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HOILog・・無人航空機の飛行日誌を自動化

HOILog

という事で何を作っていたかというと「無人航空機の飛行日誌を自動でとるシカケ」です。命名：HOILog。
M5Stack Core2を選んだのは内部に時計(RTC)を持っているので時刻を記録し易いのです。

構造はざっと下の通り・・・

RC受信機が信号を受けるとSBUSやCRSFプロトコルでM5Stackに伝えます。
(SBUSはフタバ系、CRSFはELRS等で使われるプロトコルです。両方対応しています。）
M5Stack側では信号が来たら飛行開始と判断し、マイクロSDカードに時刻を記録します。そして信号が途絶えたら飛行終了ということでまた記録します。

更にM5StackにはWiFi接続機能があります。これを利用してWiFiが利用できる環境であればASAKICHI先生作の飛行日誌システム( 詳細はこちら）にもアップロードできるので、Googoleドライブ上のスプレッドシートに記録が残っていきます。

動作しているところはこんな感じ→Twitterに上げた動画

ハードウェア

M5Stack Core2の裏にピンソケットがあります。新品の状態ではここにフタを兼ねた気圧センサー基板がついていますが、今回は不要なので取り外して+5V電源、GND、UART2のRX/TXを引き出し、RC受信機に接続します。
ELRS受信器には入力(RX)信号があり、現在は使っていませんが将来何かに使うかもしれないので繋いでおきます。SBUS受信機の場合は入力信号がないのでM5StackのG14(UART2-TX)端子はオープンにしておきます。

ブレッドボード上に組んだセット（回路図にはないですが分かりやすい様に電源にLEDをつけています）。

ソフトウェア

M5StackはULFlow、ArduinoIDE、Micropython等の開発環境が選択できます。私はこの中から一番なじみのあるArduinoIDEを使用しました。
ところがやり始めて気づいたんですけど、コンパイルが結構遅いんです。ググってみると皆さん同じ問題により、PlatformIOに乗り換えられている様です。PlatformIOとはVisualStudioCode(以後VSCode) に入れるプラグインで、たぶん一言で言い表すと各種マイコンに対応した開発環境だと思います。
確かにPlatformIOでビルドするとかなり早くなり快適です。またベースがVSCodeなので入力補完があったり、キーバインディングをEmacs風に変更したりできて便利です。（余談ですがEmacs風キーバインディングにしたとき、VSCodeの仕様によりEscキーを使用できず、代りにAltキーを使う事になるのが弱点です）。

ところがPlatformIOで作ったスケッチが大体安定した動作になった頃、このブログで公開しようかなーと思い、その前に一旦ArduinoIDEに戻してビルドしたところ何だかうまく動作しません。（M5Core2ライブラリはどちらも同じバージョン(0.1.5)なのですが、もっと奥の方のライブラリのバージョン違いが原因かもしれません。）

とりあえずハマったのは下記の２点。
・タイマーの一旦停止後再起動する場合の動作の違い。
　timerStop(timerxx)で停止した後に再起動するとき、 PlatformIOはtimerRestart(timerxx) で再起動できていたのがArduinoIDEだと止まったまま。
　→対策：timerAlarmDisable(timerXX)で止めて timerAlarmEnable(timerXX) で復帰させる。ただし復帰直後のカウントアップが嫌だったので timerAlarmEnable(timerXX) 直前にtimerRestart(timerxx) も実行した。

・HTTPにPOSTした後同じオブジェクトでGETできない問題。
　Googleドライブへアップロードするとリダイレクト指定が返ってきます。このため一旦POSTでアクセスした後、今度はGETでアクセスするという２段階のアクセスが必要となります。そこでPlatformIO上では、HTTPClient http;で作ったオブジェクトを使いまわして接続していました。しかしArduinoIDEだとエラー(エラーコード400が返る)となりました。
色々試したところ、どうやらArduinoIDE上では GET→GETならできますがPOST→GETはダメでした。
　→ 対策： HTTPClient http2; の様にもう一つオブジェクトを宣言し、POSTはhttpオブジェクト、GETはhttp2オブジェクトで使い分けた。

使い方～セットアップ編～

ArduinoIDEとM5Stack Core2の開発環境を準備する。私はこちらのページを参考にしました。
この投稿の一番下からM5Stack Core2用のスケッチをダウンロードして解凍する。
PCとM5Stack Core2の間をUSBケーブルで接続する。
「2.」で解凍したフォルダ内のHOILog.inoをダブルクリックするとArduinoIDEが開く。
ArduinoIDEのツールメニュー→ボード名を”M5Stack-Core2″、シリアルポートを該当するポート名(不明な場合はWindowsであればデバイスマネージャーで調べる)に設定する。
書込みボタンを押して書き込む(若干時間が掛かります)。書き込みが完了したら電源ボタンを長押し（約６秒）して一旦電源を切る。
上の「ハードウェア」に書いた様にM5StackとRC受信機を接続する。
設定ファイル”hoilogini.txt”を作成してマイクロSDカードのトップディレクトリに置く。※SDカードの使用は必須です。
電源ボタンを押して起動！！

