grbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中。
BluetoothモジュールおよびbCNCのPendant機能でスマホからもワイヤレス操作可能。
その他、電子工作・プログラミング、機械学習などもやっています。
MacとUbuntuを使用。

CNCマシン全般について:
国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較
中国製レーザーダイオードについて
CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ
その他:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:



*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。


2017年3月22日水曜日

IoTその3:ESP-WROOM-32/Arduino IDEとESP-IDF

先日、秋月でESP32(WROOM-32)を購入しました(1480円)。
ESP32はWifiとBluetoothが内蔵されており、しかもArduinoよりもメモリが多くクロック数も高いにもかかわらず、この小型なサイズと値段というのは驚きです。


ただのモジュールだけなら700円で、


aitendoに売っている専用のピッチ変換基板(295円)や、


さらにもっとシンプルな基板(150円)にとりつければ、1000円以下でWifiもBluetoothも使えるということになります。この場合、USBシリアル接続はついていませんが、一度OTA(無線でアップロード)を書き込んでしまえばUSB端子も不要なので、このほうがシンプルでいいかもしれません。

ちなみにAliExpressだとESP32は少し安いくらいです。
AliExpress.com Product - ESP32 ESP-32S Development Board WiFi+Bluetooth Ultra-Low Power Consumption Dual Cores ESP-32 ESP-32S Board New Arrival
1281円(送料無料)。
秋月のと同じものなのか、一応技適マークがついています。


Arduino IDEで試してみる:
まずは、ESP32用のライブラリをこちらのサイトからインストール。ターミナルで入力ですが、書いてある数行のコマンドをまとめてコピペして実行すれば一気に終わります。

USBシリアル変換ドライバのインストール:
さらに、この秋月のボードの場合はCP2012というUSBシリアル変換チップが搭載されているので、このドライバもこちらのサイトからダウンロード&インストールします。

Arduino IDEでアップロード:
ESP32をUSB接続し、とりあえずBlinkをアップロードしてみることにしました。
設定はこんな感じ(そのまま)。
ESP32ボードの角にGNDがあり、そのとなりに23番ピンがあるので、その二つにLEDを差し込んでみました。そのため、以下のBlinkのコードでは23番ピンをデジタル出力に設定してます。
アップロードスピードが921600もあるせいか、あっというま。


とくに問題なし。リセットボタンなど押してからアップロードかと思いましたが、何も押さなくてもアップロードできました(もしかしたら、開発用ボードだからでしょうか?)。
こんなに便利で安いと、もうArduinoボードを買わなくなりそうです。
ちなみに、この秋月のESP32ボードだと、通常のブレッドボードに差し込むと片側に1列しか余白ができません。サンハヤトのニューブレッドボードであれば一列ずつ幅広(通常5列なのが6列になっている)なので大丈夫ですが、意外に高い。


あるいは、

AliExpress.com Product - Free shipping ESP32-T Shield ESP32-Bit Development Board Compatible For ESP-32S Bluetooth WiFi Module ESP32S Wireless Board788円(送料無料)。このボードに搭載するなら、1列分幅が狭いので、通常のブレッドボードでも両脇1列ずつ余裕ができます。これは、aitendoでも売ってますが(680円)、現在品切れ。

ESP-IDF:さらにESP32について調べてみると、どうやらEspressif公式のESP-IDFという開発フレームワークもあるようです。より細かな設定などは、ESP-IDFのほうがいいかもしれないので、そちらも試してみることにしました。

ESP-IDFのインストール:
このサイトにインストール方法がのっています。基本的にターミナルで入力ですが、手順に沿ってやっていけば大丈夫だと思います。

唯一、パスを通すところが面倒かもしれません。

export PATH=$PATH:$HOME/esp/xtensa-esp32-elf/bin
この部分ですが、これを不可視ファイルの.profileに記入。.profileは/Users/username/.profileにあるはずです。不可視ファイルなので、今回はFunterを使って可視化してエディタで上記パスを直接書き込みました(vimやemacsをつかえばいいのかもしれませんが、慣れていないので)。Macなら$HOME(Linuxぽい)は/Users/usernameと同じなので、このままでも大丈夫そうです。
パスを記入する不可視ファイルは.bashrcや.bach_profileなどありますが、今回は.profileに書き込みました。
ただ、書き込んだだけではまだパスが通っていないらしく、

source ~/.profile
をターミナルで入力する必要があるようです。
さらに、パスが通ったか確認するには、

echo $PATH
を入力します。そうすると、先ほど追加したパスが出てきます。他のパスも書き込んである場合、複数でてきます。これでパスに関しては大丈夫かと。

あとは、サンプルとなるmyappをgit clone(ダウンロード)して、書き込むという手順ですが、myappがあるディレクトリへ移動し、
cd ~/esp/myapp
などと入力し、あるいはmyappがなくて、examplesのhello_worldで試すなら、
cd ~/esp/esp-idf/examples/get-started/hello_world
へ移動し、

make menuconfig
この↑コマンドを入力すると、青い画面がでてきて、ESP32ボードのシリアルポートを設定します。
矢印キーで移動しながら、リターンキーで決定しつつ、先ほどのArduino IDEでも選んだシリアルポートを以下の欄に書き込みます。


