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画像処理 デジカメ弐号機 第2回 SDカードとリアルタイムクロック
2022.10.21

YouTubeでポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。

デジカメ弐号機 第2回では、SDカードモジュールとリアルタイムクロックモジュールの単体テストを行います。

●Adafruit QT Py ESP32-S2 WiFi Dev Board with STEMMA QT
弐号機で使用するマイコンボードです。
・ESP32-S2 240MHz Tensilica processor
・4 MB Flash & 2 MB PSRAM
・2.4 GHz Wi-Fi System-on-Chip (SoC)
・3.3V regulator with 600mA peak output
Ref.Adafruit QT Py ESP32-S2


このマイコンボードは、PIMORONIのサイトから購入しました。

PIMORONI

Qt Py Pinout


QT Py ESP32-S2 の詳細は下記をご覧ください。
Adafruit QT Py + XIAO Expansion board

■Adafruit Micro SD SPI or SDIO Card Breakout Board - 3V ONLY!
microSDカードモジュールです。3.3V駆動系専用です。

SDカードモジュールも、PIMORONIで購入しています。

PIMORONI

下記のように結線しています。
 QT Py  -  micro SDカード
3V - 3.3V
GND - GND
SCK[SCK] - CLK:SPI Clock pin
MI[MISO] - SO:Microcontroller In Serial Out pin
MO[MOSI] - SI:Microcontroller Out Serial In pin
A3 - CS:Chip Select pin
RasPi[10]←TX   

ラズベリーパイと繋いで、ソースコードをビルドします。

ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO

プロジェクトを作成します。
$ mkdir ArduCam
$ cd ArduCam
$ platformio init -b adafruit_qtpy_esp32s2

環境設定ファイルを編集します。
$ vi platform.ini
[env:adafruit_qtpy_esp32s2]
platform = espressif32
board = adafruit_qtpy_esp32s2
framework = arduino
platform_packages =
        framework-arduinoespressif32 @ https://github.com/espressif/arduino-esp32
build_flags =
        -DBOARD_HAS_PSRAM
        -mfix-esp32-psram-cache-issue
upload_port = /dev/ttyACM0

●SDカードチェック用ソースコード
テストとして、SDカード内のファイルを表示します。
よくあるコードなので説明することはないのですが、 QT Py ESP32-S2 では、TX, RX はハードウェアシリアル Serial1 に関連付けられています。

$ vi src/listfiles.ino
#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

File root;

#define SPI_MISO  MISO
#define SPI_MOSI  MOSI
#define SPI_SCK    SCK
#define SPI_SD_SS   A3

SPIClass SDSPI(HSPI);

void setup() {

	Serial1.begin(115200);

	Serial1.println("Initializing SD card...");

	SDSPI.begin(SPI_SCK, SPI_MISO, SPI_MOSI, -1);
	pinMode(SPI_SD_SS, OUTPUT);

	while(!SD.begin(SPI_SD_SS, SDSPI)) {
		Serial1.println("initialization failed!");
		delay(1000);
	}
	Serial1.println("initialization done.");

	root = SD.open("/");
	printDirectory(root, 0);

	Serial1.println("done!");
}

void loop() {}

void printDirectory(File dir, int numTabs) {
	// Begin at the start of the directory
	dir.rewindDirectory();

	while(true) {
		File entry =  dir.openNextFile();
		if (! entry) break; // no more files
		for (uint8_t i=0; i<numTabs; i++) {
			Serial1.print('\t');   // we'll have a nice indentation
		}
		Serial1.print(entry.name());
		// Recurse for directories, otherwise print the file size
		if (entry.isDirectory()) {
			Serial1.println("/");
			printDirectory(entry, numTabs+1);
		} else {
			// files have sizes, directories do not
			Serial1.print("\t\t");
			Serial1.println(entry.size(), DEC);
		}
		entry.close();
	}
}

ソースコードをビルドして、QT Py に書き込みます。
$ pio run -t upload

PlatformIOのデバイスモニターで、SDカード情報をラズベリーパイのコンソールに表示します。
$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200
Initializing SD card...
initialization done.
System Volume Information/
        IndexerVolumeGuid               76
        WPSettings.dat          12
treva.bmp               20790
YoRHa2B.tga             172818
AkaiHana.jpg            15175
AvePooling.tga          230418
Chchange.tga            230418
GrayScale.tga           230418
interface_noise_black.jpg               10368
ReverseColor.tga                230418
done!
ArduinoのSDカード用標準ライブラリでは、ファイル名は8.3形式([8文字以内半角英数ファイル名].[3文字以内拡張子])ですが、 ESP32系ライブラリでは、この制約はありません。