設定ファイルについて

SDカードのトップディレクトリに”hoihoiini.txt”の名前で作成します。
内容は１行に１パラメータを設定。１行は256バイトまで。行先頭にディレクティブ、その後1文字以上の空白を置いて設定値を書きます。#記号より右側はコメントです。

設定ファイルの例・・・

# HOILog 設定ファイル 

LOGFILE        /hoilog.txt # File name
SCREEN        60              # Screen save time.(Seconds)
RCTYPE        SBUS        # SBUS or CRSF
RCJUDGE        RSSI        # RSSI or RCSIGNAL
RCRSSICH    16      # Channel number
RCRSSITH    1000        # Threshold value
RCCONTTIME    3       # Signal continue time
BAUDRATE    100000      # SBUS:100000 CRSF:420000
WIFITIMEOUT    20
SSID            XXXXXXXX
PSWD            XXXXXXXXX
LOGURL          https://script.google.com/macros/s/XXXXX/exec
LOC1            ASO
LOC2            AMAKUSA
LOC3            KOSHI
MODEL1          Tyro99
MODEL2          Switch
MODEL3          Five33

各ディレクティブの説明：

LOGFILE：SDカードに残すログファイルの名前です。
SCREEN：指定の秒数イベントがないと画面を暗くします。ボタンを押したりRC信号が変化すると表示を再開します。値が0の場合は常に表示です。
RCTYPE：RC受信機の信号フォーマットがSBUSかCRSFかの指定です。
RCJUDGE：飛行中の判定をRC信号の有無で判定するか、RSSIで判定するかの指定です。受信機によっては電波が途絶えても最後の状態を維持するので単に信号が途絶えたかどうかでは判別できません。その場合でもRSSI(信号強度)がどこかのチャンネルに出ていればこれを基に判別可能です。
RSSICH：RSSI によって飛行中である事を判定をする場合、RCチャンネルの何番がRSSIを示すかを指定します。
RSSITH：RSSI によって飛行中である事を判定をする場合、 RSSICHで示すRCチャンネルの値が幾つ以上なら信号ありとするかを指定します。CRSFの信号範囲が172～1811、SBUSも大体その程度なので1000あたりを入れておけば大体OKだと思います。
RCCONTTIME：瞬間的な信号の切断やノイズによる入感を除去するため、
（立上り／下り共）信号が何秒間連続で続いたら変化したと判断するかを指定します。
BAUDRATE：RC信号のボーレートを指定します。SBUSは100000固定。CRSFは420000がよく使われる値です（115200も使われる様ですが手元に確認する環境がなく、動作を確認していません）。
WIFITIMEOUT：WiFi接続時、何秒以内に接続できなかったらあきらめるかを指定します。
SSID：WiFi接続のSSIDを指定します。
PSWD：WiFi接続のパスワードを指定します。
LOGURL：Googleドライブにアップロードする為のGoogleApplicationScriptへのURLです。こちらのASAKICHI先生の動画の８分20秒頃に説明があるURLです。
LOC1～5：飛行場所を５つまで設定できます。M5Stack上のメニューでこの中から一つを選択してログに残せます。電源投入直後はLOC1が選択されています。MODEL1～5：機体名を５つまで設定できます。 M5Stack上のメニューでこの中から一つを選択してログに残せます。電源投入直後はMODEL1が選択されています。

※LOCxやMODELxの値に日本語等の2バイト文字を入れるとどうなるかは試していません。

使い方～操作編～

電源を入れるとまずWiFiに接続した後、下の基本画面になります。
WiFiに接続できなかった場合はSDカードへの記録のみ行い、Googleドライブへのアップロードはしません。
この状態でRC電波を受けるとRCCONTTIMEに設定した値の秒数信号が続く事を確認後、SDカード、およびGoogleドライブのログに記録を残します。
Googleドライブへ記録する間、飛行状態表示部に「START UPLOAD」又は「STOP UPLOAD」と表示し、この間RC信号モニタや時計は動作しません。
Googleドライブへの記録は失敗すると３回までリトライします。最終的に成功したか失敗したかはSDカードに記録します。なお稀にですがサーバが正常に受付けて成功した旨の通知を返したのにM5Stackまで届かなかった時はリトライするので複数回の記録が上がってしまいます。その場合はSDカードのログを参照しながら手動でGoogleドライブ上のデータを修正する必要があります。

M5StackのCore2にはボタンがA,B,Cの3つ搭載されています（このボタンは物理的な接点ではなくタッチセンサーになっていて、押した感触が伝わりにくいですがちゃんとボタンとして機能します）。
基本画面ではボタンCを長押しすると設定画面に移ります。
ボタンA,Bには機能を割り当てていませんが、スクリーンセーバーからの復帰には反応します。