以下の画面で<Save>を選択してリターンキー。

あとは<Exit>で画面から抜け出て、またターミナルの通常の画面に戻ります。
シリアルポートを見つけるにはMacの場合なら、
ls /dev/tty.*
この↑コマンドで出てくるはずです。これででてこなければ、ドライバがインストールされていないか、それともUSB接続してないかということです。
そして、最後に
make flash
このコマンドで書き込みということになります。


/Users/username/esp/myapp/main/main.cがプログラムです。
これをエディタなどで開いて書き直し、
/Users/username/esp/myappのディレクトリへ移動して
make flashを入力すれば、いいというわけです。

とくに複雑なプログラムじゃないかぎりは、Arduino IDEで十分だと思います。Arduino IDEのほうが他のセンサーなどのライブラリも使えるので。
しかし、ESP-IDFにしかないようなサンプルの場合はこちらを使ったほうがいいかもしれません。例えば、ESP32-camera-demoなどのサンプルは個人的に興味あるので、これはESP-IDFを使おうかなという感じです。

PlatformIO:
その後、開発環境について調べてみると、PlatformIOを使うと便利ということがわかり、早速インストールしました。

いろいろとやることが増えて面倒かと思いましたが、PlatformIOはAtomというエディタの上で動くIDEで、使ってみるとかなり便利そうでした。
Arduino以外にもいろんなボードに対応しており、サンプルなどのインポート、シリアルモニタ、ターミナル、ボードへのアップロードが全てひとつでできます。さらに、プラグインでHTMLの表示もできます。
Arduino IDEも以前に比べるとボードの種類も増え、ボードごとに設定などを変えてアップロードするように複雑になってきたので、それほど面倒さはかわらないかもしれません。この際、PlatformIOに変えて使ったほうがよさそうです。
たとえばArduino Unoのプログラムの際、書いているのはC++ファイルなのですが、#include "Arduino.h"があるためか、内容はArduinoで使っているコマンドと同じで、構造もvoid setup()とvoid loop()という感じです。PlatformIOに変えると、途端に全てがC言語っぽくなるのかと思ったら、そうでもありませんでした。いままでと変わらないので、すぐに使えると思います。

一度Arduino UnoやESP8266あるいはESP32にアップロードしてみるところまでやってみれば、使い方はだいたいわかるので、思ったより手間が増えるというわけでもなかったです(Arduino IDEの簡単さとあまりかわりませんでした)。これからは、たぶんPlatformIOを使っていこうと思います。
ハードウェア/ソフトウェアの種類、プログラミング言語の種類などがいろいろ増えて、どれからやればいいかという感じですが、PlatformIOはそれらをまとめてくれるような感じかもしれません。おかげで手段や方法で悩むより、最終的にやりたいことに集中できそうです。


ちなみに、ESP8266でCNCマシンを動かしている例もあるようです。

ESP32ならピンの数も多いし、さらにメモリやクロック数も上で、WifiだけでなくBluetoothもあるので、もしGrblが移植できるのであればワイヤレスそしてIP化がすぐ可能というわけです。たった切手サイズの1000円以下のマイコンでここまでできるというのは、すごい時代になったと思います。近いうちに全ての電化製品にIPアドレスが割り振られてしまうのでしょうね。

関連:
ESP32:Webサーバから外部ファイルを読み込み

2017年3月16日木曜日

IoTその2:ESP8266(Wifi赤外線リモコン:仮)

以前IoTについて投稿しましたが、その時にAliExpressで注文したESP8266を触ってみることにしました。届くまで数週間かかるのですが、その時間差がある分、他のことに興味が湧いていたりするので、届いてもすぐに開封しないで放置しておくことがよくあります。
Arduino関係はCNC以外にしばらくやっていなかったので、今更ESP8266なのですが、そのおかげでネットで調べるとたくさんサンプルがあるので、すぐにできそうです。

575円(送料無料)。ESP-WROOM-02、直接USB接続できるタイプのものです。この画像でもかすかに見えますが、一応技適マークがついていました。

とりあえず、これでやりたいことは、学習型赤外線リモコンにしてエアコンのオンオフをスマホやMacBookのブラウザからすること。それだけだと勿体無いので、温度センサーやリレーによるAC100V電源のオンオフ(照明器具用)。どちらかというと趣味や興味というよりも、実用的な意味でこういったデバイスが必要なので、これもまた自作しようかと。
できれば、もう一つ作って、CNCマシンの電源(AC100V)もブラウザ経由でオンオフすることで、bCNCのPendant機能やBluetoothによる制御も含め、全てワイヤレス化しようかと思っています。

