IchigoJamをSORACOMに接続する前に:Raspberry Piを起動する

IchigoJam TからRaspberry Piを起動するのは、意外と難しいのです。まずは、製作の背景から説明します。

IoT端末IchigoJam T

IchigoJam T」を略すと、「I****o *** T」。。。「IoT」です。新たにCN5に設けられたI2C通信機能は、センサや液晶といったデバイスを接続し、IoT機器として拡張するために利用できるでしょう。
IchigoJam TをLTEや3Gのような携帯電話網に接続するには、それを手助けしてくれる機器が必要です。Raspberry Pi ZEROであれば、IchigoJam Tとモデムの中継アダプタとして使用するのにぴったり。Raspberry Pi側にはUSBで、ABiT社のスティック型USB 3Gモデムを接続すれば、簡単に携帯電話網に接続することが出来ます(トラ技2016年9月号を参照ください)。
ところが、こういった機器を遠隔地に設置して使用しようとすると、Raspberry Piの電力が大きいため、電源の確保が課題になります。そこで、IchigoJam TからRaspberry Piの電源のON/OFF制御する必要が出てきます。
さて、Raspberry Piの電源をOFFするのは簡単です。起動中のRaspberry Piにshutdown命令を送れば良いのです。

一方、電源をONするのは意外と難しいです。

Raspberry Piの基板上には、「RUN」パッドが設けられています。これのパッドをショートすれば、Raspberry Piが起動します。なので、IchigoJamのGPIOやデジタル出力のセンサをRUNパッドに接続すれば、自動的にRaspberry Piを起動することが出来ます。
えっ、簡単じゃないですか。。。
実は、大きな課題があります。起動中に再びRUNパッドを操作すると、Raspberry Piにリセットがかかってしまいます。そう、これはRUN端子とは名ばかりの、RESET端子なのです。

IchigoJam BASICで管理する

簡単なのは、IchigoJam T側でRaspberry Piの状態を確認してから、RUNパッドを制御する方法です。きっと、王道でしょう。シリアル応答が無ければRUNパッドを制御すれば良いのです。
ただし、Raspberry Piの起動中やシャットダウン中を検出した方が良いでしょう。動作中に、強制RESETしてしまうと、システムファイルが壊れてしまう恐れがあるからです。
起動中やシャットダウン中を検出しようとすると、IchigoJam Tが寝ないか、適当な時間を監視して判断する必要が出てきます。少し、プログラムが長くなりそうです。

電源をONするためのハードウェアを製作する

マイコンで管理するのではなく、ハードウェアで管理する方法もあります。下図は、IchigoJamのLED端子からRaspberry Piを起動する実験の様子です。

左側のRaspberry Pi ZEROの電源をIchigoJamから起動する。右下のブレッドボードが、今回、試作した電源管理ボード。管理といっても、AND回路と状態をホールドする回路の組み合わせ。ブレッドボード上のタクトスイッチを押す、またはIchigoJam TのLEDを、ONしてからOFFすると、Raspberry Piが起動する。もちろん、Raspberry Piが動作中に、IchigoJam TのLEDを制御しても、Raspberry PiがRESETされることはない。

これで、IchigoJam T⇒Raspberry Piの連携準備が出来ました。あとは、シリアルを相互に接続すれば、IchigoJamがRaspberry Piのリソースを乗っ取っり、自由に利用することが出来ます。
ざっと、8千円台で手に入る遠隔監視IoT端末(IchigoJam 2千円、Raspberry Pi ZERO 1千円、SORACOM 3Gモデム等 5千円、周辺回路 数100円)。
夏休みの工作にいかがでしょうか?
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

ESP-WROOM-02で乾電池で動く「ママが来たセンサ」

おそらく単3電池3本で、6ケ月の動作期間を達成しました。「ママが来たセンサ」です。
並行して動かしていた別機において、2016年5月7日から2016年11月29日まで206日間、
およそ6.8か月の動作が確認できました。
(追記:2016年12月4日)
センサや無線を常に動かしていると電池がすぐになくなってしまいます。そこで、ドアが開いた瞬間にしか動作しないようにしました。
ドアの開閉回数にもよりますが3ヶ月~6ケ月くらいは動くはずです。このドアセンサの親機にはRaspberry Pi 3を用いています。
 最大の課題は省電力化でも、サーバの実装方法でもありません。「ママが来たセンサ」にするには、ママが居る部屋に仕掛けなければならないことです。

