2. 開発編 - msyk9038/esp32_hello_world GitHub Wiki

外気温が0℃を下回ったら、LINEで通知。 現在の外気温もWEBブラウザで確認できるようにする。

外気温を測る上で、温度センサーを使う。温度センサーにはデジタルとアナログがあり、デジタルの方は測定温度値を通信を通して伝達してくれる。アナログの方は温度に応じた電圧値を返してくるので、ESP32の方で温度値に変換しないといけない。

比較は以下。

この表から言えることは、

• アナログセンサーの比較で言えば、LM35は 測定温度範囲が 0 ~ 100℃　であり、氷点下を計測できない。
  MCP9700A-Eは -40 ~ 125℃と氷点下もカバーしている。

• BME280 は一番高いが、湿度も測れる。

• コストで見ると、デジタルが 600　〜　1380円なのに対し、アナログは100 ~ 190円前後と非常に手軽である。

センサーを使うにあたって、センサーとESP32のピン配置（どのピンがどんな役割をしていて、どこに繋げれば良いか）を確認する。

LM35DZ データシートを見てみよう。

まず、購入元のAmazonでもピン配置の図が載っているが、残念ながら実物と合致しない。

Amazonの評価欄の情報を頼りにDOIT ESP32 DEVKIT V1 pinoutで検索。
pinout とはピン配置のことで、検索するときは、「DOIT ESP32 DEVKIT V1　ピン配置」よりも、「DOIT ESP32 DEVKIT V1　pinout」の方がより多くの検索結果を得られる。



出所: www.mischianti.org

アナログを読み取れるADCポート(ADCで始まるピンの数を数えてみよう)は全部で15個あることが分かる。
ここで ADC1 と ADC2 で何か違いがあるのか、が気になったので、調べてみた。
randomnerdtutorials.comによれば、ADC2 pins cannot be used when Wi-Fi is used.となっており、「WiFiを使うときはADC2は使えないよ」と書いてある。
加えて、知識ゼロから始めるＩoＴアプリ開発入門によれば、VN, VPピンも既に使用されていて使えないらしい。
結論、 ADCとして、使えるGPIOは 34, 35, 32, 33 の４つ である。

以上より、今回は以下のように配線する。

接続が出来たら、次にスケッチを作成する。

少し分かりづらい部分があるので解説。


まずこの部分→int reading = analogRead(analogPin)
ESP32のADC（アナログ値を読み取る部分）は、0〜3.3V までの入力を受け付ける。
analogRead() で読み取ると、0〜3.3V を 0〜4095 に変換した数字が得られる。
つまり、3.3V を入力すると 4095 が得られ、1.0V を入力すると 1241 (=4095/3.3) という数字が得られる。
reading という変数には、入力した電圧に応じて、0〜4095 の数字が入っている、ということなんだ。

でも、このままでは、温度表示に使えない（1000とか言われても「え？何℃なの？」ってなるよね）ので、このreadingの中の数字を温度に変換してあげる必要がある。
例えば、1000 と言われたら、何℃なのか。まず、入力されている電圧を計算する
1000 / 4095 * 3.3(V) = 0.81 (V)

次にこれを温度に変換するのだが、LM35のデータシートを見ると、0℃で 0 mV, １℃上がる毎に 10mV 電圧が上がる事がわかっている。
0.81 V は　810 mV なので、
810(mV) / 10(mV/℃) = 81(℃)
つまり、analogRead()した結果（変数readingの中身）が1000であれば、それは81℃である。
以上の計算を行っているのが、

  float voltage = ((long)reading * Vcc * 1000) / ANALOG_MAX;
  float temp = voltage / 10; // +10mV/degree_Celsius

である。

※参考までに、「なぜ 0〜4095 の 4096個の数字（という中途半端な数字）で表されるのか」というと、　ESP32のADCの分解能が　12bit　だからである。

• 1bit で表現できる数字は　0 or 1　の２つ。
• 2bit で表現できる数字は 00, 01, 10, 11 の４つ。
• 3bit で表現できる数字は 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111　の８つ。
• では12bit では？　２を１２回掛けてみよう。2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2x2 = 4096　

同じアナログ温度センサのMCP９７００A-Eであるが、MCP9700A-E データシートを確認すると、

• ピン配置はLM３５と変わらない。
• 測定可能温度範囲は -40 〜 125℃　と氷点下まで測定できるようになっている
• 0℃のときの出力電圧が 500mV ということが分かる。
  なので、スケッチは一箇所、before: float temp = voltage / 10; を after: float temp = (voltage - 500) / 10;　に変えるだけで良い。
  変更したら、「名前を付けて保存」を押して、先程のLM３５のスケッチとは別に保存しよう。
  

それを実装したスケッチがこちら。

44行目のtemp = moving_average(temp); の部分をコメントアウト（行頭に//を付ける）することで、移動平均法を解除することができる。
このスケッチを書き込むと、シリアルプロッタ（シリアルモニタの下のメニューにある）というグラフで温度の変化を確認できるようになる。


fig. 移動平均法を使わない場合

fig. 移動平均法を使った場合

移動平均法を使う場合と使わない場合で、グラフのギザギザがどうなったのか確認してほしい。

WiFiの通信に使用するSSIDやパスワードは直接スケッチに書いておくと、スケッチを公開する度に隠蔽しなくてはならず、非常に煩わしい。
なので、クレデンシャルファイルというファイルを作成し、スケッチがそれを読み込む形にしておく。
まず、ArduinoIDEをインストールしたディレクトリ(※1)にlibraries/_privateフォルダを作成する。
その中に、credential.hというファイルを作成し、

#ifndef CREDENTIAL_H
#define CREDENTIAL_H
const char *WiFi_SSID = "your SSID";
const char *WiFi_PASSWORD = "your PASSWORD";
#endif

のように記述する。
なお、#ifndef CREDENTIAL_Hは「もしCREDENTIAL_Hが定義されていなかったら」という意味で、ライブラリを２重で読み込まないようにする処理。
続く const char *WiFi_SSID = "your SSID"; では文字列ポインタ(※2)が使われており、Serial.print(WiFi_SSID);で中身の参照ができる。

credential.h の編集が終わったら、スケッチの冒頭に #include <credential.h>と記述する。
こうすることで、対象のスケッチでWiFiのSSIDやパスワード等の秘匿情報を安全に取り扱うことができる。

※1 MacOSだと、~/Documents/Arduino/, Windowsだと、C:\Users\username\Documents\Arduino\
※2　文字列ポインタの扱いについてはこちらが詳しいので参考のこと。

credential.h を作成できたら、このスケッチを書き込んでください。
うまく接続できると、下記のようにIPアドレスが表示されます。