説明します

11.
Arduinoについて(復習)
Arduino
電子工作プロトタイピング プラットフォーム
←IDE(開発環境)やボードを含めた総称
スケッチ
Arduino IDEで書くソースコードのこと
拡張子は .ino
Arduino言語
C/C++がベースになっている

12.
Arduinoについて(復習)
void setup() {…}
電源ONした後に1回だけ実行される
void loop() {…}
setupの後に繰り返し実行される
シリアルモニタ
マイコンとのシリアル通信
コンパイル&書き込み
マイコンに書き込むコンパイル
スケッチをマイコンが
実行できる形に変換する
int main(void) {
setup();
while(1) {
loop();
}
return 0;
}
実行時の動作は
←こんなイメージ

13.
ESP8266 core for Arduino
Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (1)
1. Preferences(環境設定)を開く
2. 追加のボードマネージャのURL の一番右のボタンをクリック
3. http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json をコピペ
4. OKをクリック
5. OKをクリックで環境設定を閉じる
2
3
4
5
これでボードマネージャで
インストール可能になった
次へ続く
1

14.
ESP8266 core for Arduino
Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (2)
1. ツール → マイコンボード : “…”
2. ボードマネージャ...
3. 一番下の esp8266 by ESP8266 Community を インストール
3
1 2

15.
ESP8266 core for Arduino
Arduino IDEにESP8266 core for Arduinoを導入する (3)
1. ツール → マイコンボード : “…”
2. Generic ESP8266 Module
3. Flash Mode : QIO, Flash Size : 4M (3M SPIFFS) にする (以下のように)
3
1
2

16.
ピンダイアグラム
特定のピンをプルアップ/ダウン
することでモードが切り替わる
ESP-WROOM-02
GND
GND
GND
3V3
EN
IO14
IO12
IO13
IO15
IO2
IO0
IO16
TOUT
RST
IO5
TXD
RXD
IO4
GPIO14
GPIO12
GPIO13
GPIO15
GPIO2
GPIO0
GPIO16
ADC
GPIO5
GPIO1
GPIO3
GPIO4 4
5
16
12
14
13
U0TXD
U0RXD
U1TXD
CLK
MISO
MOSI
CS
SCL
SDA
PWM-R
PWM-B
PWM-G 15
2
0 3
1
I2C
SPI
PWM
UART
ADC
GPIO
Arduino
Power
GND
Pin Name
UART Download ModeFlash Boot Mode
3.3V
GND
3.3V
GND
IO15
IO2
IO0
IO15
IO2
IO0

17.
スケッチを書き込む
UART Download Modeで電源をONにして書き込む
ESP-WROOM-02
FTDI Breakout 3.3V
GND
GND
GND
0
2
15
3V3
TX
RX
10kΩ
EN

18.
スケッチを実行
ESP-WROOM-02
FTDI Breakout 3.3V
GND
GND
GND
0
2
15
3V3
TX
RX
10kΩ
Flash Boot Modeで電源をONにすると実行
EN

19.
まずは「Lチカ」
従来のArduinoと同じように
サンプルスケッチ “Blink” を開く
LEDを点滅させる
ESP-WROOM-02を
UART Download Modeにして
コンパイル&書き込み

20.
まずは「Lチカ」
接続はこんな感じ (実行時)
LEDを点滅させる
ESP-WROOM-02
FTDI Breakout 3.3V
GND
GND
GND
0
2
15
3V3
TX
RX
10kΩ
13
LED
1kΩ
EN

21.
まずは「Lチカ」
LEDを点滅させる
http://www.aitendo.com/product/12120
aitendoの変換基板
Boot Mode
選択用の抵抗×3本
USBシリアル変換
FT232RL
RX
TX
LEDの電流制限抵抗
5mm 赤色LED

22.
まずは「Lチカ」
LEDを点滅させる
スイッチサイエンスの開発ボード
USBシリアル変換(FT231X)と
レギュレーター搭載なので
周辺のゴタゴタが不要
書き込み時はUSBを下にして
右のボタンを押しながら
左のボタンを押してリセットで
UART Download Modeになる

23.
スマートフォンからLチカ
回路は先ほどと同じでOK
ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる
およそ60行
https://github.com/9SQ/
esp8266-sample/tree/
master/led_server

24.
スマートフォンからLチカ
ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる
include, グローバル変数など
SSIDやIPアドレスを設定
root (/)にアクセスしてきた時の処理
jsを含むhtmlを返している
led (/led)にアクセスしてきた時の処理
HTTP POSTで送られてくる
パラメータに応じてLEDをON/OFF

25.
スマートフォンからLチカ
ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる
setup (起動時に1度だけ実行される処理)
WiFi.mode(WIFI_AP) : アクセスポイント
モードとして動作する
WiFi.softAPConfig(…) : IPアドレスを設定
WiFi.softAP(SSID) : SSIDを設定
dnsServer.start(…) : DNSサーバ起動
webServer.on(…) : handleをここで登録
webServer.begin() : Webサーバ起動
loop (setup後に繰り返し実行される処理)
DNSとWeb serverへのリクエストを待つ