以前、BroadLinkの以下のWifi赤外線リモコンも使えるかなと思いましたが、


eRemote miniに置き換えられたようで、MACアドレスの識別によって専用アプリからは操作できなくなるようです。しかし、中国版は安いのに、日本版はかなり高い(5000円くらい)。ちなみにこれはリモコンだけで温度センサーはついていないようです。
いずれにしても、このようなWifiリモコンであれば、ESP8266と赤外線LEDがあれば1000円以下ですぐにつくることができる他、温度センサーやその他の機能も追加できます。
RM mini 3やeRemote miniは、Marvel88MC200というかなり高性能なCortex M3プロセッサと88W8801というMarvel Wifiチップが使われており(ここに書いてありました)、ESP8266やArduinoで改造もしにくい感じです。GitにもPythonMQTTで操作する方法など載っていましたが、そこまでやる必要もないかと。
ということで、RM mini3は見送って、ESP8266を使って代替品をつくった方がいいという結論になりました。


赤外線リモコンパーツ:
以前にもArduinoで赤外線を使ったことがあったので、赤外線LED赤外線受信モジュールが残っていました。
昔、秋月で買ったパーツ。安い。右の黒いのが赤外線受信モジュール(数十円)。
これらのパーツとESP8266をつなげばWifiリモコンができるはず。さらに温度センサーやリレーを追加してもESP8266も含め1000円以下。


IRremoteライブラリ:
ネットを調べるとArduinoのIRremoteライブラリを使っている人が多そうだったので使って見ました。FUJITSUのエアコンなのですが、簡単に読み込むことができました。各メーカーごとのデータもこのライブラリ内に揃っているようなので、大体は認識してくれるようです。
あとは、このデータを使って実際にエアコンがオンオフできるか試して見ると、あっさり動きました。
そのまま赤外線受信モジュールで読み込ませたRAWデータを再生させる方法もあったので、これで複数のボタンを覚えさせれば、どんなリモコンであっても簡単に操作できそうです。
しかし、よく調べて見ると、赤外線LEDを取り付けるピンの指定があるようです。要はAVRのタイマーに対応したピンでなければならないようです。基本的にはPWMピンの3番ピンや9番ピンを使えという感じです。
通常のデジタル出力のピン(例えば8番ピンなど)でdelayMicroseconds()でパルス生成してもできるのかもしれませんが、もしかすると安定しないのかもしれません。


38kHz:
赤外線リモコンは、パルスのオンオフで信号を送っているのですが、38kHzでさらに細かいパルス(キャリア)を使わなければいけないようです。前もやったことがあったので、何となく思い出してきました。確かこの38kHzの細かいパルス生成の精度やタイミングが難しかったような。
IRremoteライブラリは、この細かいキャリア周波数を精度よくArduinoで実現している代わりに、ピンに制約があるという感じです。
周期が26.3usで、さらに1/3のデューティ比なので、HIGHの時間はたった8.7usとなるようです。ArduinoのdelayMicroseconds()は3usが限界のようで、おそらく8.7usも処理の仕方や割り込みによってはずれてしまいそうです。Arduino Unoの解像度の限界に近い処理なので、C言語で書いた方が良さそうです。
以前、TVの信号をArduinoでつくった時も、そんな感じでタイミングがずれてしまって、画面が歪んでしまったことがありました。


自前でパルス生成:
ライブラリを使えば簡単でしかも安定した周期を実現できそうですが、動けばいいという程度の精度で十分なので、一度delayMicroseconds()を使って自前でやってみることにしました。どのピンでも使えた方が便利なので。
ネットで調べると、ライブラリを使わずに自前でこの周期をつくっている例もあったので、それらを参考に(こちらのサイト)、Arduino Unoで試してみることに。

digitalWrite(pin,HIGH);
delayMicroseconds(9);
digitalWrite(pin,LOW);
delayMicroseconds(17);

26.3usの1周期は、タイミングのずれを考えなければ数値的にはこんな感じでいいのですが、これだと全くエアコンは反応しませんでした。おそらくArduino Unoの内部処理でずれまくっているのでしょう。もう少し調べて見ると、デューティ比は1/3ではなくても大丈夫そうなので、おそらくこの1周期内にあるHIGHとLOWの経過時間の合計の26.3usを重視した方が良さそう。
Arduino Unoは16MHzなので、1クロックが1,000,000us(1sec)/16,000,000=1/16us(0.0625us)。ただ、必ずしも1クロックで全てを処理してくれるわけではないので、記述の仕方ではかなりロスが出るはず。確かdelayMicroseconds()よりも、C言語の_delay_us()を使った方が速かったような。for文など多用するとかなりロスがあったような記憶があります。しかし参考にしたこの方のサンプルでは単純にdelayMicroseconds()を使っており、

digitalWrite(pin,HIGH);
delayMicroseconds(8);
digitalWrite(pin,LOW);
delayMicroseconds(7);  //UNO:7us, ESP8266:16us

