前回の記事でArduinoのセットアップをしました。
今回は具体的な使用方法として手軽なワンチップセンサをArduinoにつなげることを想定し, 簡単なワンチップセンサリストを作りました。
先にシリアルI/Oのおさらいをします。この辺はArduinoを触っていたら意識しないところですが知っておいても損はないです。
シリアルI/O方式
まずは, I2C (inter-Integrated Circuit)です。
I2Cはフィリップス社が開発したクロック信号(SCL)とデータ信号(SDA)だけの汎用性の高いシリアルバスです。
マイコンがI2C対応なら比較的楽にハードを設計できます。
こちらは, SPIと比較してサウンドチップやカメラモジュールなどの通信に向いています。
| 役割 | デバイス |
|---|---|
| マスタ | マイコン |
| スレーブ | EEPROM ADC DAC |
| マスタスレーブ | マイコン / I/O機能を持つデバイス |
| プロトコル | 役割 |
|---|---|
| スタートコンディション | ネゴシエーションを開始する。SCLがhigh,SDLをlowでバス使用権獲得 |
| アービトレーション | 7bitのデバイスアドレスと1bitの送受信方向をバスに送信。小さなアドレスが優先される |
| アクノレッジ | アービトレーション後に転送準備のためSCLをrowに維持する |
| ストップコンディション | SCLがlowでSDAをlowにした後に,SCLをhighにする。最後にSDAをhighにして完了。この後にレジスタやメモリにデータを書き込む。 |
続いて SPI (Serial Peripheral Interface) です。
モトローラが開発したインターフェイスで当初は周辺機器のチップとデータのやり取りする信号線を減らすことを目的で作られました。
現在はマスタスレーブ方式であることや標準規格でないことから異なる仕様のチップ間で使えないことから, 主にFlashメモリとの接続で使われているみたいです。
また, データサイズの制限やパリティ処理やチェックサムもないのが特徴です。
ワンチップセンサ
シリアルI/Oをさらっと見たところで本題のリストです。世の中にあるワンチップセンサのほんの一部です。
ワンチップセンサはモジュール化されているのでフィルタ, アンプ, ADCを自分で作る必要がないので楽です。
マイコンのGPIOなどに直接つないで使用できます。
| 計測対象 | センサ | 接続 | 製造元 |
|---|---|---|---|
| 温度湿度 | SHT1x/2x | I2C | センシリオン |
| 気圧 | MPL115A1/A2 | SPI | Freescale |
| 近接/色 | TCS3771 | I2C | AMS |
| 近接/照度 | BH1772GLC | I2C | Rohm |
| 照度 | TEMT6000 | アナログ | Vishay |
| 加速度 | KXTI9 | I2C | Kionix |
| 電流 | FHS 40-P/SP600 | アナログ | LEM |
* 参考 : トラ技2012-12月号
データの一時退避先としてのリングバッファ
センシングしたデータはクラウドにリアルタイムに送信するか, 一時的にメモリに保存して一括で送るなど色々な方法があります。
以下は, リングバッファを使用して一時的にホスト側に貯めておく方法です。バッファメモリが一杯になったら一括送信といった形で使います。
直近のデータからマイコン側で何かアクションさせて, さらにバックアップ等としてクラウドを利用するというケースでは使えると思います。
バッファメモリを先頭から使っていき使い切ると先頭に戻る構造です。
つまりキューを有限なメモリ領域内でループさせるというプログラミングテクニックです。
組み込み機器などの制約的な環境ではよく用いられます。
配列のインデックスを見つけるのを工夫している実装が多いようです。
int next(int index) {
return (index + 1) % MAX_QUEUE_SIZE;
}
一般的にキューではデータの追加 (enqueue), データの取出し (dequeue), 空チェック (isEmpty)を実装するために、読み込み位置と書き出し位置をポインタで制御する必要があります。
RaspberryPiのブート
Raspberry PiはSDカードブートです。まずは, OSイメージをSDに書き込みます。
OSXではimgを書き込むツールRPi-sd card builder v1.2が推奨されているにもかかわらず, 私の環境では使えなかったのでCUIでOSのimgを書き込みます。
$ df -h
$ diskutil list
$ sudo diskutil umountDisk /dev/disk1
$ sudo dd bs=1m if=/***/2013-02-09-wheezy-raspbian.img of=/dev/rdisk1
1850+0 records in
1850+0 records out
1939865600 bytes transferred in 208.028218 secs (9325012 bytes/sec)
[注意]
ここでも指摘されているように、キングストンのSD Card (16Gb Kingston Class 10) では[mmc0 timeout waiting for hardware interrupt]というエラーが出る場合があります。
mmcデバイス(マルチメディアカード)のマウントエラーのようです。
Raspberry Piのマルチブートという使い方もあります。