26.
スマートフォンからLチカ
ブラウザ経由でLEDを点灯/消灯させる

27.
勘所１：電源
電源容量が足りずにWi-Fiが掴めない
(モジュールが起動しない or Wi-Fi接続開始直後にリセットが掛かる)
実は(ほとんどの)USBシリアル変換ボードの場合…
USBシリアル変換ボード(FT232R/FT231Xなど)の
内蔵3端子レギュレータは50mA MAXくらい
RF起動時に瞬間的に大電流 & 通信時も平均で100～300mAくらい
電源を増強しなくちゃ！
圧倒的な電源容量足りなさ感

28.
勘所１：電源
対処法1 (簡単)
容量の大きいコンデンサを入れる
対処法2 (簡単)
電池やバッテリーから電源供給
対処法3 (おすすめ)
3端子レギュレータから電源供給
あまりおすすめできない
USBシリアル変換からの3.3Vは
接続しないように (GNDだけ接続)
他にも色々センサー繋げるなら
500mAくらいあると余裕で安心
3V3とGNDの間に

29.
スマートフォンから気温チェック
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08775/
ブラウザで気温/湿度を見る
I2C接続 気温・湿度センサー HDC1000 … 680円(税込)
ESP-WROOM-02
FTDI Breakout 3.3V
GND
GND
GND
0
2
15
3V3
TX
RX
10kΩ
12
14
電源
(レギュレータ, バッテリー等)
EN

30.
スマートフォンから気温チェック
ブラウザで気温/湿度を見る
およそ100行
https://github.com/9SQ/
esp8266-sample/tree/
master/hdc1000

31.
スマートフォンから気温チェック
ブラウザで気温/湿度を見る
include, グローバル変数など
下記でタイマーを使用するためにESP8266の
user_interface.hをinclude
タイマー関連
HDC1000からの定期読み込みを
delayではなくタイマーで実現するため
root (/)にアクセスしてきた時の処理
温度や湿度をグローバル変数から取り出して
変換式で人間が読み取り可能な値に変換, 表示

32.
スマートフォンから気温チェック
ブラウザで気温/湿度を見る
setup (起動時に1度だけ実行される処理)
Wire.begin(12, 14) : ピン12をSDA, 14をSCLで I2C接続
initHDC1000() : HDC1000を初期化
timeCountArm(1000) : 1000ミリ秒でタイマーセット
loop (setup後に繰り返し実行される処理)
10秒ごとにreadHDC1000()を実行
readHDC1000 (HDC1000から値を読み込む)
14bitのデータを上位, 下位で分割して読み込み, ビットシフト
して結合
initHDC1000 (HDC1000を初期化)
データシートに従って、HDC1000に対して初期化を実行

33.
スマートフォンから気温チェック
ブラウザで気温/湿度を見る
実際にスマートフォンで確認
(度と%を忘れてた…)
HDC1000とESP-WROOM-02を
I2C(2wire)で接続

34.
void loop() {
server.handleClient();
if(led_sw) {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(500); //500ミリ秒点灯
digitalWrite(LED, LOW);
delay(500); //500ミリ秒消灯
}
}
勘所2：タイマー
delay()は全ての処理を止めてしまう
void handleControl() {
if (server.method() == HTTP_GET) {
if (server.arg("c") == "on") {
led_sw = true;
}
else if (server.arg("c") == "off") {
led_sw = false;
}
String s = "<html>…</html>";
server.send(200, "text/html", s);
}
}
LEDの1点滅中は
サーバが応答しない!
注：解説用なので色々と大幅に省いています
例：スマホからLEDの点滅をON/OFFできるものを作りたい

35.
void loop() {
server.handleClient();
if (led_sw_on) {
led_blink_arm(500);
led_sw_on = false;
}
if (led_sw_off) {
led_blink_disarm();
led_sw_off = false;
}
if (led_flag) { digitalWrite(LED, HIGH); }
else { digitalWrite(LED, LOW); }
yield();
}
勘所2：タイマー
void change_led_flag(void *pArg) {
if (led_flag) { led_flag = false; }
else { led_flag = true; }
}
void led_blink_arm(int ms) {
os_timer_setfn(&blink_timer, change_led_flag, NULL);
os_timer_arm(&blink_timer, ms, true);
}
void led_blink_disarm() {
os_timer_disarm(&blink_timer);
}
注：解説用なので色々と大幅に省いています
#ifdef ESP8266
extern "C" {
#include "user_interface.h"
}
#endif
os_timer_t blink_timer;
点滅ONになった時にタイマー設定、OFFで解除するように
handleではhttpリクエストに応じて
led_sw_on = true / led_sw_off = true
とするようなコードを書く
(現在のON/OFF状況も別途保持必要)

36.
接続はこんな感じ (実行時)
ESP-WROOM-02
FTDI Breakout 3.3V
GND
GND
GND
0
2
15
3V3
TX
RX
10kΩ
12
LED
1kΩ
ボタンを押したらXXする
外部のサーバにHTTP GET/POSTする
5
スイッチ
電源
(レギュレータ, バッテリー等)
EN

