04 Gyro擴展板+MicroPython

(2022/08/03)

前陣子一樣從宇宙機器人取得Mason所設計的【Gyro擴展板】，這板子支援的開發板有NodeMCU-32S及ESP32-CAM，由於我已經利用其他擴展板玩過NodeMCU-32S，再加上市面上比較少見ESP32-CAM的擴展板，因此這次聚焦在ESP32-CAM的使用！這次測試的另一個重點是利用MicroPython來寫程式，也藉此來學習MicroPython，由於Gyro擴展板的官網資料非常充實，最後成功的完成利用手機APP控制ESP32-CAM小車，入門資料如下，供參

一、ESP32-CAM與Gyro擴展板的結合

認識ESP32-CAM
- 腳位圖
  - GPIO0 ：燒錄用
  - GPIO1：U0TX
  - GPIO3：U0RX
  - GPIO4：閃光燈共用
- 剛好看到Gyro擴展板有支援ESP32-CAM，所以就用兩者的結合來學習MicroPython

認識Gyro擴展板
- Gyro擴展板官網：
  - https://sites.google.com/view/esp-gyro/%E9%A6%96%E9%A0%81
  - https://sites.google.com/view/esp-gyro/esp32cam
- 支援兩款 ESP32 開發板
  - ESP32 nodemcu-32s
  - ESP32CAM
- 官網的資料非常多，如這次想學的MicroPython
  - https://sites.google.com/view/esp-gyro/mpython-%E7%AF%84%E4%BE%8B

一、安裝Thonny

Thonny官網：https://thonny.org/
下載3.3.13版：
- https://github.com/thonny/thonny/releases/download/v3.3.13/thonny-3.3.13.exe
- 直接下載安裝版，也有ZIP檔
- 也有4.0.03b版

二、下載ESP32的韌體

下載網址：https://micropython.org/download/esp32/
下載 v1.19.1 (2022-06-18) .bin (目前最新的版本) https://micropython.org/resources/firmware/esp32-20220618-v1.19.1.bin

三、開啟Thonny及燒錄ESP32的韌體到ESP32-CAM

將電腦與ESP32-CAM+Gyro擴展板連接(透過USB TO TTL，如下圖)，韌體燒錄時，記得要將IO0與GND連接(如下圖的【黃線】)(或是按下方中間偏右方的按鍵(IO0)也可以，我沒試過，這是後來才發現的)

開啟Thonny
- 點擊工具/選項
- 點擊【直譯器】
- 選擇【MicroPython(ESP32)】
- 選擇正確的【連接埠】
- 點擊【安裝或更新韌體】

以下幾塊開發版均可用同樣方法來燒錄韌體！
- NodeMCU-32S
- Web:Bit
- PocketCard

測試一：按鍵點燈

LED燈一閃一滅 (1秒)
- 說明：ESP32-CAM有內建閃光燈，其腳位為GPIO4，亮度很強
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin #使用外部模組功能的動作叫做匯入 (import)，匯入的有類別或函式，這邊是匯入Pin類別
  2. import time #from time import sleep ，後面sleep(1)
  3. led = Pin(4 , Pin.OUT) #建立Pin物件，名稱叫led ，內建閃光燈
  5. while True:
  6. led.value(1) # 也可使用led.on()
  7. time.sleep(1) #等待1秒，也可用 time.sleep_ms(1000)
  8. led.value(0) # 也可使用led.off()
  9. time.sleep(1)
按擴展板的按鍵，點亮內建的閃光燈
- 擴展板按鍵腳位說明：
  1. SW1：GPIO0 (位於下方中間偏右)
  2. SW2：GPIO12(位於左下方)，要使用上拉電阻
  3. SW3：ESP32-CAM不能用(位於右下方)
  4. SW4：GPIO13 (位於下方中間偏左)，要使用上拉電阻
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin
  2. led = Pin(4, Pin.OUT)
  3. button = Pin(0, Pin.IN) #SW1
  4. led.on() #led.value(1) 也可以
  5. while True:
  6. if button.value() == 0:
  7. led.on()
  8. else:
  9. led.off()
按右鍵(SW1)點燈、按左鍵(SW4)關燈
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin
  2. led = Pin(4, Pin.OUT)
  3. buttonA = Pin(0, Pin.IN) #右鍵(SW1)
  4. buttonB = Pin(13, Pin.IN, Pin.PULL_UP) #左鍵 (SW4)
  5. while True:
  6. if buttonA.value() == 0:
  7. led.on()
  8. elif buttonB.value() == 0:
  9. led.off()

