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Internet Radio - Preset
2023.11.16

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。


前回はRaspberry Pi Model B を用いてインターネット・ラジオを視聴する環境を整えました。 今回はM5Stack用キーボードとItsyBitsy32u4を使って、インターネット・ラジオ局のプリセット機能を追加します。


例えばこのCardキーボードで「1」を押すと、コンソールに
mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3
のように入力されます。

ここでは、各キーに下記のコマンドを割り当てています。
インターネット・ラジオ関連
1: mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3
2: mplayer http://stream.live.vc.bbcmedia.co.uk/bbc_world_service
3: mplayer http://sk.cri.cn/am1008.m3u8
4: mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFM-M-Movies
d: / (decrease volume)
i: * (increase volume)
q: q (stop playing)
MP3データ再生関連
m: sudo mount /dev/sda1 /mnt/target/; cd /mnt/target/
f: > (forward in playing list)
b: < (backward in playing list)
p: p (pause)
u: sudo umount /mnt/target
システム関連
,: [username] (login)
.: [password] (login)
c: [Ctrl] + c
s: sudo shutdown now

●構成図

テスト環境は以下の通りです。
・UNIT CardKB (ATmaga328P ※V1.1ではATmega8Aに変更されています)
・Adafruit ItsyBitsy32u4(Leonardo, Pro Microなど)
・Raspberry Pi Model B

●UNIT CardKB
M5Stack用カード型キーボード UNIT CardKB は、M5Stackにフル機能のQWERTY(クワーティ)配列キーボードを実装できるユニットです。 QWERTY配列は、デファクトスタンダードなキー配列です。 CardKBでは、複数のボタンの組み合わせ(Sym + Key、Shift + Key、Fn + Key)で豊富なキーの値を出力することが可能です。 Grove Aポート(I2Cインタフェース)経由でM5Coreと通信します。アドレスは0x5Fに設定されています。

このキーボードの特徴は、普通のキーボードのようにファンクションキーやシフトキーを押しながら、別のキーを押すことはしません。
ファンクションキーなどを押して、LEDが点滅している間に、別のキーを押すといった感じで、片手操作が可能です。


●Adafruit ItsyBitsy 32u4 3V@8MHz
Arduino LeonardoはPCなどとUSB接続したとき,自身をHID(ヒューマン・インターフェイス・デバイス/入出力装置)として認識させる機能が標準で備わっています。 CardKBをI2C接続でLeonardoを介することで、キーボードとして利用することが可能になります。
HID機能はArduinoの中でもATmega32u4マイコンを搭載したLeonardoやMicro,ProMicro,他にDue,Zeroなど限られたボードで動作します。

・ATmega32u4 onboad chip in QFN package
・3.3V power and logic, 8 MHz clock rate, 2KB RAM and 28K FLASH
・Can act as a USB HID Keyboard, Mouse, MIDI or plain USB 'CDC' serial device (default)
・On-board red pin #13 LED
・23 GPIO total - 6 analog in, 1x SPI port, 1x I2C port, 1x Hardware Serial port and 10 more GPIO, 4 of which have PWM
・Special Vhigh output pin gives you the higher voltage from VBAT or VUSB, for driving NeoPixels, servos, and other high-current devices. Digital 5 level-shifted output for high-voltage logic level output.

Pinouts


●3V Power Pins
3V - this is the regulated output from the onboard regulator. You can draw 500mA whether powered by USB or battery.
Vhi - this is a special pin! It is a dual-Schottkey-diode connected output from BAT and USB. This means this will always have the higher-of-the-two voltages, but will always have power output. The voltage will about 5VDC when powered by USB, but can range from 3.5-6VDC when powered from battery. It's not regulated, but it is high-current, great for driving servos and NeoPixels.
EN - connected to the regulator enable, it will let you shut off power - when running on battery only. But at least you don't have to cut a trace or wire to your battery. This pin does not affect power when using USB
G - these are all Ground pins