37.
ボタンを押したらXXする
外部のサーバにHTTP GET/POSTする
およそ180行 https://github.com/9SQ/esp8266-Yo-button

38.
ボタンを押したらXXする
外部のサーバにHTTP GET/POSTする
主要な部分だけ説明
httpPost
普通にHTTPリクエスト(ヘッダ&ボディ)
を組み立てる
レスポンスが帰ってきたら、¥r¥n¥r¥n
を読み飛ばした後のbodyをresultに格納

39.
ボタンを押したらXXする
外部のサーバにHTTP GET/POSTする
loop
スイッチの状態を取得
パラメータを準備
HTTP POSTし、JSON形式で返されるレスポンス
をパース
結果がsuccessだったらLEDを短く3回点滅
結果がそれ以外だったらLEDを長く2回点滅
主要な部分だけ説明

40.
こんなのモノ作ってみました
✓押すとYoを送るボタン
✓部屋の気温や湿度、気圧を監視する
✓ドアが開いたらプッシュ通知
✓トイレの温水便座をスマホで操作

41.
こんなのモノ作ってみました
トイレの温水便座をスマホで操作
通称 RESTful トイレ

42.
ハードウェア構成
• ESP-WROOM-02 (with オリジナル基板)
• 赤外線LED
ケース
3Dプリンタで製作 基板
スイッチサイエンスPCB

43.
リモコンからコードを取得
Arduino UNOに赤外線リモコン受信モジュールを接続
PL-IRM2161-XD1
Arduino-IRremote
https://github.com/z3t0/Arduino-IRremote
example/IRrecvDumpを書き込んで
シリアルモニタで取得

44.
リモコンからコードを取得
トイレのリモコンが
送信している信号をGET
流す(小)流す(大)
停止1 停止2
やわらか1 やわらか2
送信開始リーダ部
約6ms, 2.9ms
データ部
1.5ms=1, 0.5ms=0が続く
流す以外のコマンドは
2回に分けて送信されている

45.
プログラムを書く&書き込む
1. 無線LAN接続する
2. サーバ起動
3. リクエストを受ける
4. 赤外線送信
ESP8266 core for Arduino
https://github.com/esp8266/Arduino
ESP-WROOM-02を単体で
Arduinoのように使える
IRremote ESP8266
https://github.com/markszabo/IRremoteESP8266
38kHzで変調して赤外線LEDを
点滅させるライブラリ
トータル
150行くらい

46.
設置

47.
http://toilet.local/
HTML(bootstrap3)+JavaScript
ボタンを押すとXMLHttpRequestで
各コマンドを叩く
mDNS対応ブラウザ でアクセス可能
(Androidは…)

48.
toilet.local/washlet
おしりを洗浄したいとき
curl -X POST -d 'c=rear' http://toilet.local/washlet
洗浄を止めたいとき
curl -X POST -d 'c=stop' http://toilet.local/washlet
exam
ple
®
ウォシュレット,WashletはTOTOの登録商標です

49.
toilet.local/washlet
「大」を流すとき
curl -X DELETE -d 'c=big' http://toilet.local/washlet
®
ウォシュレット,WashletはTOTOの登録商標です
exam
ple

50.
Androidアプリ作りました。
Android 5.0~
✔通知領域に常駐
他のアプリ起動中もシームレスに
おしりの洗浄が可能

51.
こんなのモノ作ってみました
その他、作ったものを持ってきているので
見たい方は声をかけてください
もちろん質問などもOK！
ご静聴ありがとうございました！

52.
番外編
(後日追加)
PCB製造を海外に発注してみた
～2015年度 簡易版～
これ以降のスライドは、当日の会場で質問された
プリント基板製造サービスについてのお話です。

53.
プリント基板製造サービス比較
条件：50mm*50mm / 両面(2層)基板 / 1oz, 35μm銅箔
1.6mm厚 / はんだレベラー / レジスト色 : 緑
国内P社 国内S社 海外F社 海外E社
10枚作る 約2万5千円 約1400円 9.99ドル
100枚作る 約4万円 約1万円 約75ドル 99.9ドル
レジストを
黒色に
+1000～
3000円
+約3000円 +20ドル +0ドル
送料 込み 1080円
約5～20ドル
(重さと配送方法で異なる)
サポート 日本語 日本語 英語

54.
ちゃんと届く？品質は？
海外E社の場合
1回目(2種40枚)：11/10発注→11/16着 (7日)
2回目(1種10枚)：1/9発注→1/18着 (10日)
3回目(2種30枚+ステンシル)：3/21発注→3/30着 (10日)
・今まで注文した分で不良はゼロ
・国内製造と比較して大差ない
※個人の感想です。
高周波回路とかアナログ回路、オーディオ向け
の場合に違いが出る/出ないとかは分からない
←シルク印刷とてもキレイ

55.
プリント基板製造サービスについての詳細は
改めてブログ記事 or スライドにします(たぶん)
ブログ：http://eleclog.quitsq.com/