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M5StickC Plusで在宅勤務用の環境モニターを作った

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先日、M5StickC Plusを使ってCO2を測りました。この記事ではその続きとして、温度、湿度、気圧も測りました。

完成形

完成形はこちらです。M5EnvMonitorと名付けました。

ソースコードはGitHubで公開しています。

https://github.com/shoarai/M5EnvMonitor

開発過程

CO2の計測までは、以下の記事で紹介しています。

はじめてのM5StickC PlusでCO2を測った

追加の部品

M5Stack用環境センサユニットver.2(ENV II)
（秋葉原の千石電商で購入）

PlatformIOの環境構築

以前は開発環境としてArduino IDEを使っていたのですが、今回からPlatformIOとVisual Studio Code（VSCode）を使うことにしました。フォーマットの自動化やGitとの連携をしたかったのが理由です。

1. VSCodeと、PlatformIOというVSCode拡張機能をインストールする。

2. PlatformIOを開き、Home画面のNew Projectボタンから新規プロジェクトを作成する。

Name: プロジェクト名。ここではM5EnvMonitorとする。
Board：M5Stick-C（M5Stack）
Framework：Arduino
Location：任意のディレクトリ

これでプロジェクトが作成できました。この時点でGitを初期化、コミットしておきます。

Env IIの利用

Libraries画面で必要なプラグインを検索し、プロジェクトにインストールする。

ライブラリのインストールは、platform.ioファイルのlib_depsに直接記載することも可能です。また、Arduinoライブラリとして公開されていなくても、GitHubで公開されているライブラリをインストールすることもできます。以下の最後の行のように、GitHubのURLを記載すればOKです。

[env:m5stick-c]
platform = espressif32
board = m5stick-c
framework = arduino
lib_deps =
	m5stack/M5StickCPlus@^0.0.2
	adafruit/Adafruit Unified Sensor@^1.1.4
	adafruit/Adafruit BMP280 Library@^2.4.2
	ambientdatainc/Ambient ESP32 ESP8266 lib@^1.0.1
	https://github.com/nara256/mhz19_uart

ENV IIの利用

ENV IIのサンプルコードを使って、ENV IIの測定値を表示します。Adafruit_Sensor.hはAdafruit Unified Sensorライブラリに含まれていたので、ライブラリをインストールしました。ENVII.inoの内容をsrc/main.cppコピーしてビルド、アップロードします。

カスタマイズ

計測値の表示レイアウトを調整したり、M5StickC Plusの情報表示を追加しました。
※CO2センサーが壊れているので、繋いでいない状態です；なのでCO2は-1になってます。

画面仕様は以下の通り。

画面右上：充電状態。”Full”は満充電。”USB”は充電中。
画面右上：電池の残量。
画面左の色：測定値が快適かどうか。緑なら問題なし。赤は問題あり。
　　　　　　・17℃ < 温度 < 28℃なら緑、それ以外は赤
　　　　　　・40% < 湿度 < 60なら緑、それ以外は赤
画面右下：Ambientへのデータ送信の結果。成功なら表示なし、失敗なら”Send NG”

使っていくうちにまたいろいろ変えるかもしれません。

M5StickC PlusとAmbientでCO2の推移を可視化した

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前回の記事では、M5StickC PlusとMH-Z19CでCO2濃度を測定し、画面に表示しました。今回は、CO濃度の推移をチャートで見れるようにするため、測定値をクラウドに蓄積して可視化してみました。

はじめてのM5StickC PlusでCO2を測った

クラウドサービス

データを蓄積するクラウドサービスはAmbientを使いました。無料枠でも、8チャネル×8種類のデータ、データの保存期間1年間と、個人で使うには十分すぎるサービスです。有料版は、データの受信監視や通知が利用できるようです。

クラウドサービスなので、M5StickC Plusからデータを送信するには、インターネットに繋がるWiFiのアクセスポイントが必要です。

セットアップ

Ambient公式ドキュメントの以下の手順で、チャネル生成まで行います。

ユーザー登録(無料)
チャネル生成

生成したチャネルの「チャネル設定」で、以下の通りデータ名を変更しておきます。

データー1：CO2
データー2：温度

Ambientのライブラリは、Arduino IDEのメニューバーの「ツール → ライブラリを管理…」で、「ambient」と検索すると見つかります。ライブラリ名は「Ambient ESP32 ESP8266 lib」です。バージョンは1.0.1でした。

ソースコードの更新

前回の記事のソースコードに、以下のコメント部分を追記します。「…」の部分は各自の環境に合わせて、WiFiのアクセスポイントの情報と、生成したチャネルのチャネルIDとライトキーを記載します。