●Logic pins
All logic is 3.3V on the 3V Itsy, and 5V on the 5V Itsy. You can usually use 3V logic as an input to 5V, but the 3V Itsy pins should not be connected to 5V!
Along the right edge
#0 / RX - GPIO #0, also receive (input) pin for Serial1 and Interrupt #2
#1 / TX - GPIO #1, also transmit (output) pin for Serial1 and Interrupt #3
#2 / SDA - GPIO #2, also the I2C (Wire) data pin. There's no pull up on this pin by default so when using with I2C, you may need a 2.2K-10K pullup. Also Interrupt #1
#3 / SCL - GPIO #3, also the I2C (Wire) clock pin. There's no pull up on this pin by default so when using with I2C, you may need a 2.2K-10K pullup. Can also do PWM output and act as Interrupt #0.
#5 - GPIO #5, can also do PWM output. On the 3.3V ItsyBitsy this is a special OUTPUT-only pin, that is level-shifted up to Vhi voltage, so its perfect for driving NeoPixels that want a ~5V logic level input.
#7 - GPIO #7. Also hardware Interrupt #4
#9 - GPIO #9, also analog input A9 and can do PWM output.
#10 - GPIO #10, also analog input A10 and can do PWM output.
#11 - GPIO #11, can do PWM output.
#12 - GPIO #12, also analog input A11
#13 - GPIO #13, can do PWM output and is connected to the red LED next to the Reset button
Along the left edge
A0 thru A5 - These are each analog input as well as digital I/O pins.
SCK/MOSI/MISO - These are the hardware SPI pins, you can use them as everyday GPIO pins #15/#16/#14 but recommend keeping them free as they are best used for hardware SPI connections for high speed. Also used to reprogram the chip with an AVR programmer if you need.
Along the short edge:
#4 - GPIO #4, also analog input A6
#6 - GPIO #6, can also do PWM output and analog input A7
#8 - GPIO #8, also analog input A8
●Other Pins!
RST - this is the Reset pin, tie to ground to manually reset the AVR, as well as launch the bootloader manually
ARef - the analog reference pin. Normally the reference voltage is the same as the chip logic voltage (3.3V or 5V) but if you need an alternative analog reference, connect it to this pin and select the external AREF in your firmware. Don't set it higher than the logic level of the Itsy!

Itsy Bitsy 32u4 3V@8MHz と 5V@16MHz では若干ピン配置が異なります。 3V@8MHz:VMAX,GND ←→ 5V@16MHz:GND.3.3V と電源周りが逆転しているので危険です。

ATmega32u4 (Leonardo, ProMicro)にはシリアル通信専用のマイコンが搭載されておらず、 シリアルポートはパソコンとマイコン上のソフトウェアにより、仮想的に実現されています。 ブートローダが動いているときには、USBのCommunications Device Class (CDC)ドライバのインスタンスを生成しています。 Arduino Unoとは異なり、ATmega32u4搭載マイコンはパソコンでシリアルポートを開いてもスケッチをリスタートしません。
ATmega32u4マイコンでは、SerialクラスはUSBによるパソコンとマイコン間の仮想シリアルドライバを指します。これはArduino Unoといった従来のArduinoマイコンボードとは異なり、0番ピンおよび1番ピンとは繋がっていません。ハードウェアシリアルポート(0番ピンおよび1番ピン、RXおよびTX)を使用するには、Serial1クラスを使います。
Arduino Leonardoへのガイド

補足*ItsyBitsy 32u4 修復
フューズビットが破損して、プログラムをアップロードできなくなったときの忘備録です。
文字化けしないキーボード / ItsyBitsy 32u4 修復

●Adafruit ItsyBitsy32U4 動作確認
開発環境に、PlatformIOを用います。
詳細は、→ Arduino開発環境構築 PlatformIO を参考にしてください。

$ platformio device list
/dev/ttyACM0
------------
Hardware ID: USB VID:PID=239A:000E SER=HIDBE LOCATION=1-1.2:1.0
Description: ItsyBitsy 32u4 3V 8MHz

/dev/ttyAMA0
------------
Hardware ID: 3f201000.serial
Description: ttyAMA0
$ platformio boards "itsybitsy"
Platform: atmelavr
==========================================================================
ID               MCU        Freq  Flash RAM    Name
---------------- ---------- ----- ----- ------ ---------------------------
itsybitsy32u4_3V ATMEGA32U4 8MHz  28KB  2.50KB Adafruit ItsyBitsy 3V/8MHz
itsybitsy32u4_5V ATMEGA32U4 16MHz 28KB  2.50KB Adafruit ItsyBitsy 5V/16MHz
プロジェクトの作成
$ mkdir -p ~/ItsyBitsy32u4/InternetRadio
$ cd ~/ItsyBitsy32u4/InternetRadio
$ platformio init -b itsybitsy32u4_3V