合計で理論上26.3usのところ、8+7=15usですが、このタイミングでやって見るとエアコンが反応しました。ロスが11usくらいあるという感じですが、これで機能するのでこのまま行くことに。C言語やアセンブラ言語で動かした方が確実かもしれませんが、ここはあえて平易なArduino言語で簡単に済ませられるのあれば、それに越したことはないという感じです。業務用ではないので、精度よりも簡単さで。
どうやらESP8266の方がクロック数はArduino Unoよりも上なので、遅いArduino Unoで動くのなら大丈夫なはずです。
追記:
その後ESP8266で試したところ、Arduino UnoではdelayMicroseconds(7)の部分が、デューティ比約1/3のdelayMicroseconds(16)でも動きました。ESP8266のクロック数は80MHzなので、Arduino Unoのようなタイミングのズレは考慮しなくても大丈夫そうです。


送信用プログラム:
ということで、以下が送信用の試験用コードです。まだArduino Unoで試している段階なのでESP8266用のコードではありません。
数値の羅列がエアコンのオンとオフの信号(単位us)です。この信号は、次にある受信用プログラムで読み込んだ値です。この信号データを元に、赤外線LEDがパルスをエアコンに送りオンとオフをします。例えば、data_on[243]の方であれば、配列の最初の3456がHIGHを3456us、そしてLOWに切り替えて1412us、またHIGHで580usという感じで、配列の偶数番目(最初は0番目からスタート)がHIGHで、奇数番目がLOWという繰り返しになります。
Arduinoのシリアルモニタ上で、"a"を送信でオン、"b"を送信でオフ。ちなみにFUJITSUのエアコンです。なぜかオンの信号の方が多い。PWM用のピンではなく、8番ピンでHIGH/LOWを単純に切り替えつつdelayMicroseconds()を使っています。

#define send_pin 8
#define duty_high 7
#define duty_low 7  //UNOの場合は7, ESP8266の場合は16

unsigned int data_on[243] = {
  3456,1412,580,216,580,212,572,1036,564,236,556,1044,552,244,544,252,536,256,532,1072,
  524,1080,512,284,512,280,504,292,504,1108,500,1108,492,296,500,296,500,292,500,292,
  504,292,500,296,500,296,496,296,500,296,500,296,500,296,496,300,504,288,500,1108,
  496,324,476,316,476,320,472,320,476,324,476,316,476,320,476,1132,476,316,476,316,
  476,320,476,324,476,320,464,1136,456,1148,452,1156,448,1160,448,1156,448,1156,448,348,
  448,348,444,348,444,1160,440,352,444,352,444,348,448,352,444,352,444,348,444,360,
  436,356,444,1156,444,1160,444,356,444,348,444,1160,448,348,440,356,444,348,440,352,
  444,352,444,352,444,1164,444,348,444,352,444,1160,444,352,444,352,444,352,444,352,
  440,352,444,352,444,352,444,352,440,348,444,352,440,348,440,356,440,352,444,352,
  444,348,444,356,444,348,444,352,444,352,440,348,444,352,440,356,440,356,440,356,
  440,352,440,376,412,360,436,380,416,356,436,356,440,356,436,364,432,376,416,380,
  416,376,412,380,412,384,412,1196,412,1192,408,380,408,1192,412,384,412,380,412,1196,
  412,388,412};

unsigned int data_off[99] = {
  3492,1400,604,192,596,196,588,1020,580,220,576,1024,572,224,564,232,556,236,552,1052,
  552,1056,552,244,548,244,544,252,540,1064,536,1072,532,264,528,268,524,268,524,268,
  524,268,528,268,528,268,528,268,524,268,524,272,524,272,524,296,500,288,500,1088,
  520,296,496,292,500,300,496,296,500,300,496,292,496,296,500,1112,496,296,496,296,
  496,300,496,296,500,1104,500,296,500,296,496,300,496,300,492,304,492,304,488};
  
void setup() {
  pinMode(send_pin, OUTPUT);
  Serial.begin(57600);
}

void loop() {
  if(Serial.available()>0){
    int val=Serial.read();
    if(val=='a'){
      ir_send(data_on,243);
      Serial.println("on");
    }else if(val=='b'){
      ir_send(data_off,99);
      Serial.println("off");   
    }
  }
}

void ir_send(unsigned int data[], int d){
  for (int i = 0; i < d; i++) {
    unsigned long duration = data[i];
    unsigned long start_time = micros();
    while (start_time + duration > micros()){
      digitalWrite(send_pin, 1-(i&1));
      delayMicroseconds(duty_high);
      digitalWrite(send_pin, 0);
      delayMicroseconds(duty_low);
    }
  }
}