- 如果按鍵不是採用【模組】，而是只有2支腳(一支接GND)時，設定【上拉電阻】如下：button = Pin(13, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
- 將檔案儲存在【MicroPython設備】(ESP32上)，並將檔名存成main.py，就可離線執行

測試二：OLED顯示

下載ssd1306 OLED驅動模組
- 網址：https://github.com/micropython/micropython/blob/master/drivers/display/ssd1306.py
- 複製程式碼到Thonny下，並另存到ESP32的設備上 (如下圖說明)

在LED上顯示Hello World
- 簡單程式如下：
  - from machine import Pin, SoftI2C #匯入Pin及I2C模組
  - import ssd1306 #匯入ssd1306模組
  - i2c = SoftI2C( scl=Pin(1), sda=Pin(3), freq=400000) #建立SoftI2C類別物件
  - width = 128
  - height = 64
  - display = ssd1306.SSD1306_I2C(width, height,i2c) #建OLED物件
  - display.text('Hello World',0 ,0) #ssd1306函式
  - display.show() #顯示螢幕

Gyro擴展板官網提供了很多常用元件的外部模組(module)供下載
- 下載網址：https://drive.google.com/drive/folders/1vcqCDC7hxVru0UnvaESC7T9IQsltu_Fw
  - 下載module.zip
  - 解壓如下：
    - 要使用這些模組前都要先把這些檔案複製(或存檔)到MicroPython設備上去！！！

前個範例OLED顯示模組為ssd1306.py，這邊也可以採用OLED.py這個模組
- 以下程式取自Gyro官網
  1. import OLED
  2. oled = OLED.SSD1306_I2C(128, 64)
  3. oled.rotate_s(0)
  4. oled.text('Hello!', 0, 0)
  5. oled.show()
- 使用OLED.py模組前記得要把裡面I2C腳位改成SP32-CAM的腳位
  1. 要修改在第112行

測試三：蜂鳴器測試

使蜂鳴器發出 1KHz 的 Bee Bee 告警聲
- 腳位說明：
  1. 蜂鳴器：GPIO2
  2. 這邊只能用【兩支腳】的蜂鳴器，不能用【三支腳】的蜂鳴器模組
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin,PWM
  2. import time
  3. def alarmBeep(pwm):
  4. pwm.init() #初始化PWM ，之前沒設這條出錯誤
  5. pwm.freq(1000) #設定頻率為 1KHz
  6. pwm.duty(512) #設定工作週期為 50%
  7. time.sleep(1) #持續時間 1 秒
  8. pwm.deinit() #停止發聲
  9. time.sleep(2) #持續時間 2 秒
  11. pwm=PWM(Pin(2))
  13. while True:
  14. alarmBeep(pwm)
- 一開始一直出現"ValueError: failed to bind timer to channel"錯誤，在函式一開始加個pwm.init()就解決了！
按SW1鍵播放全家歡迎的音樂
- 全家歡迎音樂簡譜：3 1 5(低音) 1 / 2 5~ 2 / 3 2 5(低音) 1
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin,PWM
  2. import time
  3. buttonA = Pin(0, Pin.IN) #SW1鍵
  4. buzzer = 2 #蜂鳴器
  5. pwm=PWM(Pin(buzzer))
  6. pwm.deinit() #去除一開始的雜音
  8. def family(pwm):
  9. pwm.init() #初始化PWM
  10. pwm.duty(512)
  11. pwm.freq(330)
  12. time.sleep(0.5)
  13. pwm.freq(262)
  14. time.sleep(0.5)
  15. pwm.freq(196)
  16. time.sleep(0.5)
  17. pwm.freq(262)
  18. time.sleep(0.5)
  19. pwm.freq(294)
  20. time.sleep(0.5)
  21. pwm.freq(392)
  22. time.sleep(1)
  23. pwm.freq(294)
  24. time.sleep(0.5)
  25. pwm.freq(330)
  26. time.sleep(0.5)
  27. pwm.freq(294)
  28. time.sleep(0.5)
  29. pwm.freq(196)
  30. time.sleep(0.5)
  31. pwm.freq(262)
  32. time.sleep(0.5)
  33. pwm.deinit()
  35. while True:
  36. if buttonA.value() == 0:
  37. family(pwm)