	#include <M5StickCPlus.h>
	#include <MHZ19_uart.h>

	// Ambientライブラリをインクルードする。
	#include "Ambient.h"

	const int rx_pin = 36;
	const int tx_pin = 26;

	// WiFiアクセスポイントのSSIDとパスワードを設定する。
	const char* ssid = "...";
	const char* password = "...";

	// Ambientで作ったチャネルのチャネルIDとライトキーを設定する。
	unsigned int channelId = ...;
	const char* writeKey = "...";

	MHZ19_uart mhz19;

	// WiFiとAmbientの変数を宣言する。
	WiFiClient client;
	Ambient ambient;

	void setup()
	{
	M5.begin();
	pinMode(36, INPUT);
	gpio_pulldown_dis(GPIO_NUM_25);
	gpio_pullup_dis(GPIO_NUM_25);

	Serial.begin(9600);
	mhz19.begin(rx_pin, tx_pin);
	mhz19.setAutoCalibration(false);

	M5.Lcd.setRotation(3);
	M5.Lcd.setTextSize(4);

	// Wi-Fiアクセスポイントに接続する。
	WiFi.begin(ssid, password);
	while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
	delay(100);
	}
	M5.Lcd.println("WiFi connected.");

	// Ambientを初期化する。
	ambient.begin(channelId, writeKey, &client);

	M5.Lcd.println("MH-Z19 is warming up now.");
	delay(10 * 1000);
	}

	void loop()
	{
	int co2ppm = mhz19.getCO2PPM();
	int temp = mhz19.getTemperature();

	M5.Lcd.fillScreen(BLACK);
	M5.Lcd.setCursor(0, 0);

	M5.Lcd.print("co2: ");
	M5.Lcd.println(co2ppm);
	M5.Lcd.print("temp: ");
	M5.Lcd.println(temp);

	// 測定値をAmbientに送信する。
	ambient.set(1, co2ppm);
	ambient.set(2, temp);
	ambient.send();

	delay(5000);
	}

view raw MHZ19_sendco2_ambient.ino hosted with ❤ by GitHub

チャートの確認

Ambientでデータを送信したチャネルを開くと、CO2濃度の推移を可視化できました！
左のCO2のチャートを見ると、15:30:00過ぎに600ppmぐらいまで下がっています。これはエアコンをつけて窓を締め切った部屋から、ベランダに出たためです。

回路図をdraw.ioで描いてWordPressで表示する方法

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以下の記事でギターアンプの回路を設計しました。回路図はdraw.ioを使って描き、描いた図をWordPressで表示しました。その時の手順を紹介します。

LM386でギターアンプを作った

回路図をdraw.ioで描く

draw.ioを開いたら「Create New Diagram」を選び、図のテンプレートを選びます。ここで「Engineering → Electrical 1」を選ぶと、抵抗やコンデンサ、オペアンプやトランジスタの図が左サイドバーに表示されるので、すぐに回路図を描き始められます。

図の描き方はここでは説明しません。わりと直感的に描けるので、そんなに困らないと思います。

回路図をWordPressで表示する

以下の手順で、draw.ioで作成した図をWordPressで表示できます。手順はdraw.io公式の記事にある通りです。

右クリックして「Select All」を選び、右サイドバーの「Text → Formatted Text」のチェックを外す。
右クリックして「Select Vertices」を選び、右サイドバーの「Text → Word Wrap」のチェックを外す。
「File → Embed → SVG…」を選ぶ。
「Lightbox」のチェックを外して、「Embed」を押し、「Copy」を押してSVGのコードをコピーする。
コピーしたSVGをWordPressにカスタムHTMLとして貼る。

以下のように回路図が表示できます。

はじめてのM5StickC PlusでCO2を測った

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先日はじめてギターアンプを自作しましたが、今回はM5StickC Plusを使った電子工作です。在宅勤務が今後も続きそうなので、自宅の快適さを測りたいと思い、集中力に影響があると言われているCO2の濃度を測ることにしました。

デバイスと部品

M5StickC Plus：秋月電子で購入
MH-Z19C：秋月電子で購入
ジャンプワイヤーオス-メス：以前Amazonで購入したもの

MH-Z19Bという下位バージョンのものもありますが、フェイク品が出回っているそうで、秋月で確実に買えるMH-Z19Cにしました。その他にPC、PCとM5StickC Plusを繋ぐためのUSB Type−Cケーブルが必要です。

環境構築

Arduino IDEをインストールしてセットアップ

Arduino IDEのインストールやセットアップは、Interfaceの以下の記事を参考にしました。実施するのはステップ1、2だけです。
M5StickC Plusの開発環境（Arduino IDE）構築の手順 – Interface