おそらく半年の動作期間を達成した「ママが来たセンサ」。最初の試作はブレッドボードで行った。その後、ユニバーサル基板に置き換えケースに収容。

中身は以下のような感じです。乾電池は富士通製。XBeeの長時間動作でも威力を発揮した、ロングライフタイプ。

回路はユニバーサル基板上に製作。乾電池は富士通の「ロングライフ」タイプを使用。最大電流は控えめだが、長期間動作に適した特性らしい。電解コンデンサにはルビコン製を使用していたが、途中でOS-CONに変更した。推奨コンデンサの型番については、トラ技P.63に書いた秘密のページ(筆者サポートページ)を参照。

完成例は以下の通りです。市販品みたいとは言えないが、そこそこ商品っぽくなりました。

ボツになったので

以下は、トラ技2016年9月号に掲載する予定で作成した内容の抜粋です。トラ技にはブレッドボードでの製作例のみ掲載していただきました。
ミニブレッドボードでの製作例と基板での製作例、ケースに収容した時の例はボツになってしまったので、ここで紹介いたします。
下図はミニブレッドボードでの製作例です。

配線パターンの長さはジャンパ線の色で分かる。抵抗などのカラーコードと同じ。同じものを簡単に作成することが出来る。回路図は通常のブレッドボード版と同じ。

簡単な実験や試作にはブレッドボードが適していますが、長期間にわたって実験を行うような場合は、ユニバーサル基板へハンダ付けを行い、ケースに入れ、安全性に配慮しながら実施します。ユニバーサル基板の中にはブレッドボードと同じパターンがプリントされたものがあります。中でも秋月電子通商で販売されているAE-DB1は、ミニブレッドボードBB-601のパターンに加えて、中央に電源ラインが入っているので、BB-601よりも多くの部品の実装と配線を行うことが出来るでしょう。
ハンダ付けした電線は、ハンダ付け部が固くなっているので、屈曲によって切れてしまうことがあります。このため、少なくとも基板との接続点をハックルーやホットメルトなどで接着しておきます。切れにくくなるだけでなく、切れた場合に他のパターンとショートさせないための対策です。
完成した基板は、保存容器に収容しました。使用した容器は電子レンジで使用可能なタイプです。冷蔵保存用容器に比べると若干の耐熱性はあるものの、回路から火花が出たような場合を想定した耐熱性はありません。また、ポリプロピレンなどの燃えやすい素材でできているので、出火すると人命にかかわる事故につながりかねません。少なくとも、回路と容器との間や、電池ボックスなどに耐熱性のポリイミドテープを貼って耐熱性や耐火性を向上させておく必要があります。
基板や電池ボックスの固定にはポリカーボネートなどの樹脂製のネジ(ビス)とナットを使用すると良いでしょう。ネジが外れた時に回路ショートを防止できるからです。また、寸法が合わない場合に加工しやすい利点もあります。
基板にはM3規格(ミリネジ)の鍋ネジを用いるのが一般的です。秋月電子通商などの電子パーツ店やPCパーツ店などで売られています。一方、電池ボックス用のネジは電池ボックスの仕様に合わせます。良く用いられるのは、M2.6の皿ネジです。誤って鍋ネジを使うと電池に干渉してしまうこともあります。西川電子(秋葉原)やナニワネジ(日本橋)といったネジ専門店、モノタロウ(通信販売)などで扱っています。
なお、自作による製作品や試作品が事故を起こす可能性は、市販品に比べて高くなります。安全性に十分に注意したうえで実験を行い、使用後には必ず電池を外しておきましょう。
回路や仕様部品、プログラム(スケッチ)などの詳しい製作方法は、トラ技2016年9月号のP.85(IoT製作12 Wi-Fiドア開閉モニタ)を、ご参照ください。
トランジスタ技術 2016年9月号
2016年8月10日発売 特別号定価926円+税
Amazonでの販売
およそ2.5か月くらいが経過した時の様子(2016年5月8日)
ボクにもわかるESPモジュール
by ボクにもわかる電子工作
https://bokunimo.net/

IchigoJam T用 挿すだけで超簡単&便利なEEPROMカセットの作り方

aitendoで販売されているEEPROMキット [K-Jam.rom] をIchigoJam Tに挿すだけで使える方法を紹介します。
EEPROMキット:
元の記事:

IchigoJam Tとaitendo製EEPROMキット [K-Jam.rom] 。基板は186円。I2C接続のEEPROMをK-Jam.romに接続し、それを、IchigoJam Tへ接続する。今回は、これらを、より簡単に使えるようにする。