測試四：超音波測距感測器測試

顯示HC-SR04P所量測到的距離
- 腳位：
  1. TRIG：GPIO0
  2. ECHO：GPIO2
- MicroPython程式：
  1. import Ultrasonic
  2. import utime
  4. while True:
  5. distance = Ultrasonic.read(0, 2)
  6. print("偵測距離: " + str(distance) + " 公分")
  7. utime.sleep_ms(250)
- Ultrasonic.py：(取自Gyro官網)
  1. from machine import Pin
  2. from machine import time_pulse_us
  3. from time import sleep_us
  5. def read(trig_pin, echo_pin):
  6. trigger = Pin(trig_pin, mode=Pin.OUT)
  7. echo = Pin(echo_pin, mode=Pin.IN)
  9. trigger.value(0)
  10. sleep_us(5)
  11. trigger.value(1)
  12. sleep_us(10)
  13. trigger.value(0)
  15. try:
  16. pulse_time = time_pulse_us(echo, 1, 1000000)
  17. d = (pulse_time / 2) / 29.1
  18. return int(d) if d < 400 else -1
  19. except OSError as ex:
  20. return -1

Mason老師解釋：會有亂碼應該是正常的，因為 esp32cam 的腳位很有限。所以當初腳位規劃試了很久，最後我把原來的 TX / RX 拿來當 i2c 用，可以換到更好的效益. 因此, 用 i2c 時 uart 可能就會出現亂碼了.

測試五：L9110S

讓車子前後左右走3秒鐘
- 腳位說明：
  1. m1 = L9110S(14, 15)
  2. m2 = L9110S(13, 12)
  3. A-1B(12)、A-1A(13)、B-1B(15)、B-1A(14)
    - car.move(1)：前進
    - car.move(2)：後退
    - car.move(3)：原地左轉
    - car.move(4)：原地右轉
    - car.stop()：停止
- MicroPython程式：
  1. from motor import L9110S,Car
  2. from time import sleep
  4. m1 = L9110S(14, 15)
  5. m2 = L9110S(13, 12)
  7. car=Car(m1,m2); car.wheel(1, 1)
  9. car.move(1) #測試時發現，這段(第一段)程式沒有反應，真奇怪，如果刪掉此，換下一段的car.move(1)沒作
  10. sleep(0.5)
  12. car.move(1)
  13. sleep(3)
  14. car.stop()
  15. sleep(1)
  17. car.move(2)
  18. sleep(3)
  19. car.stop()
  20. sleep(1)
  22. car.move(3)
  23. sleep(3)
  24. car.stop()
  25. sleep(1)
  27. car.move(4)
  28. sleep(3)
  29. car.stop()
- 由於 ESP32CAM 耗電量很大，請使用【外部電源供電】，且務必將右上角的 "jumper" 移除，讓 5V 供電由外部電源供應，避免電流不足造成當機或其它不穩等現象。否則Thonny互動環境下會出現一大堆字且>>>會出不來！

按SW1鍵車子向前、按外接按鍵車子向後
- 三支腳的外接按鍵模組接在GPIO2
- MicroPython程式：
  1. from machine import Pin
  2. from motor import L9110S,Car
  3. from time import sleep
  5. m1 = L9110S(14, 15)
  6. m2 = L9110S(13, 12)
  8. car=Car(m1,m2); car.wheel(1, 1)
  10. buttonA = Pin(0, Pin.IN) #右鍵(SW1)
  11. buttonB = Pin(2, Pin.IN) #三腳的按鍵模組
  12. while True:
  13. if buttonA.value() == 0: #按SW1鍵車子向前
  14. car.move(1)
  15. sleep(1)
  16. car.stop()
  17. elif buttonB.value() == 1: #按外接按鍵車子向後
  18. car.move(2)
  19. sleep(1)
  20. car.stop()