動作確認 - L チカ・プログラム
$ vi src/led.ino

#define BUILTIN_LED 13

void setup() {
	pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT);
}

void loop() {
	digitalWrite(BUILTIN_LED, HIGH);
	delay(2000);
	digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
	delay(1000);
}
$ platformio run -t upload



●配線
 CardKB  -  ItsyBitsy  -  Raspberry Pi 
SCL  -  #3:SCL      
SDA  -  #2:SDA      
VCC  -  3.3V       
GND  -  GND       
     #1:TX  -  #10:RX(デバッグ用) 
     #0:RX  -  #8:TX(デバッグ用) 
     USB  -  USB 

CardKB 添付のGroveケーブルを切断して、片側にピンヘッダーを取り付けます。
CardKB と ItsyBitsy をI2C接続します。

ビルドには開発環境を整備済みのRaspberry Pi 3 model A を使いました。

●キーボード入力の検出
まずは、キーボードからの入力を検出してみます。
アスキー文字コードの範囲外のキー情報は16進で表示しています。
$ vi detectKey.ino

#include <Wire.h>

#define CARDKB_ADDR 0x5F

void setup()
{
 Serial1.begin(115200);
 Wire.begin();
}

void loop()
{
 Wire.requestFrom(CARDKB_ADDR, 1);
 while(Wire.available()) {
  int key = Wire.read();
  if (key != 0) {
   if ((key>=0x20)&&(key<0x7F)) {
    Serial1.print("0x");
    Serial1.print(key, HEX);
    Serial1.print(":");
    Serial1.println((char)key);
   } else {
    Serial1.print("0x");
    Serial1.println(key, HEX);
   }
  }
 }
}
platformIO のデバイスモニターで確認してみます。
$ platformio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200

CardKB の [A]を押すと、a と表示され、ファンクションキー[fn]を押した後に[A]を押すと、16進表記で 9A と表示されます。
ボタンの組合せによるコード情報は下記を参照してください。
→ Ref.CardKB ドキュメント

●インタネット・ラジオの選局に活用する
CardKBの各ボタンにコマンドを対応させます。ファンクション[fn]、シンボル[Sym]、シフト[↑]キーを合わせると50個以上の設定が可能です。
初めに記述したキー割り当て機能は、[fn]→[SPACE]で解除され、普通にキーボードとして使用できるようにしています。 再度、[fn]→[SPACE]を押すことで、ショートカット機能が再開されます。

emulateKeyboard.ino コーディング例
#include <Wire.h>
#include <Keyboard.h>

#define CARDKB_ADDR 0x5F

boolean emulate = true;

void setup()
{
	Serial1.begin(115200);
	Wire.begin();
	Keyboard.begin();
}

void writeln(char *cmd) {
	while (*cmd) {
		Keyboard.write(*cmd);
		cmd++;
	}
}

void loop()
{
	Wire.requestFrom(CARDKB_ADDR, 1);
	while(Wire.available()) {
		byte key = Wire.read();
		if (key != 0) {
			if (key==0xAF) { // [fn]+[SPACE]
				if (emulate) {
					Serial1.println("stop keyboard emulating");
					Keyboard.end();
					emulate = false;
				} else {
					Serial1.println("start keyboard emulating");
					Keyboard.begin();
					emulate = true;
				}
			} else {
				if (emulate) {
					switch(key) {
						case 0x31: // 1 - (ILR) Classic FM
							writeln("mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3\n"); break;
						case 0x32: // 2 - BBC World Service
							writeln("mplayer http://stream.live.vc.bbcmedia.co.uk/bbc_world_service\n"); break;
						case 0x33: // 3 - CRI (1008 kHz English)
							writeln("mplayer http://sk.cri.cn/am1008.m3u8\n"); break;
						case 0x34: // 4 - (ILR) Classic FM at the Movies
							writeln("mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFM-M-Movies\n"); break;
						case 0x66: // f: forward in playing list
							Keyboard.write(0x3e); break; // >
						case 0x62: // b: backward in playing list
							Keyboard.write(0x3c); break; // <
						case 0x64: // d: decrease volume
							Keyboard.write(0x2f); break; // /
						case 0x69: // i: increase volume
							Keyboard.write(0x2a); break; // *
						case 0x70: // p: pause
							Keyboard.write(key); break;
						case 0x71: // q: stop playing
							Keyboard.write(key); break;
						case 0x6d: // m
							writeln("sudo mount /dev/sda1 /mnt/target/; cd /mnt/target/\n"); break;
						case 0x75: // u
							writeln("sudo umount /mnt/target\n"); break;
						case 0x2c: // , - login user
							writeln("pi\n"); break;
						case 0x2e: // . - login passwd
							writeln("[password]\n"); break;
						case 0x63: // c
							Keyboard.write(0x03); break; // Ctrl + c
						case 0x73: // s
							writeln("sudo shutdown now\n"); break;
						default:
							break;
					}
				} else {
					Keyboard.write(key);
				}
			}
		}
	}
	delay(10);
}