IchigoJam Tでは、CN5でI2C信号が利用できるようになりました。これまでの従来 IchigoJam Uでは、EEPROMをCN4とCN3にまたがって接続しなければならず、差し間違いが多く発生していました。
今回、IchigoJam TのCN5を使用し、手軽なだけでなく、差し間違いも減る方法を紹介します(下図)。
IchigoJam TのCN5へ、挿すだけ使えるように。CN5の一番上の5V端子には1ピンのピンヘッダを挿入しておけば、差し間違えが激減するはず。
これを実現するには、EEPROMキット [K-Jam.rom] の改造が必要です。下図の(1)の部分のパターンをカットし、(2)の部分にジャンパ配線を行います。

表面のピンヘッダにはショートピンを差し込みます。下図の左の方にある赤色の部品がショートピンです。
(1)のパターンをカットした理由は、現行のIchigoJam Uや初代IchigoJamへの接続のためです。このショートピンを外し、ピンヘッダの右側のピンを利用すれば、過去のIchigoJamで使用することもできます。

少なくともIchigoJamでは、ピン配列が固まりました。
今後、このピンに接続可能なI2Cセンサなど、小さな基板が登場することを期待しています。

micro EEPROMカセット

ここからは余談です。
別の記事「IchigoJam用 I2CインタフェースEEPROM カセット情報(http://blogs.yahoo.co.jp/bokunimowakaru/55365665.html)」では、各種EEPROMカセットのピン配列を紹介しました。そちらをご覧いただくと、EEPROMカセットやI2Cインタフェースのピン配列が統一されていないことがわかるでしょう。
このように、EEPROMカセットの仕様は様々ですが、I2C接続のEEPROM ICの端子は、ほぼ共通です。そこで私が提案するEEPROMカセットとは。。。
IchigoJam 用 micro EEPROMカセット
~ICソケットにICソケットを~
プログラム保存用 I2C接続 EEPROM IC情報・EEPROM カセット仕様


「IchigoJam 用 micro EEPROMカセット~ICソケットにICソケットを~」で紹介した EEPROMにICソケットを装着し、それを基板上のICソケットに接続する方法。ICソケットの端子にはバネ性があり、挿抜のしやすさも良好。


I2CIF基板


こんな基板が使えるIchigoJamマイコンボードの互換機を販売しています。CN55はSeeed Studio製Groveシリーズ用の2mmピッチコネクタです。
キットが豪華すぎて価格も高価ですが、検討していただくだけでも嬉しいです。よろしくお願いします。
IchigoJam用コンピュータ電子工作学習キット(IF ICH-KIT)
http://blogs.yahoo.co.jp/bokunimowakaru/55292852.html
 by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

お得情報:SORACOMスタータキットの宣伝ですが、本当にお得です。

CQ出版より雑誌「トランジスタ技術 2016年9月号」のIoTスペシャルの一環として、SORACOM社の3G USBスティック型データ通信端末AK-020 とSIMカードのセットが、約半額の2980円(税別・送料別)で販売されています(数量限定)。1000円分の通信料クーポンもついています。
詳細は後述しますが、月額だけでなく、契約料や解約料も含めてトータル金額を考えてみてください。解約手数料「無料」はとても嬉しいはず。モデム代は実質1000円!?。
本当にお得なので、情報を展開させていただきます。
なお、本ブログの掲載情報の内容については公開前にざっと確認していますが、回線契約の際は必ずSORACOM社の提供する情報を十分に確認したうえで、契約してください。万一、当方の情報に誤りがったとしても、恐れ入りますが、責任は負いません。

i.My.Mimamori Pi システムの製作例

トランジスタ技術2016年9月号のIoT特集・第7章では、IoT活用事例として、以下のようなシステムの実験を行います。左側にあるのがABiT社製の 3G対応USBスティック型データ通信端末AK-020 です。SORACOMスターターキットには、このAK-020とSIMカードが含まれます。
複雑なシステムではありません。「i.My~」は自分で作る(ボクにも作れる)をテーマに名づけたシステム名称です。
高齢者を見守るi.My.Mimamori Pi システムの製作例。トラ技8月号に付属のApple Pi基板と、SORACOMの3GモデムをRaspberry Piへ接続して製作する記事をトラ技9月号のIoT特集の第7章に掲載。
Apple Pi用プリント基板には、赤外線リモコン受信モジュールと、環境センサ、液晶を実装。製作時に入手しにくかったI2Cリピータは省略し、I2C信号のACKを無視して液晶を制御した。
トランジスタ技術 2016年9月号