C言語(あるいはArduino言語)の場合、配列の長さを取得するには、Javaなどのarray.lengthのようなコマンドはなく、sizeof(array)を使わなければいけないのを始めて知りました(それと動的に配列の長さを変えられないということも)。しかも、sizeof()がメモリのバイト数なので、intの場合sizeof(array)/sizeof(array[0])というように書かないといけないらしく、配列の長さの変数をir_send()関数に入れると、なぜか処理が滞ってしまうので、データの配列data[]とその配列の長さdをir_send(unsigned int data[], int d)という形で直接渡すことにしています。元々はオンとオフの二つ別々の関数をつくっていたのですが、その後ボタンも追加されて信号用配列データも増えるかもしれないので、ir_send()という関数にしてしまいました。そのせいで、また少し悩んでしまったということです。元々、電子回路の制御用プログラムでは、複雑なコードを書かないので、また勉強になったという感じです。
digitalWrite(send_pin,1-(i&1))のHIGH/LOW切り替えの部分は、&でビットマスクすることで奇数か偶数かを分けつつ反転させていますが、digitalWrite(send_pin,!(i%2))でもいいと思います。ただ、そうすると微妙に処理速度が変わってしまうかもしれないので、参考にしたコードのままにしてあります。


受信用プログラム:
読み取りの方はIRremoteでやってもいいのですが、一応こちらもライブラリは使わず。このプログラムで得たエアコンのオンとオフの信号が、上記送信プログラムに使われています。
送信用のデータでは、配列の一個目(配列における0番目)はHIGHですが、受信モジュールで読み込む際には、HIGHとLOWが反転しています。つまり受信用データ配列の0番目はLOWを検出します。

#define read_pin 8
#define led_pin 13
#define data_size 256
unsigned long ir_data[data_size]={};
boolean state;
unsigned int count;
boolean ready_data;

void setup() {
  Serial.begin(57600);
  pinMode(read_pin,INPUT);
  pinMode(13,OUTPUT);
  state=HIGH;//first:HIGH, then:LOW(pulse starts)
  count=0;
  ready_data=false;
}

void loop() {
  if(Serial.available()>0){
    unsigned long start_time=micros();
    while(state==digitalRead(read_pin)){
       ready_data=true;  
    }
    if(ready_data==true){
      if(micros()-start_time<100000){//count over
          output_data();     
        }
      }else{//time over
        state=!state;
        Serial.println("TIME OVER");
        output_data();
      }
      ready_data=false;
    }
  }else{
    digitalWrite(13,HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(13,LOW);
    delay(100);
  }
}

void output_data(){
  Serial.println("ir_data:");
  for(int i=0;i<data_size;i++){
    if(ir_data[i]==0){
      Serial.println("");
      Serial.print("TOTAL:");
      Serial.println(i);
      break;
    }else{
      Serial.print(ir_data[i]);
      if(i%20==19){
        Serial.println(",");
      }else{
        if(i<data_size-1 && ir_data[i+1]!=0){
          Serial.print(",");
        }   
      }
    }
  }
  Serial.println("END");
  Serial.println("");
  for(int i=0; i<data_size; i++){
    ir_data[i]=0;
  }
  count=0;
  Serial.read();//read 3 bytes
  Serial.read();
  Serial.read();  
}

受信用プログラムで得た送信用データをIRremoteライブラリで得たデータと比較してみましたが、それほど大きなずれもなく使えるので、そのままこのプログラムを使ってデータを読み取りました。

光量不足?:
一応、これら二つのプログラムでエアコンを動かすことができましたが、パルスのせいか赤外線LEDの出力が全開ではないため、2mくらいまで近づけないと反応しない時がありました。それもあってLED用の抵抗は外してしまったのですが、もう一つLEDを増やすか電力アップしないといけないかもしれません。データの読み取り精度の誤差によって反応しにくくなっていることも多少考えられます。ノイズ対策は一切行っていないのでコンデンサーを入れるだけでも少しはましになるかもしれません。


制御用ブラウザ画面:
これら赤外線受信/送信用プログラムを元にESP8266用にブラウザで制御可能なプログラムを書いてみました。まだ赤外線でエアコンをオンオフするだけで、AC100V電源のオンオフはリレーをつけていませんが、以下のような感じ。

これもネットにあったサンプルに必要な部分を追加しただけ。
温度計測はこれから追加する予定です。
以下が、ESP8266のプログラム。14、15行目のssidとpasswordに使っているWifi名とパスワードを入れて、ESP8266にArduino IDEからアップロードし、シリアルモニタを開くとIPアドレスが出てきます。あとはブラウザでそのIPアドレスにアクセスすれば、上の画面が現れるはずです。
ブラウザ上に表示させるHTMLはwebPageという変数に入れてあります。HTML内の「\"」は、「"」のことです。そのまま「"」で送るとArduinoのプログラム上で使われる「"」なのか、それとも送られる文字列としての「"」なのか判別できなくなるために、「\"」を使わなければいけません。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <ESP8266mDNS.h>

#define gpio13Led 13
#define gpio12Relay 12
#define sendPin 14
#define duty_high 8
#define duty_low 7 //UNO:7us, ESP8266:16us