記事ではWindows10で、僕はMacで実施しましたが問題ありませんでした。Macの場合は、zipファイルがダウンロードされ、解凍するとappファイルができます。また、記事中にある「ESP32パッケージのJSONファイルURL」は以下になります。コピペ用にどうぞ。
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

バージョンは以下の通り。

Arduino IDE：1.8.15
ESP32パッケージ：1.0.6

PlatformIOという開発環境もあるようですが、初心者なのでまずは基本的な環境であるArduino IDEを使ってみます。

サンプルプログラムの実行

試しにサンプルプログラムを動かしてみます。メニューバーの「ファイル → スケッチ例 → M5StickCPlus → Basics → IMU」を選ぶと、サンプルプログラムのソースコードが表示されます。画面左上の「マイコンボードに書き込む」ボタンを押して、プログラムをマイコンに書き込みます。IMUというのは加速度センサーのサンプルです。

初めて書き込みを実行したときは、「シリアルポートが選択されていません。」というエラーが表示されました。「cu.usbserial-…」というポートを選んで再度実行したところ、正常に書き込め、プログラム実行できました。

CO2濃度の計測

M5StickC PlusとMH-Z19Cを接続します。以下のピン同士をジャンプワイヤーオス-メスで繋げます。

M5StickC Plusのピン	MH-Z19Cのピン
GND	GND
5V→	VIN
G26	Rx
G36（G36/G25と記載されているピン）	Tx

プログラムにはmhz19_uartというライブラリを使わせてもらいます。zipファイルをダウンロードし、メニューバーの「スケッチ → ライブラリのインクルード → .ZIP形式のライブラリをインストール…」からインストールします。

このライブラリには実行サンプルコードも付属しているので、使わせてもらいましょう。メニューバーの「ファイル → スケッチ例 → MHZ19_uart → MHZ19_getco2」を選ぶと、サンプルコードが表示されます。ただし、まだマイコンに書き込みません。下記のコメント記載部分を追記、変更してからマイコンに書き込みます。

	//　追記：M5StickC Plusで必要なヘッダをインクルードする。
	#include <M5StickCPlus.h>
	#include <MHZ19_uart.h>

	// 変更：接続するピンの番号を変更する。
	const int rx_pin = 36;
	const int tx_pin = 26;

	MHZ19_uart mhz19;

	void setup()
	{
	// 追記：M5StickC Plusの初期化と、G36ピンを使うためにG25ピンをフローティングにする。
	M5.begin();
	pinMode(36, INPUT);
	gpio_pulldown_dis(GPIO_NUM_25);
	gpio_pullup_dis(GPIO_NUM_25);

	Serial.begin(9600);
	mhz19.begin(rx_pin, tx_pin);
	mhz19.setAutoCalibration(false);

	// 追記：デフォルトだと画面が見づらいので、横向き表示でフォントを大きくする。
	M5.Lcd.setRotation(3);
	M5.Lcd.setTextSize(4);

	// 変更：文字を画面に表示する。
	M5.Lcd.println("MH-Z19 is warming up now.");
	delay(10 * 1000);
	}

	void loop()
	{
	int co2ppm = mhz19.getCO2PPM();
	int temp = mhz19.getTemperature();

	// 追記：画面の表示とカーソルを初期化することで、前回の文字の表示を消す。
	M5.Lcd.fillScreen(BLACK);
	M5.Lcd.setCursor(0, 0);

	// 変更：文字を画面に表示する。
	M5.Lcd.print("co2: ");
	M5.Lcd.println(co2ppm);
	M5.Lcd.print("temp: ");
	M5.Lcd.println(temp);

	delay(5000);
	}

view raw MHZ19_getco2.ino hosted with ❤ by GitHub

CO2濃度を測定できました！！ついでに温度も！

外気のCO2濃度は400ppm前後だそうなので、870ppmは少し高めでしょうか。エアコンをつけて窓を締め切っている状態なので、感覚的には正しいように思います。
息を吹きかけてみると、10秒後ぐらいに3,000ppmぐらいになりました。息に反応する程度には計測できているようです。

とりあえず測定はできたので今回はここまで。この後はMH-Z19Cのキャリブレーションや画面表示のデザイン、クラウドへのアップロードなどを試してみたいと思います。

電子工作をなるべくお金をかけずに始める方法

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先日、初めて電子工作をしました。電子工作を始めるにはいろいろな部品や道具を準備する必要があり、お金がかかります。ただ、いきなりすべての道具を揃えるのは金銭的にもキビしいし、すぐ飽きてしまうかも。。そこで、必要になったら買い足していくことにしました。その進め方のステップについて紹介します。

