初期設定

リセット直後の BME280 は圧力・温度・湿度すべての測定がスキップかつスリープモードになっているので、まず測定開始するように設定する必要がある。いくつかモードがあるが、とりあえず NORMAL モードにして定期的に値を更新するようにしとけば良い。

なお用途に応じて最適と思われる設定がデータシートで示されているので、それに従えば良い。

FORCED モード (ワンショットモード) で測定する場合、9. Appendix B: Measurement time and current calculation を参照して tmeasure を求める必要がある。FORCED モードは MODE に書きこむと測定が始まり、終わると SLEEP モードになるという挙動をする。

Raspberry Piで動作確認する場合

ググるとほかにも実装が出てくるが、まずはリファレンス実装で試すのが筋。

https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver

メーカーがリファレンス実装をつくってる。

$ git clone git@github.com:BoschSensortec/BME280_driver.git
$ cd BME280_driver
$ gcc -DBME280_FLOAT_ENABLE -I. -o foo examples/linux_userspace.c bme280.c
$ ./foo /dev/i2c-1 
Temperature, Pressure, Humidity
temp 31.10, p 100605.10, hum 48.97
temp 31.10, p 100605.08, hum 49.01
temp 31.11, p 100605.11, hum 48.97
temp 31.12, p 100605.34, hum 48.98
temp 31.13, p 100605.46, hum 49.02

Rubyでの実装

https://github.com/cho45/ruby-i2c-devices/blob/master/lib/i2c/device/bme280.rb

に書いた。calibration データの扱いに地味にハマってなかなかうまくいかなかった。

CPU温度などを連続でみる

sudo /usr/local/sbin/rock64_diagnostics.sh -m

便利ツールが最初からある。

そこそこ大きめのヒートシンクをつけてもCPUにフルロードかけると78℃近くまでいく。たぶんヒートシンク必須。だけどCPUクロックに制限かかるまではいかない。というかクロック制限はあるのだろうか？

ちなみにアイドル時にはクロックダウンする。

IR Reciever

GPIO2_A2/IR_RX/POWERSTATE2_u M21 に IR Receiver が繋っているが使いかたがよくわからない。RK3328 自体で NEC フォーマットの IR コマンドをサポートしているみたいだが Linux から利用するドライバがよくわからない。

まぁ GPIO 機能もあるので、こっちで読み出しをしてみることにしてみた。

GPIO2_A2 (2_A2 の部分を変換して pin 番号を求める) は 2 * 32 + ("A".charCodeAt(0)-65) * 8 + 2 = 66

root@rock64:/home/rock64# echo 66 > /sys/class/gpio/export

試しに IRKit に使えるフォーマットで受信データを表示するようにしてみた。IRKit は 2MHz sample のカウント数で表示されるので変換している。

//#!/usr/bin/env go run
package main

import (
	"fmt"
	"time"

	"github.com/brian-armstrong/gpio"
)

type Event struct {
	th int64
	tl int64
}

func main() {
	watcher := gpio.NewWatcher()
	watcher.AddPin(66)
	defer watcher.Close()

	events := make(chan *Event)

	go func() {
		prev := time.Now()
		var th int64 = 0
		var tl int64 = 0
		for {
			now := time.Now()
			delta := now.Sub(prev).Nanoseconds()
			prev = now
			_, value := watcher.Watch()
			switch value {
			case 1:
				tl = delta
				events <- &Event{th, tl}
			case 0:
				th = delta
			default:
			}
		}
	}()

	for {
		e := <-events
		fmt.Printf("%d %d\n", e.th/5.0e2, e.tl/5.0e2)
	}
}

IR 受信にはsys/gpio だと速度がちょっと足りないですね。

ref

• https://www.reddit.com/r/pine64/comments/7z608d/gpio_and_armbian_on_pine64/
• http://synfare.com/599N105E/hwdocs/rock64/index.html

mbed USBSerial の構成

• https://os.mbed.com/users/mbed_official/code/USBDevice/file/53949e6131f6/USBSerial/USBCDC.cpp/