MDNSResponder mdns;

const char* ssid = "*****";
const char* password = "*****";

ESP8266WebServer server(80);

String webPage = "";

unsigned int airOn[243] = {
  3456,1412,580,216,580,212,572,1036,564,236,556,1044,552,244,544,252,536,256,532,1072,
  524,1080,512,284,512,280,504,292,504,1108,500,1108,492,296,500,296,500,292,500,292,
  504,292,500,296,500,296,496,296,500,296,500,296,500,296,496,300,504,288,500,1108,
  496,324,476,316,476,320,472,320,476,324,476,316,476,320,476,1132,476,316,476,316,
  476,320,476,324,476,320,464,1136,456,1148,452,1156,448,1160,448,1156,448,1156,448,348,
  448,348,444,348,444,1160,440,352,444,352,444,348,448,352,444,352,444,348,444,360,
  436,356,444,1156,444,1160,444,356,444,348,444,1160,448,348,440,356,444,348,440,352,
  444,352,444,352,444,1164,444,348,444,352,444,1160,444,352,444,352,444,352,444,352,
  440,352,444,352,444,352,444,352,440,348,444,352,440,348,440,356,440,352,444,352,
  444,348,444,356,444,348,444,352,444,352,440,348,444,352,440,356,440,356,440,356,
  440,352,440,376,412,360,436,380,416,356,436,356,440,356,436,364,432,376,416,380,
  416,376,412,380,412,384,412,1196,412,1192,408,380,408,1192,412,384,412,380,412,1196,
  412,388,412};
  
unsigned int airOff[99] = {
  3492,1400,604,192,596,196,588,1020,580,220,576,1024,572,224,564,232,556,236,552,1052,
  552,1056,552,244,548,244,544,252,540,1064,536,1072,532,264,528,268,524,268,524,268,
  524,268,528,268,528,268,528,268,524,268,524,272,524,272,524,296,500,288,500,1088,
  520,296,496,292,500,300,496,296,500,300,496,292,496,296,500,1112,496,296,496,296,
  496,300,496,296,500,1104,500,296,500,296,496,300,496,300,492,304,492,304,488};

void setup(void) {
  webPage += "<html><header><title>WIFI SWITCH</title></header>";
  webPage += "<body style=\"text-align:center;font-size:20px\"><div><font size=\"2\">WIFI SWITCH</font></div><br/>";
  webPage += "<div style=\"font-size:24px\"><div>AC100V SWITCH:</div>";
  webPage += "<div><a href=\"on\"><button style=\"width:80%;font-size:20px\">POWER  ON</button></a></div><br/>";
  webPage += "<div><a href=\"off\"><button style=\"width:80%;font-size:20px\">POWER OFF</button></a></div><br/>";
  webPage += "<div>AIR-CON SWITCH:</div>";
  webPage += "<div><a href=\"airon\"><button style=\"width:80%;font-size:20px\">AIR-CON ON</button></a></div><br/>";
  webPage += "<div><a href=\"airoff\"><button style=\"width:80%;font-size:20px\">AIR-CON OFF</button></a></div>";
  webPage += "</div></body></html>";
  
  pinMode(sendPin, OUTPUT);
  pinMode(gpio13Led, OUTPUT);
  digitalWrite(gpio13Led, HIGH);
  pinMode(gpio12Relay, OUTPUT);
  digitalWrite(gpio12Relay, HIGH);

  Serial.begin(115200);
  delay(500);
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.println("");

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("");
  Serial.print("Connected to ");
  Serial.println(ssid);
  Serial.print("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  if (mdns.begin("esp8266", WiFi.localIP())) {
    Serial.println("MDNS responder started");
  }

  server.on("/", []() {
    server.send(200, "text/html", webPage);
  });
  server.on("/on", []() {
    server.send(200, "text/html", webPage);
    digitalWrite(gpio13Led, LOW);
    digitalWrite(gpio12Relay, HIGH);
    delay(1000);
  });
  server.on("/off", []() {
    server.send(200, "text/html", webPage);
    digitalWrite(gpio13Led, HIGH);
    digitalWrite(gpio12Relay, LOW);
    delay(1000);
  });
  server.on("/airon", []() {
    server.send(200, "text/html", webPage);
    air_on();
    delay(1000);
  });

  server.on("/airoff", []() {
    server.send(200, "text/html", webPage);
    air_off();
    delay(1000);
  });

  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}

void loop(void) {
  server.handleClient();
}

void air_off() {
  int dataSize = sizeof(airOff) / sizeof(airOff[0]);
  for (int cnt = 0; cnt < dataSize; cnt++) {
    unsigned long len = airOff[cnt];
    unsigned long us = micros();
    while (us + len > micros()){
      digitalWrite(sendPin, 1 - (cnt & 1));
      delayMicroseconds(duty_high);
      digitalWrite(sendPin, 0);
      delayMicroseconds(duty_low);
    }
  }
}

void air_on() {
  int dataSize = sizeof(airOn) / sizeof(airOn[0]);
  for (int cnt = 0; cnt < dataSize; cnt++) {
    unsigned long len = airOn[cnt];
    unsigned long us = micros();
    while (us + len > micros()) {
      digitalWrite(sendPin, 1 - (cnt & 1));
      delayMicroseconds(duty_high);
      digitalWrite(sendPin, 0);
      delayMicroseconds(duty_low);
    }
  }
}