今回、僕はギターアンプを作ったので、他の電子工作には当てはまらかもしれませんが、進め方は多少参考になるかもしれません。

注意事項

電子工作は工具の扱いや配線作業において危険がともなうため、怪我などに十分ご注意ください。本記事の内容を参考にして発生した事故などは、shoaraiは一切責任を負いません。自己責任でお願いいたします。

作ったもの

こちらが今回作ったギターアンプです。機能や回路図は以下の記事で紹介しています。

LM386でギターアンプを作った

始め方〜完成までのステップ

作りたい回路を調べる。
ブレッドボードで回路を組むための部品を買う。
回路を入れる箱を買う。
箱の穴を開けるための道具を買う。
箱に回路を組むための部品を買う。

作りたい回路を調べる。

作りたい回路は人によるので、ここでは詳しく説明しません。今回はギターアンプを作りたかったので、とりあえず「ギターアンプ自作」でGoogle検索。個人ブログで作り方が紹介されていますが、紹介されている回路が正しいのかどうかわからなかったので、ある程度信頼できる本を購入しました。

ブレッドボードで回路を組むための部品を買う。

なぜ今回ギターアンプを作りたいかというと、結局のところ、ギターの音を出したいわけです。最悪、回路が箱に入っておらず剥き出しの状態でも問題ありません。そこで、まずはブレッドボード上で回路を組んで音を出すことを目標とします。

ブレッドボード上で回路を組むために、僕が買った部品は以下の通り。

回路部品（入力ジャック、スピーカー、抵抗やコンデンサなど、回路によって異なる）
ブレッドボード
9V電池
電池スナップ
ジャンパーワイヤー
クリップ付コード

DETEKER 電子工作でよく使う電子部品セット 6類104種1420pcs入り

サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード

パナソニック 9V形アルカリ乾電池 1本パック

KAUMO 9V電池スナップ

DETEKER 260本多色デュポンワイヤー

uxcell ワニ口クリップテストリードジャンパーワイヤー

実はこれだけあれば、回路を組んで音を出すことができます。はんだごてやニッパーがなくても回路は組めるんです。

上の画像がブレッドボード上に回路を組んで音が出る状態です。（画像からはわかりにくいですが；）入力ジャックとスピーカーは、ジャンプワイヤーとクリップ付コードでブレッドボードに繋いでいます。クリップ付コードで部品を挟むときは、なるべくコード同士が触れないようにカバー部分を深くかぶせるといいです。

ボリュームもクリップ付コードで繋げましたが、問題なく動きました。クリップが隣同士触れないように注意！

最低限、音が出るところまでできたら、抵抗やコンデンサの値を変えたり、部品の構成を変えたりして、音がどう変わるか試してみました。抵抗やコンデンサは複数セットになっているものを買っておきました。

この状態でも問題ないかもしれませんが、ブレッドボードだとスペースを食うので多少邪魔だったり、箱に入れないとボリュームが回しにくいです。やっぱり箱に入れたい！となったタイミングで箱を探しました。

回路を入れる箱を買う。

箱探しがなかなか難しい。今回作るLM386を使ったギターアンプは、スモーキーアンプという名前で知られていて、名前の通りタバコの箱に入るぐらい小さくできます。つまり紙の箱でも問題ないようです。ただ紙だと耐久性に問題あるし、今回は音量やゲイン調整用のボリュームを付けたかったので、ポリケースにしました。

100均でポリケースを探しまくりました。結果、見つけたのはこちら。

本体がポリプロピレン、蓋がポリエステルのケースです。3つ入りでしたが、1つ使ったので画像は2つだけ写ってます。なかなかちょうどいいサイズの箱が見つからないかもしれませんが、とりあえず買ってみて部品をあててみるのがいいかもしれません。100円だし、ケースなので他の用途にも使えそうなので。

箱の穴を開けるための道具を買う。

箱を買ったら、その箱に穴を開けるための道具を調べて買います。エフェクター製作だとよく使われるのはアルミダイキャストケースですが、今回はポリケースなので必要な道具は少ないです。