■Adafruit PCF8523 Real Time Clock (RTC) Breakout Board - STEMMA QT / Qwiic

PCF8523 RTC を搭載 - 3.3V または 5V の電源とロジックから実行できます。 CR1220リチウムボタン電池でバックアップされたリアルタイムクロックモジュールです。

RTCは、Digi-Key Japan から購入しました。

Digi-Key Japan

 QT Py  -  PCF8523(RTC)
3V - VIN
GND - GND
SCL - SCL
SDA - SDA
The default I2C address is 0x68. The SQW pin is for square-wave output if you enable it.

adafruit/RTClib



実装のポイント
1.ESP32のプログラム起動時の初期処理で、WiFi接続を行い、NTPによりタイムサーバーから時刻を取得する。
2.自宅ではブロードバンドルーター、.屋外ではAndroidスマホのテザリング機能を利用して、WiFi接続を行う。
3.取得した時刻情報をもとに、リアルタイムクロックの保持している時刻を補正する。

下記の解説記事も参考にしてください。
NTP 時刻取得と活用

$ vi src/pcf8523.ino
#include <SPI.h>
#include <WiFi.h>
#include <time.h>
#include "RTClib.h"

#define TIMEZONE_JST (3600 * 9) // 日本標準時:UTC(世界標準時)より9時間早い
#define DAYLIGHTOFFSET_JST (0)  // サマータイムなし

const char* ntp_server1 = "ntp.nict.jp";
const char* ntp_server2 = "pool.ntp.org";

static char *ssid[] = {"xxxxxxxx","xxxxxxxx"};
static char *password[] = {"xxxxxxxx","xxxxxxxx"};
int  wifi_cnt = 2;
static time_t t = 0;

RTC_PCF8523 rtc;
char daysOfTheWeek[7][12] = {"Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thr", "Fri", "Sat"};

void get_ntp(int num) {

	int cnt = 0;

	WiFi.begin(ssid[num], password[num]);
	while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
		if ((++cnt)==20) return;
		delay(500);
	}

	configTime(TIMEZONE_JST, DAYLIGHTOFFSET_JST, ntp_server1, ntp_server2);

	for (cnt=0;cnt<10;++cnt) {
		t = time(NULL);
		if (t>TIMEZONE_JST) break;
		delay(500);
	}
	WiFi.disconnect();
}

void setup () {

	Serial1.begin(115200);

	if (! rtc.begin()) {
		Serial1.println("Couldn't find RTC");
		Serial1.flush();
		while (1) delay(10);
	}

	for (int i=0;i<wifi_cnt;++i) {
		get_ntp(i);
		if (t>TIMEZONE_JST) {
			struct tm* tm = localtime(&t);
			rtc.adjust(DateTime(tm->tm_year+1900, tm->tm_mon+1, tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec));
			break;
		}
	}

	rtc.start();
}

void loop () {

	DateTime now = rtc.now();
	Serial1.printf("%04d/%02d/%02d(%s)%02d:%02d:%02d\n",
		now.year(),
		now.month(),
		now.day(),
		daysOfTheWeek[now.dayOfTheWeek()],
		now.hour(),
		now.minute(),
		now.second());

	delay(3000);
}
static char *ssid[] = {"xxxxxxxx","xxxxxxxx"};
static char *password[] = {"xxxxxxxx","xxxxxxxx"};
配列 ssid[],password[] の1番目に自宅のブロードバンドルータのSSIDとパスワード、 2番目にAndroidスマホのアクセスポイントのSSIDとパスワードを設定しています。

ビルドに必要なライブラリに関しては、設定ファイル(platform.ini)の lib_deps = に指定してもよいのですが、GitHubからライブラリをダウンロード、展開して、必要なファイルをソースと同じディレクトリに置いてビルドしています。
adafruit/Adafruit_BusIO
adafruit/RTClib
・Adafruit_I2CDevice.cpp
・Adafruit_I2CDevice.h
・RTC_PCF8523.cpp
・RTClib.cpp
・RTClib.cpp

$ pio run -t upload
$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200 2022/10/04(Tue)12:28:55
2022/10/04(Tue)12:28:58
2022/10/04(Tue)12:29:01
2022/10/04(Tue)12:29:04
2022/10/04(Tue)12:29:07
2022/10/04(Tue)12:29:10
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2023.05.15 アナログ風ゲージ
2023.06.01 ADS1115デジタル電圧計
2023.10.01 立体視(ステレオグラム)


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