以下のような interface になっている。

CDC class (interface count = 2)
interface 0  (endpoint count = 1)
  CDC Header Functional Descriptor
  Call Management Functional Descriptor
  Abstract Control Management Functional Descriptor
  Union Functional Descriptor
  Endpoint Descriptor
    INTERRUPT IN (interval = 16)
interface 1 (endpoint count = 2)
  Endpoint Descriptor
    BULK IN (endpoint num = 2)
  Endpoint Descriptor
    BULK OUT  (endpoint num = 2)

mbed側の実装

シリアル通信まわりだけだと以下のようになる

#include "mbed.h"
#include "CircBuffer.h"
#include "stdint.h"
#include "USBCDC.h"

class MyUSBSerial: public USBCDC {
	private:
		Callback<void()> rx;
		CircBuffer<uint8_t,128> buf;

	public:
		MyUSBSerial(uint16_t vendor_id = 0x1f00, uint16_t product_id = 0x2012, uint16_t product_release = 0x0001, bool connect_blocking = true):
			USBCDC(vendor_id, product_id, product_release, connect_blocking){
			};

		bool writeBlock(void* b, uint16_t size) {
			uint8_t* buf = reinterpret_cast<uint8_t*>(b);
			if (!send(buf, size)) {
				return false;
			}
			return true;
		}

		uint8_t available() {
			return buf.available();
		}

		void read(uint16_t len, uint8_t out[]) {
			while (available() < len);
			for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
				buf.dequeue(&out[i]);
			}
		}

		uint8_t read() {
			uint8_t c = 0;
			while (available() < 1);
			buf.dequeue(&c);
			return c;
		}

		bool connected() const {
			return terminal_connected;
		}


	protected:
		virtual bool EPBULK_OUT_callback() {
			uint8_t c[MAX_PACKET_SIZE_EPBULK+1];
			uint32_t size = 0;

			//we read the packet received and put it on the circular buffer
			readEP(c, &size);
			for (uint32_t i = 0; i < size; i++) {
				buf.queue(c[i]);
			}

			//call a potential handlenr
			if (rx)
				rx.call();

			return true;
		}

		virtual void lineCodingChanged(int baud, int bits, int parity, int stop){
			// nothing to do
		}
};

MyUSBSerial usbserial(0xf055, 0xf001);

int main(void) {
    while (1) ;
}

Web USB からの接続

こちらもシリアル通信にあたる部分だけ。

• interface index = 1
• endpoint index = 2

を指定して transferIn/transferOut をすれば良い。DTR などを設定するために controlTransferOut も使うが、ただデバイスとやりとりするだけなら特に必要はない。

以下のような感じ。

const CDC_SET_LINE_CODING        = 0x20;
const CDC_GET_LINE_CODING        = 0x21;
const CDC_SET_CONTROL_LINE_STATE = 0x22;
const CLS_DTR  = (1 << 0);
const CLS_RTS  = (1 << 1);
const INTERFACE_INDEX = 1;
const ENDPOINT_INDEX = 2;

class USBCDC {
	constructor() {
		this.onread = () => {};
	}

	async connect(filters) {
		this.device = await navigator.usb.requestDevice({
			filters: filters || [
				{ 'vendorId': 0xf055, 'productId': 0xf001 }
			]
		});
		console.log(this.device);

		const read = async () => {
			const result = await this.device.transferIn(ENDPOINT_INDEX, 64);
			this.onread(result.data.buffer, result);

			if (result.status === 'stall') {
				console.warn('Endpoint stalled. Clearing.');
				await this.device.clearHalt(1);
			}
			read();
		};

		const configuration = await this.device.open();
		if (this.device.configuration === null) {
			await this.device.selectConfiguration(1);
		}

		await this.device.claimInterface(INTERFACE_INDEX);
		await this.device.controlTransferOut({
			'requestType': 'class',
			'recipient': 'interface',
			'request': CDC_SET_CONTROL_LINE_STATE,
			'value': CLS_DTR,
			'index': INTERFACE_INDEX
		});
		read();
	}

	async write(data) {
		if (typeof data === "string") {
			// string to utf-8 arraybuffer
			const arraybuffer = await new Promise( (resolve, reject) => {
				const reader = new FileReader();
				reader.onloadend = function () {
					resolve(reader.result);
				};
				reader.readAsArrayBuffer(new Blob([data]));
			});
			console.log('write ab', arraybuffer);
			await this.device.transferOut(ENDPOINT_INDEX, arraybuffer);
		} else {
			console.log('write rr', data);
			await this.device.transferOut(ENDPOINT_INDEX, data);
		}
	}

	async close() {
		await this.device.controlTransferOut({
			'requestType': 'class',
			'recipient': 'interface',
			'request': CDC_SET_CONTROL_LINE_STATE,
			'value': 0x00, // reset DTR
			'index': INTERFACE_INDEX
		});
		await this.device.close();
	}
}

const usbcdc = new USBCDC();
btnConnect.onclick = async () => {
	usbcdc.onread = (buffer, result) => {
		console.log(result);
		console.log(String.fromCharCode.apply("", new Uint8Array(buffer)));
	};
	usbcdc.connect();
};