測試六：藍牙控制

用手機 BLE Scanner app 透過 BLE 來控制閃光燈
- 手機APP：BLE Scanner(如右圖)
- 參考資料：以下內容完全取自Gyro擴展板的官網
  1. https://sites.google.com/view/esp-gyro/mpython-%E7%AF%84%E4%BE%8B/py-%E7%AF%84%E4%BE%8B%E5%8D%81%E4%B8%83-%E7%94%A8%E6%89%8B%E6%A9%9F-ble-scanner-app-%E9%80%8F%E9%81%8E-ble-%E4%BE%86%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%85%A7%E5%BB%BA-led-%E7%87%88
- 所需程式模組：ble_uart、tools、const(先另存到MicroPython設備上)
- MicroPython程式：完全抄自官網
  1. import ubluetooth as bt
  2. from ble_uart import BLEUART
  3. from tools import BLETools
  4. from const import BLEConst
  5. from machine import Pin
  7. def rx_callback(data):
  8. print((data))
  9. if (data) == (b'on'):
  10. Pin(4, Pin.OUT).value(1) #改用閃光燈的腳位4
  11. if (data) == (b'off'):
  12. Pin(4, Pin.OUT).value(0) #改用閃光燈的腳位4
  14. ble = bt.BLE(); uart = BLEUART(ble, rx_callback,name="esp32cam_ble") #顯示名稱

- 手機端的操作

Thonny所呈現的畫面

用手機 BLE Scanner app 透過 BLE 來控制小車
- MicroPython程式：完全抄自官網
  1. import ubluetooth as bt
  2. from ble_uart import BLEUART
  3. from tools import BLETools
  4. from const import BLEConst
  5. from machine import Pin
  6. from motor import L9110S,Car
  8. m1 = L9110S(14, 15)
  9. m2 = L9110S(13, 12)
  11. car=Car(m1,m2); car.wheel(1, 1)
  13. def rx_callback(data):
  14. print((data))
  15. if (data) == (b'f'):
  16. car.move(1) #前進
  17. if (data) == (b'b'):
  18. car.move(2) #後退
  19. if (data) == (b'l'):
  20. car.move(3) #左轉
  21. if (data) == (b'r'):
  22. car.move(4) #右轉
  23. if (data) == (b's'):
  24. car.stop() #停止
  26. ble = bt.BLE(); uart = BLEUART(ble, rx_callback,name="esp32cam_car_ble")

- 測試成功

用手機V7RC app 透過 BLE 來控制小車
- 參考資料：https://sites.google.com/view/esp-gyro/mpython-%E7%AF%84%E4%BE%8B/py-%E7%AF%84%E4%BE%8B%E5%8D%81%E4%B9%9D-%E7%94%A8%E6%89%8B%E6%A9%9F-v7rc-app-%E9%80%8F%E9%81%8E-ble-%E4%BE%86%E6%8E%A7%E5%88%B6%E8%87%AA%E8%B5%B0%E8%BB%8A
- MicroPython程式：完全抄自官網
  1. from motor import L9110S,Car
  2. import ubluetooth as bt
  3. from ble_uart import BLEUART
  4. from tools import BLETools
  5. from const import BLEConst
  6. import math
  8. CH1 = None
  9. CH2 = None
  11. def rx_callback(data):
  12. CH1 = int(((data).decode('utf-8')[3:7]),10)
  13. CH2 = int(((data).decode('utf-8')[7:11]),10)
  14. print(CH1)
  15. if math.fabs(CH1 - 1500) < 100 and math.fabs(CH2 - 1500) < 100:
  16. car.stop()
  17. elif math.fabs(CH1 - 1500) > math.fabs(CH2 - 1500):
  18. if CH1 > 1500:
  19. car.move(4) #右轉
  20. else:
  21. car.move(3) #左轉
  22. else:
  23. if CH2 > 1500:
  24. car.move(1) #前進
  25. else:
  26. car.move(2) #後退
  28. CH1 = 1500
  29. CH2 = 1500
  31. m1 = L9110S(14, 15)
  32. m2 = L9110S(13, 12)
  34. car=Car(m1,m2); car.wheel(1, 1)
  35. ble = bt.BLE(); uart = BLEUART(ble, rx_callback,name="ESP32-CAM_Car")

- 手機端的操作

Mason老師建議用【坦克】會比較好：因為【坦克】模式可抓四個 channel 的資料來. 【車輛】模式要看 V7RC 實際送的資料是什麼了。也許剛好可以用.

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