省エネ M5Stack Core Ink で Wi-Fi 温湿度センサ送信機 - ボクにもわかる電子工作のブログ

e-Paper(電子ペーパー) 搭載

M5Stack製の M5 Core Ink は、電源を供給しなくても表示し続けることが可能な電子ペーパーを搭載しています。

本ブログでは、（意外と難しい）ディープスリープモードと組み合わせて動かす方法について説明します。

M5 Core Ink は、電源を供給しなくても表示し続ける e-Paper (電子ペーパー)を搭載。折れ線グラフ画面に、電池残量（グラフ・上）と湿度（中央）、温度値（下）を表示してみた

Arduino IDE ＋ M5Stack 純正ライブラリ M5CoreInk 環境で M5 Core Ink の e-Paper に表示を行うには、M5.M5Inkと、Ink_Sprite を用います。これらの使い勝手は、他のLCD用のライブラリとは異なります。

そこで、まずは ink_println という関数を定義して使用するようにしてみました。

上記の M5 Core Ink 用プログラムをご覧いただくと、他のLCD用のプログラムとはかなり違っている一方で、下記のような見慣れた使い勝手の ink_println も見つけれると思います。

ink_println("Hello, world!");

下図は、実行例です。本体側面のナビゲーションキー（3 Directions Switch）やボタンの操作で「Hello, world!」などの文字列を表示します。また、右側面の手前にある電源ボタンを押すと、電源が切れます（表示は消えません）。

サンプル・プログラム ex00_hello_wo_lib.ino の実行例。本体ボタンの操作で「Hello, world!」などの文字列を表示する

ハードウェアは、以下を使用します。

筆者が作成したソフトウェア（説明は後述）は、下記のリポジトリのcore_inkフォルダ内に保存しました。ページ上部のボタンからGitHubサイトや、ZIP形式での一括ダウンロードが出来ます。

リポジトリm5 (GitHub Pages内)：
https://git.bokunimo.com/m5/

実は、M5 Core Ink でディープスリープさせる方法は、少し面倒です。

そこで、まずは簡単な方法から紹介します。M5.shutdown(秒数);を使えば、指定した秒数の期間、ディープスリープ状態にすることができます。

お持ちの無線LANアクセスポイントのSSIDとパスワードを、プログラム ex05_hum.ino 内の #define SSID と PASS に設定してから、M5 Core Ink に書き込んでください。

このディープスリープは、M5 Core Ink のハードウェア（内蔵RTC）で実現しており、ESP32 マイコンを含む電源を切るので、最も低消費電力です。

サンプル・プログラム ex05_humでは、最も低消費電力な M5 Core Ink のハードウェア内蔵RTCで実現するディープ・スリープを使用する

しかし、ESP32 マイコン側のRTCの電源も切れるので、スリープ前の画面の内容を保持することが出来ません。

e-Paper そのものは、電源を切っても表示し続けるので、「そんなの問題ない！」と思うかもしれませんが、現在の表示内容を覚えておかないと、次の描画で全画素を書き直す必要があります。

このため、本サンプル ex05_hum では、起動するたびにe-Paper を消去する方法を用いています。また、前述の ink_println をもとにした関数によるテキスト文字表示としました。

前述の「起動するたびにe-Paper を消去する方法」は、一度、全画素を黒で表示してから白に戻すので、各画素の e-Paper の書き換え回数が増えてしまい、e-Paper の寿命に影響する心配があります。

このため、Ink_Sprite では、必要な画素のみを書き換える「部分描画方式」を用いています。そこが、LCDとの違いです。

しかし、必要な画素のみを書き換えるには、現在、描かれている内容を保持しておく必要があります。それが面倒なのです。

サンプル・プログラム ex05_hum_graph では、面倒なディープスリープを使うことで、書き換え箇所を限定しつつ、グラフ表示を実現した

今回、その方法を試行錯誤しながら探し、下記の方法で実現できることが分かりました。

ディープ・スリープ移行前に、予め現在の描画内容を ESP32 マイコンのRTCメモリに保存する。
M5 Core Ink の電源用 DC-DCコンバータを動作させ続けるために、GPIO 12 を Hレベルに維持しておく（参考文献 M5 Core Ink 回路図）。
M5.shutdown()ではなく、ESP32マイコンのディープスリープ esp_deep_sleep(μ秒) を使用する。
ディープスリープからの復帰後、RTCメモリからスリープ前の描画内容を読みだして、e-Paper に再描画する（同じ内容なので実際には描画されない）
表示内容を変更したい部分だけ、画像を書き換え、e-Paper に転送する。

この面倒な作業をプログラムにしたのが下記です。