やってること

• prometheus の API を叩く
• 表示する

だけ。 表示部分はせっかく python の骨格があるので基本的にはそのまま python で書いてる。けど Pillow (python の画像処理ライブラリ) はそれほど高機能というわけではなくて、文字表示時に細かいオプションが一切指定できなかったりするので Ruby と Cairo とか慣れた他の方法でやったほうがよかったかも。

フォントは Noto Sans CJK の Black。Pillow が OTF をちゃんと読めてよかった。

表示はフルリフレッシュを避けるように数値部分だけを部分書き換えしている。これにより表示更新が早くなるのと、フルリフレッシュ時みたいな全体が反転するチラツキがなくなるので常時していても邪魔くさく感じにくいはず。

部分書き換え (partial update)

↑ 試している様子 (値はランダム)。起動時はフルリフレッシュしてその後は常に部分書き換え

Ben Krasnow: Fast partial refresh on 4.2" E-paper display from Waveshare / Good Display の記事を参考に LUT をコピペしたらできたが LUT が何をしてるのかさっぱりわからない。

コード

https://github.com/cho45/electronic_badge_2018/blob/partialupdate/sketch/sketch.py

lib/epd4in2.py とかにもかなり変更を入れてる。LUT まわりが↑のエントリの epd4in2.cpp からのコピペなのでライセンス的に微妙。

What is LUT?

Look-up Table。EPD 書き換えのときに、各フェーズでどのようにしてピクセルに電圧をかけるかを決めると思われる。

    lut_wb = [
        0x80, 0x17, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02,
        0x90, 0x17, 0x17, 0x00, 0x00, 0x02,
        0x80, 0x0A, 0x01, 0x00, 0x00, 0x01,
        0x50, 0x0E, 0x0E, 0x00, 0x00, 0x02,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
    ]

LUT_WB
lv: VDL GND GND GND
fr:  23   0   0   0 repeat: 2
lv: VDL VDH GND GND
fr:  23  23   0   0 repeat: 2
lv: VDL GND GND GND
fr:  10   1   0   0 repeat: 1
lv: VDH VDH GND GND
fr:  14  14   0   0 repeat: 2
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0

VCOM
lv: GND GND GND GND
fr:  23   0   0   0 repeat: 2
lv: GND GND GND GND
fr:  23  23   0   0 repeat: 2
lv: GND GND GND GND
fr:  10   1   0   0 repeat: 1
lv: GND GND GND GND
fr:  14  14   0   0 repeat: 2
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0
lv: GND GND GND GND
fr:   0   0   0   0 repeat: 0

DTM1 DTM2

B/W (白黒) モードの場合、DTM1 は "OLD" data を SRAM に転送する。DTM2 は "NEW" data を SRAM に転送する。

よくわからない。どっちも転送しておかないと、電圧かけたときに古いデータがでてきたりして謎。

What is OTP?

仕様書のところどころで出てくる OTP って何？という話。

One Time Programming 1度だけ書きこみ可能なこと。E-paper の場合 LUT を OTP して固定することができる、ということらしい。とりあえず無視して良い。

udev gpio rule

Nano Pi Neo 2 の提供 OS イメージだと /sys/gpio が root 保有になっており、gpio の操作に特権が必要になっている。これを Raspbian と同様に gpio group をつくり、グループに対してパーミッションを与えるようにする。

グループを追加する。

sudo groupadd gpio
sudo usermod -aG gpio pi

udev のルールを追加し、gpio に変更があった場合、所有権と権限を設定しなおすようにする。

$ sudo vim /etc/udev/rules.d/80-gpio.rules
SUBSYSTEM=="gpio", PROGRAM="/bin/sh -c '/bin/chown -R root:gpio /sys/devices/platform/soc/*pinctrl/gpio*'"
SUBSYSTEM=="gpio", PROGRAM="/bin/sh -c '/bin/chmod -R ug+rw /sys/devices/platform/soc/*pinctrl/gpio*'"
SUBSYSTEM=="gpio", PROGRAM="/bin/sh -c '/bin/chown -R root:gpio /sys/class/gpio'"
SUBSYSTEM=="gpio", PROGRAM="/bin/sh -c '/bin/chmod -R ug+rw /sys/class/gpio'"

sudo udevadm control --reload-rules

test をやると rule の実行状態がわかる。結果が成功したかどうかとかもこれでわかる。

sudo udevadm test --action=change /sys/devices/platform/soc/1c20800.pinctrl/gpiochip1/gpio/gpio0

trigger でもルール適用できるがあまり詳細なことはわからない。

sudo udevadm trigger --verbose --subsystem-match=gpio

NanoHat OLED (ソフトウェア側)