SORACOM 3G USBドングルAK-020 SORACOMスターターキット

下記はCQ出版さんのホームページに記載の内容です。
トランジスタ技術9月号特集第7章の記事で使用した「SORACOM 3G USBドングルAK-020 SORACOMスターターキット」を特別に半額で頒布します。ぜひ、記事の検証や実験に役立ててください。

■SORACOM 3G USBドングルAK-020 SORACOMスターターキットの構成
(1) 3G対応USBスティック型データ通信端末AK-020 1個
(2) データ通信用SIMカード(SORACOM Air、データ通信のみ/ナノサイズ) 1個
(3) SORACOMのデータ通信料に補填できる1,000円分のクーポン 1枚
(4) SIMサイズ変換用アダプタ 1個

ボクが撮影したSORACOMスターターキットのイメージ写真。「つなげる」のテーマを意識して配置してみた。なんとなく、連携して動きそう!?

他社との比較

トラ技の記事を書くときに、類似した他社のサービスとの比較表を作成しました(2016年6月:http://blogs.yahoo.co.jp/bokunimowakaru/55400297.html)。他社と言っても一般的な他社では無く、IoTを扱ううえでお得なプランに絞ったうえでの比較です。
解約手数料(1年以内)を良く見てください。So-netが5,200円、DMMが9,000円がかかるのに対し、SORACOMは無料です。
月額がかかるのと、パケット代が青天井(上限が無い)点に注意すれば、IoT機器用として、良いサービスだと思います。
SORACOMは、IoT向けに特化したサービスで、従量課金制となっています。パケット代は、0.2円/MBからです。速度や時間帯、上り/下りなどで異なります。最大の特長は、契約手数料と解約手数料がほとんどかからないことです。とくに、1年以下で解約しても、一切、解約手数料がかからないので、紛失や盗難に合い易いIoT機器にやさしいプランです。月額の上限が青天井なのが気になりますが、通信速度を控えることで実質の上限を設定することが出来ます。また、たくさんのSIMを扱うことを前提に、各SIMをクラウドで管理するシステムが構築されているのも嬉しいポイントです。IoTの実運用向けサービスと言えるでしょう。
by ボクにもわかるRaspberry Pi

トランジスタ技術 2016年9月号のIoT特集にIchigoJam MixJuiceが登場

CQ出版より雑誌「トランジスタ技術 2016年9月号」が発売になります。情報を展開していただけると嬉しいです。
今月号のIoTの特集の一部(P.56~58)に、IchigoJam + ESP-WROOM-02、MixJuiceに関する記事を投稿いたしました。
メインはESP-WROOM-02の使い方です。また、Raspberry Piと、3G回線サービス SORACOM Airを使った、見守りシステム「i.MyMimamori Pi」の製作方法や、IoT用クラウドサービスAmbientを紹介します。
お買い求めいただければ嬉しいです。
トランジスタ技術 2016年9月号
2016年8月10日発売 特別号定価926円+税

2016年9月号の特集はIoT。ESP-WROOM-02を用い、単3電池3本で3か月以上の動作が可能なワイヤレス・センサの製作方法を紹介(動作期間は条件による)。

IchigoJamに関連した記事は、2ページくらいしかありません。この情報を得るだけであれば、本屋で立ち読みしていただければ十分です。この記事で、これまでIoTに興味が無かった方にも、IoTに興味をもっていただければと考えています。そして、面白そうだと感じていただければ、購入していただければと思います。
また、反対にIchigoJamを知らなかった方々には、IchigoJamの面白さを知っていただきたいと思っています。

IoT製作にIchigoJamが登場。ESP-WROOM-02のATコマンドを利用したワイヤレスLチカ(LED制御)の実験方法を説明。

IchigoJam用のIoT拡張ボートと言えば、MixJuiceです。少しIoTは難しそうと思った人も、MixJuiceを使えば簡単にインターネットからの情報取得が行えるようになります。どちらかといえば、MixJuiceを知ってもらうための記事です。
Amazon等でも明日から出荷が始まります。
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

目標の3か月を達成! ESP-WROOM-02によるワイヤレスセンサの実験

本日、単3乾電池3本で動作するワイヤレスセンサの連続稼働時間が目標の3か月を達成しましたので、報告させていただきます。温度と湿度を秋月電子通商製AE-HDC1000(TI社製IC搭載)を使って測定し、Espressif社製ESP-WROOM-02を使ってデータ送信後、Deep Sleep状態へ、以降、30分ごとに起動、測定、送信、スリープを繰り返します。下図は、3か月間の測定結果(電池電圧)です。