僕が買った道具は以下の通り。

ピンバイス本体
ピンバイスに取り付けるドリル
リーマー

アネックス(ANEX) ラバーグリップピンバイス収納式 No.98-R

プロクソン(PROXXON) ドリル10種セット NO.28913

エンジニアテーパーリーマー孔開範囲:φ3~12mm TR-01

ピンバイスで穴を開け、リーマーで穴を広げます。

箱に回路を組むための道具や部品を買う。

箱に穴を開けられたら、ついにはんだごてを買って基板上で回路を組みます。

僕が買った道具は以下の通り。

ユニバーサル基板
配線材
ニッパー
はんだごて
こて台
はんだ
はんだ吸取線

ユニバーサル基板 (PCB 50mm×70mm 432穴) 25枚セット

協和ハーモネット UL3265 AWG24

エンジニアマイクロニッパー ESD 静電気対策 120㎜ NS-04

白光(HAKKO) PRESTO 急速加熱はんだこて 20/130W(スイッチオン時) 耐熱キャップ付き 984-01

白光(HAKKO) こて台 FX-600/FX-601

goot(グット) 電子工作用鉛入りはんだ Φ1.0mm スズ60%/鉛40% ヤニ入り SD-63

goot(グット) はんだ吸取線 1.5mm幅 1.5m巻き CP-1515 日本製

ユニバーサル基盤の上に回路を組み、配線材で配線していきます。

↑初めてのはんだ付け。

この記事の冒頭でも説明しましたが、完成品は以下の記事で紹介してます。

LM386でギターアンプを作った

LM386でギターアンプを作った

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日頃、仕事やプライベートでプログラミングをしていますが、今回始めて電子工作でギターアンプを作りました。

注意事項

作りたいもの

ギターは持っているのですが、アンプは随分前に売ってしまい、PCに繋いで音を出していました。ただ毎回PCに繋ぐのは面倒なので、簡単に音出ししたいときのために、ギターに直差しできるような小型のアンプがほしいと思っていました。でもギターに直差しできて、かつスピーカーがついているアンプが売ってない。。ヘッドフォンを繋いで使うようなミニアンプはあるんですが。そこで、自分で作れないか調べたところ、わりと簡単にしかも安く作れるようなので試してみました。

作りたいもののイメージは以下の通り。

ちょっと弾きたいときに、ギターに直差しして使える。
自分が聞こえればいいので、音量は小さくてもいい。
音色は幅広く、クリーンも歪みも出したい。歪み具合は調整したい。

作ったもの

こちらが作成したギターアンプです。左上のトグルスイッチは電源、左下はゲインのON/OFF切り替えです。右上のつまみは音量、右下はゲインの調整になっています。ギターに直差ししたときに、右手でスピーカーを隠さずにつまみを調整できるように、右側につまみがくるように配置しました。電源を入れると青色LEDが光ります。ステレオジャックがあり、短いパッチケーブルを使ってギターと接続することができます。

ステレオジャックではなくステレオプラグを取り付けてギターに直差しできるようにすることも考えましたが、卓上に置いても使えるようにステレオジャックを付けました。

後で部品を交換したり修理したりできるように、グルーガンなど使わずにナットで部品を締めて取り付けました。

基盤上に部品をキツキツに詰めてますが、今後拡張したくなったときのためにまだカットしていません。

回路図

回路にはLM386という小型パワーアンプICを使っています。抵抗やコンデンサなどの構成はほとんど公式のデータシートに記載されているものと同じです。違いとしては、音量とゲイン調整用のスイッチとボリューム、電源の状態確認用のLEDと抵抗をつけたぐらいです。また、5番ピンにある抵抗をデータシート記載の10Ωで試したところ、なぜか手前のコンデンサが異常に熱くなったので、100Ωに変えました。セラミックコンデンサを使っているからなのか、原因はわからず。LEDに繋ぐ抵抗は1kΩ、2.2kΩあたりも試したのですが、LEDの光が眩しすぎたので4.7kΩにしました。

振り返り

スピーカーをケースに取り付ける前と後で音を比べると、取り付けた後は少しこもった音になってしまいました。ケース本体の素材はポリプロピレン、蓋はポリエチレンなので、素材が原因なのか、ケースの穴が空いていない部分が影響しているのかわかりませんが、改善したいところです。スピーカーを覆っている部分をすべて穴開けしてもいいかもしれません。

配線が少し複雑になってしまった気がします。基盤のレイアウトを考えるときに、ケースに取り付けた部品の位置を考慮して配線しやすいようにすればよかったと思いました。

ボリュームのシャフトが少し長すぎるため、つまみからはみ出てしまっています。短く切るのは面倒ですし道具もないので、ボリュームとケースの間に何か挟んで高さを調整すれば解消するかも。

最後に、お気づきでしょうか？実はスピーカーを固定しているネジが1本足りません笑。これは買ってあったスピーカー抑え金具を急遽使ったのですが、そのネジが3本しかなかったためです。できれば4箇所とも別のネジを使いたいところです。