レポジトリは https://github.com/friendlyarm/NanoHatOLED OLED 自体は I2C 経由、スイッチは GPIO に接続されている。当然だが NanoHatOLED に付属の python スクリプトを用いなくとも OLED やボタンを自力でハンドリングすることは可能 (後述)

/etc/rc.local から /usr/local/bin/oled-start が起動される。

/usr/local/bin/oled-start は /root/NanoHatOLED に cd して ./NanoHatOLED を起動してる。

./NanoHatOLED はバイナリだが、やってることはスイッチの GPIO を監視して、子プロセスに対しそれぞれ gpio0=SIGUSR1 gpio2=SIGUSR2 gpio3=SIGALRM を発生させているだけ。正直なんで C でやってるのかよくわからない。

./NanoHatOLED は /root/NanoHatOLED/BakeBit/Software/Python && python bakebit_nanohat_oled.py を起動している。

NanoHat OLED (ハードウェア側)

I2C 接続。アドレスは 0x3c (0b0111100)。128x64 OLED コントローラは SSD1306 (互換)

datasheet http://wiki.friendlyarm.com/wiki/images/a/af/096-30-SPEC_QG-2864KLBEG01_VER_C.pdf https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/SSD1306.pdf

I2C のコネクタは 2.0mm ピッチ。Grove システムのやつと一緒っぽい。http://wiki.seeedstudio.com/Grove_System/ http://akizukidenshi.com/catalog/g/gC-12634/ PHコネクター？ かと思ったが違う。PH コネクタはピッチは同じだが挿すことができない。

シリアルは 2.54mm ピッチ。ちゃんと調べてない。

NanoHat OLED を node.js で直接さわる

• https://github.com/cho45/nanohat-oled-nodejs

そこそこいい感じに書けた。

GPIO のボタンは Node.js の fs モジュールだけで GPIO の割込みを扱うには？ | tech - 氾濫原 に書いた通りの方法で扱っている。EventEmitter の API にしてある。

OLED に対応する canvas (node-canvas) オブジェクトを保持し、更新があったかどうかを確認しつつ一定周期で再描画するような設計にした。これにより普通にブラウザでJSを書くのと同じようなモデルでコードを書くことができる。

蛍光させてみる

パスポート

桜のマークを視認する場合 365nm ぐらいで発光するとよくわかる。可視光が少ない紫外線でないと蛍光がわかりにくい。パスポートの場合、顔写真ページには顔写真そのものが蛍光印刷されていておもしろい。

千円札

印章はとてもわかりやすく蛍光する。裏側の印章は蛍光しない。「千円」の漢数字のところは非常にわかりにくいが蛍光している。またお札全体に帯がついていてこれも薄く蛍光している。蛍光インクは透明だがすこしテカテカしているので、実は蛍光しなくても光を反射させると普通にわかってしまう。

UVレジンの硬化時間

一瞬(0.5秒ぐらい)で流動性は完全になくなるが表面がべとつく。約3分程度で表面が完全硬化する感じ (ベトツキがなくなる)。

パワーLEDだと1灯でも照らす範囲が広いので、適当なリフレクタ ( 3Dプリントしたものにアルミ箔を貼ったもの) をつけるとなかなかフラットに照射できる。

UV計

UV計にも感度スペクトルがあるので、相対的な強さしかわからないが、OptSupply OSV1YL5111A (放射束が2〜4mW(@20mA)) と比べるとほぼ同じ距離で10倍程度違う。

なお太陽光の快晴時地表 UV 強度は 60W/m2 = 6,000μW/cm2 らしい。パワー UV LED 1灯でも今回測定した距離では2倍ほどの紫外線照度がある。

少し離して2灯でこんな感じ。これ以上近付けると測定器の計測限界を超えるみたい。

ちなみにこのUV計は国内ではマザーツールが扱っているがLutron のSP-82UVみたい。Lutron の校正証書みたいのがついてくる。

ref.

• http://www.everlight.com/file/ProductFile/3535_UVA_50_1.8.pdf
• https://www.aliexpress.com/item/10pcs-3W-365nm-380nm-395nm-420nm-UV-Ultraviolet-3535-Everlight-Eluma-High-Power-LED-Light-Emitter/32823026787.html