$ pio run
********************************************************
* Looking for Keyboard.h dependency? Check our library registry!
*
* CLI > platformio lib search "header:Keyboard.h"
* Web > https://platformio.org/lib/search?query=header:Keyboard.h
*
********************************************************

$ pio pkg search "header:Keyboard.h"
arduino-libraries/Keyboard
Library ~ 1.0.4 ~ Published on Thu May 5 12:36:32 2022
Allows an Arduino board with USB capabilities to act as a Keyboard. This library plugs on the HID library. It can be used with or without other HID-based libraries (Mouse, Gamepad etc)

ライブラリーを追加します。
$ vi platformio.ini
lib_deps =
  arduino-libraries/Keyboard

$ pio run -t upload

●動作確認
ビルドに使用したラズベリーパイはデスクトップ版のbusterで、ssh接続により、TeraTermを用いて操作していました。 プログラムを動作確認する際には、ラズベリーパイにVNC接続した状態で、LXターミナルにフォーカスを当てます。

CardKBで「1」を押すとラズベリーパイに、
mplayer http://media-ice.musicradio.com/ClassicFMMP3
が入力され、インターネット・ラジオの視聴が開始されます。

●本番環境での利用
前回、紹介したインターネット・ラジオに用いたRaspberry Pi Model B はコンソール版busterですので、 ItsyBitsyをUSB接続することで簡単に使用することができます。


Raspberry Pi 起動直後はloginプロンプトの状態にあるので、「,」ボタンを押して、ユーザ名「pi」を自動入力させます。
次に、passwordを促されるので、「.」ボタンを押して、設定したパスワードを入力させます。
また、「s」ボタンを押すことで、Raspberry Pi Model B に
sudo shutdown now
が入力され、シャットダウンが実施されます。

●補足:Keyboard.print()
Keyboardライブラリーはprint()およびprintln()関数をサポートしています。
→ Ref. Arduino Keyboard
しかし、Keyboard.print() を使うと、一部のアスキーコードが別のコードに置換されてしまいます。

Keyboard ライブラリー は以下のような場所に配置されています。
$ sudo find / -name Keyboard.h -print
/home/pi/leonardo/M5Stack/.pio/libdeps/leonardo/Keyboard_ID891/src/Keyboard.h
....
$ vi /home/pi/leonardo/M5Stack/.pio/libdeps/leonardo/Keyboard_ID891/src/Keyboard.cpp
.... 同じディレクトリにある、Keyboard.cpp をみても print()関数の記述がないので、どこかで別のソースコード内でオーバーライドされているようです。
write()関数は1バイト送信なので、print()と同様に文字列を扱えるように、emulateKeyboard.ino に独自に関数を追加します。

●その他の活用法
Androidスマホなど、その他のデバイスのキーボードとしても使えます。

【参考文献】
M5Stack用カード型キーボードユニット [U035] スイッチサイエンス
Arduino Leonardo(Pro Micro)のHID(キーボード)機能を使う(ショートカットキー実行,コマンド実行)
 Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
2020.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
2021.02.27 TweLite Neural Network 第1回環境設定
2021.07.24 形態素解析 TreeTagger
2023.09.01 XMLParser
2023.09.16 RSSフィード読上げ Emic2
2023.11.01 Internet Radio
2023.11.16 Internet Radio - Preset
2024.09.24 Learn English


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