こちらのコードでは、エアコンのオンオフは、air_on()とair_off()の二つ関数に分けて書いてあります。試行錯誤して多少前後したので、実は一個前のコードのままです。今後さらに改良して行きます。まだ実験段階という感じです。
それにしても、こういったコードをブログに載せるとエスケープシーケンスでいくつかの記号を置き換えなければいけないので面倒です。
ちなみにGoogle code-prettifyを使ってコードを載せています。

あとは、IPカメラとも接続可能にできるといいのですが、以前やっていたbCNCのIPカメラ化も中断しているので、そのうちやろうと思います。

2017年3月11日土曜日

スピンドルクランプロッド(ER11用)

現在はスピンドルとしてマキタのトリマを使用しています。コレットコーンはトリマ専用のものでシャンク径6mmの小型コレットが内臓されています。
ルータービットにはめ込んである黒いテーパーのついた部品がコレットコーン(内径6mm)です。このコレットコーンには1/4インチ(6.35mm)もあるようですが、あまりバリエーションはなかったはず。普通は、コレット(シャンク)で径を変えるというよりも、ルータービット刃先の方で径を選ぶという感じです。

このルーターの回転軸にERコレットを取り付けることができれば便利になるのではないかと試して見ましたが、どうやら直径は同じ14mm(ネジ山部分)なのに、ネジのピッチが違うようです。残念。
手前が専用コレット・コレットナット、奥がER11コレット・コレットナット。どちらも6mmのエンドミル。
ネジ山のピッチが同じだとしても、そもそもER11のコレットが大きすぎて、このトリマの軸に入らない。つまり、この軸を改造しないことには無理と言う感じ。

そこでたまたま見つけた、以下のような、ER11がついた部品ならいけるかもと、いつものAliExpressで試し買い(そんなに高くないので)。
AliExpress.com Product - Newest ER11 Spindle Motor Chuck Collet Clamp Extension Rod For CNC Milling Carving Machine #05
551円(送料込み)これには軸径3mm、1/8インチ、4mm、5mm、6mm、1/4インチ、8mm、10mmなどあるようです。このショップでは、注文の際に軸径を指定、指定なしだと自動的に5mmになってしまうので要注意。CNCマシンのスピンドルモーターの軸径に合わせて直接取り付ければ、すぐにER11コレットが使えるという結構便利な部品。

こんな感じのものです。今回は6mmの軸用のものを購入しました。左側の部品は直径16mm、長さ35mm(コレットナットなしで)。コレットナットはついていますが、中に入れるコレットはついていないので、必要な径のER11コレットを別途購入する必要があります。 AliExpress.com Product - ER11 1pcs Printemps Collet 1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm 8mm pour CNC Tour Fraisage Machine de Gravure outilとは言っても、AliExpressなら安いです。127円(送料無料)、ER11コレット6mm。
ということで、ルーターに6mmの軸を取り付けて、さらに取り付けると言う感じになります。ちょっと長くなりすぎてブレそうですが、試しにつけてみます。
まずは古くなった6mmのドリルビットをグラインダーで短く切って、取り付け用の軸として使います。

短く切ったドリルビットを装着するとこんな感じになります。この先に、今回の部品を取り付けます。

結構長い。刃の先端まで90mmくらいあります。これは一番詰めた状態。木材ならなんとか削れそうですが、金属だとちょっと微妙な感じ。




まだ加工は試してないので、どうなるかわかりませんが、そのうち結果をアップロードしたいと思います。不安定そうだったら、また元に戻すつもりです。

この部品は、アマゾンにもありましたが、相変わらず高いです(1500円くらい)。


コレットは安いですが、それなりに割高ではあります。
試してみるというほど安くはない感じです。

2017年3月4日土曜日

Universal-G-Code-Sender(Nightly builds)について

普段はbCNCを使っていますが、久しぶりにUniversal-G-Code-Sender(UGS)を使ってみました。UGSはJavaベースなので、MacでもWinでも使えるし、bCNCのようにPythonをインストールしたりする必要もなく、すぐに使えるところがいいと思います。
現在の安定版は1.0.9ですが、今回はNightly buildsを試してみました。
UGSのGitに行くと、このように↑ダウンロード可能な幾つかのバージョンがあります。これの2.0 Nightly buildsというまだ開発中のバージョン。classic GUIとUGS Platformの2種類あります。

こちらはUGS Platformの方です。全く見た目も違います。特にVisualizerがかなりよくなって、このように画面分割表示も可能です。bCNCでは画面分割はできないと思います。