AmbientというIoTセンサ用のクラウドサービスへデータをアップロード。本センサの3か月連続動作の達成とともに、Ambientのサービスについても3か月間のデータを収集しつづけれることが確認できた。上図は電池3本分の電圧。

詳しい情報は、徐々に提供する予定です。今日は、無事に達成したという朗報と、ちょっとした無駄話をさせていただきます。3か月・達成記念日をボクとともに祝っていただければ、嬉しいです。

実験の経緯と成果

昨年から今夏にかけて、かれこれ10か月くらいの期間をこの実験に費やしました。10か月の実験といっても、「ほったらかし」です。労力というよりは、気長に待っていた時間がほとんどです。
当初は連続動作期間1か月を目標にしていました。まだモジュールの特性を熟知しておらず、実測の電流等からの計算上でも、1か月以上は困難と考えていたからです。
実験を繰り返すうちに、ワイヤレスセンサとして利用するポイントをつかみはじめ、年末には計算上で3か月を達成。その回路とソフトをベースにした実動作実験では5か月を達成しました。
しかし、このときの連続実動作は、偽りの塊でした。実験中に回路やプログラムの改良を行ったり、累計で2~3週間くらいは止めていたり、モジュールも交換、再起動も何度も行っていました。気持ちとしては3か月の確証を得たのですが、欲しかったのは、その実験証拠でした。
そんなころに、Ambientのサービスの開始を目にしました。そして、5月3日~8月3日の3か月の最終動作確認に挑んだところ、本日、無事に目標の3か月を、適切に達成することが出来ました。

偽りかもしれない連続動作5か月を達成したときの構成。試験中にハード、ソフトを何度も変更し、モジュールも交換。さらに停止していた累計期間も不確か。電池以外は、最初の状態を維持していないかもしれない。
(この試験後に、適切な試験を実施し、目標だった3か月を達成。)

このセンサの最大の長所

ボクが思うところの、このIoTセンサの最大の長所は、IoTで外出先から自宅の温度や湿度が見れること、、、
だけではありません。もちろん、その目的で作ったのですが、室温・湿度センサで重要なことは、適切な値を測ることです。
例えば、遠隔地に住む高齢者が熱中症にかからないかと、IoTセンサで確認してみようとしても、測定値が不適切だと全く意味がありません。
しかし、正確な温度や湿度を測るのは意外に困難で、3つの重要なポイントがあります。もちろん、一つ目は精度の良いセンサを使うことですが、そんなものは残る2つのポイントに比べて大したことはありません。精度の良いセンサを買えばよいのです。センサの性能以外にも、大きな誤差を与える要因があります。
まずは、機器の自己発熱です。この対策は、乾電池で長期間駆動を実現しようとする方向性と完全に一致します。温湿度を正確に計測する機器のセンサ部が本体と分離構造になっているのも、本体の発熱の影響を受けないようにするためでしょう。
また、測定したい位置にセンサを配置することも重要です。なるべく居住者に近い場所、近い高さに配置します。壁に近いのは仕方がないかもしれませんが、日光や発熱機器などの影響は避けなければなりません。そうなると、一般家庭では、ワイヤレス・乾電池駆動でなければ、配置できないでしょう。
以上の通り、このセンサの最大の長所は、測りたいものを測れるということです。それでも、測定器ではありませんので、得られた結果は目安にしかなりません。住宅の断熱効果の測定といった公表値を得るには、適切に校正された測定器が必要です。

今後

この貴重なセンサが、かれこれ10か月も、この実験専属センサになっていました。早く他の用途にも使いたいという気持ちもありますが、いまのところ電池が切れるまで継続運転を行う予定です。
ESP8266がダイソーの電池で何か月、動き続けるかを実験中(先月の報告)
by ボクにもわかるIoTモジュールESP-WROOM-02
http://blogs.yahoo.co.jp/bokunimowakaru/folder/1681421.html
(2016年8月9日・追記)
このブログに掲載の回路図およびスケッチ(プログラム)は、トランジスタ技術2016年9月号(CQ出版社・発売日8月10日)に掲載されています。

トラ技2016年9月号 P.90 図4・写真11・写真12

興味のある方は、ぜひ、お買い求めください。
by ボクにもわかる電子工作
https://bokunimo.net/