以前のUGSのVisualizer、別画面で座標もないし超シンプル。確かにこれに比べると断然良くなったと思います。

ちなみに画面分割など、表示させたいウィンドウを追加するには、表示領域を選びつつメニューバーから項目を選べば、さらなるウィンドウを追加して行くことができます。

 Grbl1.1のオーバーライド機能にも対応したウィンドウもあります。

そしてジョグ操作もGrbl1.1に合わせて、「$J=」コマンドで送信されるようです。
このUGS Platformは、ほとんど別のソフトというくらい改良されている感じです。Nightly buildsなので、まだ細かなバグなどあるのかもしれませんが、それほど問題なさそうです。というか、オープンソースなので、使ってみてバグがあれば改良するか報告してあげるのがいいと思います。

そして、こちらはNightly buildsのclassic GUIの方の画面。見た目的にはそれほど変わってないのですが、ジョグ操作は「$J=」に対応しています。
そして、今更気づきましたが、画面左上の方にPendantがあります。
これを押すと、なんとUGSでもPendant機能が使えるではありませんか。
スマホからアクセスしてみると、ちゃんと繋がります。これはbCNCのPendant機能同様に加工原点出しの際には便利です。試しにスマホからジョグボタンを押してみると、step sizeが10mmになっているのですが、なぜかゆっくりとFeed1の移動になってしまいます。どこかに設定できるメニューがあるのかと探してみましたが見当たりません。バグでしょうか?
しかし、それよりも現在安定版である1.0.9の方も見てみると、同様にPendant機能がついていました(今まで気づきませんでした)。

総合的に見ると、bCNCの方が、オフセット加工、タブ配置機能、カメラ機能など、実際によく使う機能が豊富についているので便利なことは確かです。ただbCNCの場合は、少しボタンの反応が遅いのが難点かもしれません。
とはいっても、Gコードの方であらかじめオフセットパスやタブをつけておいたりすればいいので、G Code Senderがそれほど多機能である必要もないかもしれません。あとはパソコンとの相性だったり好みの違いになるくらいでしょうか。

2017年3月3日金曜日

経路探索(A*:A-star)アルゴリズムについて

直接CNCには関係ないかもしれませんが、プログラミングではよくテーマになる経路探索について最近調べていました。いくつか探索アルゴリズムがあるようですが、代表的なA*(A-star)アルゴリズムを実際に書いて試してみました。


Gコードを見ると上から順番に加工用の座標が並んでいます。図面上にある複数の座標点をどのような順番で処理していくのかというのが気になっていました。たまに加工中の動作を見ていると、近いところから加工しているように見えますが、突然遠回りしていたりするので、何かしらの判断基準があって、それがどの程度効率よく動いているのかが気になります。
もしGrblのようなソフトをプログラミングするには、こういった加工の順番を処理するプログラムも必要なのかもしれません。例えば、3箇所にドリルの穴を開ける場合、加工開始点から一番近い位置、そして二番目、三番目と移動すれば最短距離になると思いますが、その順番が違えば、無駄な移動が含まれるために加工時間も変わってくるはずです。
もしベクターデータやdxfデータの段階で、その順番がもうすでに決まっていて、Grblはその順番に従って動いているのであれば、Gコード生成プログラムの方にその原因があるのかもしれません。ソフトの中身まで検証していないので、そこまではまだわからないのですが、Gコードのみならず、他の場面においても、探索アルゴリズムは何かの順序を決定する際のプログラムとして汎用性があると思います。

以下が今回プログラムしたアルゴリズムです。このブログ上でも実行可能になっています。
一般的に定義されているA*アルゴリズムになっているかはわかりませんが、自分なりにある程度考えて書いて見ました。

*表示画面内を空クリックしてから(フォーカスを与えてから)、キーを押して下さい。

・緑:スタート(ドラッグで移動可能)
・赤:ゴール(ドラッグで移動可能)
・グレー:壁(クリックで壁の有無を切り替える)
・黒:通路(クリックで壁の有無を切り替える)
・↑(UP)キー:グリッドを増やす(最大160x160グリッド)
・↓(DOWN)キー:グリッドを減らす(最小10x10グリッド)
・Nキー:リセット
・その他のキーで探索開始/一時停止
追記:
画面下部に[START/PAUSE][RESET][MORE GRIDS][LESS GRIDS]ボタンを追加しておきました。

*緑丸は現在の探索位置、薄緑は探索済みエリアです。
*初期状態で緑(スタート)か赤(ゴール)がグレーの壁に囲まれて入れば、すでに手詰まりです。移動可能な方向は上下左右だけです(斜め移動は禁止)。初期状態で手詰まりの場合は、クリックで壁を消すか、ドラッグで緑か赤の位置を変更するか、Nキーでリセットしてください。
*ProcessingのコードをProcessing.jsを使って表示しているので、バグがあるかもしれません。


このアルゴリズムについての説明はこちらのページにあります。

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