設定画面（MAIN MENU)
上から時計設定、電源OFF、機体選択、飛行場所選択、メニュー終了です。
反転文字になっているところが現在対象となっている行で、ボタンAを押すと上、Bを押すと下の行に移動し、Cを押すと選択されます。
「電源OFF」を選択するとシステムの電源を切ります。「EXIT MENU」を選択すると基本画面に戻ります。
時計設定、機体選択、飛行場所選択の各画面を以下で説明します。

時刻設定画面
ボタンA,Bを押すと反転文字になっている部分の値が上下に変化します。ボタンCは決定ボタンで次の値に進みます。年月日～秒まで進み、次にボタンCを押すと図に「NEXT」と表示された部分に移ります。ここではボタンA,Bを押すと「NEXT」、「SAVE&EXIT」、「EXIT:NonSAVE」と順に変化して行きます。それぞれの状態でボタンCを押すと以下の動作をします。
・NEXT：最初の「年」の設定に戻ります。
・EXIT:NonSAVE：時刻は変更せずにメインメニューに戻ります。
・SAVE&EXIT：内臓時計に設定時刻をセットし、メインメニューに戻ります。

機体選択
ボタンA,Bで対象行を上下させ、ボタンCで選択すると機体が選択されてメインメニューに戻ります。

飛行場所選択
ボタンA,Bで対象行を上下させ、ボタンCで選択すると飛行場所が選択されてメインメニューに戻ります。

ログ

実行後はSDカードのLOGFILEで指定したファイル名に以下の様なログが残っています。

TakeOff,2023-03-05 22:46:36                  ←離陸時刻
Upload success,2023-03-05 22:46:36           ←離陸をGoogleドライブにアップロード成功
Landing,2023-03-05 22:47:13                  ←着陸時刻時刻
Upload success,2023-03-05 22:47:13           ←着陸ををGoogleドライブにアップロード成功

Googleドライブ上には（アップロードしていれば）次の様なログが残ります。

スケッチ

→HOILog20230306.zip

※このソフトウェアを使用されてもし問題が発生しても責任は持てませんのでそのあたりはよろしくお願いします。

HOI-LINKのELRS版～その2～

HOI-LINK ELRS版を試す方法

使ったボードは秋月電子で購入したSTM32F103C8T6マイコンボードです。
ファームを解凍するとHOI-LINK-EX\Debug\HOI-LINK-EX.binというファイルが含まれているので、ボードの取説に従いFlash loader demonstratorを使って書き込みます。

再コンパイルする場合はSTMicroelectronicsのCubeIDEを使用します（私が使ったバージョンは1.7.0でした）。上記バイナリを書込むだけなら再コンパイルは不要です。

書込み後、基板回りの接続は次の様に配線します。
・PB10(USART3TX)<–>ELRS受信機のRX
・PB11(USART3RX)<–>ELRS受信機のTX
・基板GND<–>ELRS受信機のGND
・基板5V<–>ELRS受信機の5V
※基板上に5Vという端子がないのでSW2の真ん中の端子に接続しました。
※ USBを使用するのでJ1,J2のジャンパーはハンダで短絡しておく必要があります。
※なおELRS受信機は420Kbpsで接続出来る様に予め設定しておきます。

そうするとこんな感じでPCに繋がり、Velocidroneで練習できるのです。

注意：例によって正式なUSBベンダーIDがないので適当な値を書いています（VID:0xFFFF PID:0x0015) 。
よって使用する際は自己責任でお願いします。

改良したい点

ELRSの受信機はPCと接続して諸々の設定をする必要があります。その為にはHOI-LINKの回路をUSBシリアル変換としても使えると便利かなと思いますが、気軽に試し始めたらUSBとUART間のタイミングが結構難しくてハマっています。
またSBUS版HOI-LINKの時、このページで公開しただけでは世間に広まらず、NONSAYAさんが販売されて広まったという経緯がありました。しかし販売するためにはUSBのベンダーIDが必要なので、またマイクロチップテクノロジーのマイコンに移植してIDの分配を受けようかと考えています（実はPIC32MXでの動作は確認済なのです）。

→ファームウェアのダウンロード：HOI-LINK-EX_20220919.zip

HOI-LINKのELRS版

1 Reply

先日JDL宮崎の会場で「HOI-LINKのELRS版ってできないの？」と聞かれました。

今までのHOI-LINKはS-BUS信号をUSBに変換してPCに送っているので主にフタバ系のプロポシステムが対象になっています。
一方ELRSというのはこちらで開発されているラジコン電波のプロトコルで、昨年あたりからドローンレース界隈でちょっとしたブームになっているのです。

私は今までELRSを扱える機材を持っていなかったのですが、そう言われるとやってみたくなるのが人情というもの。。。

システムは大体この図の様な感じになるので、試すには最低でも送信モジュール、受信モジュールは購入する必要がありますね。あと送信機本体はどうかな？

送信、受信のどちらのモジュールもCRSFプロトコル(ハードウェア的にはUART)で接続するので、このCRSFプロトコルを知るのがキモとなりそうです。

送信機本体でよく使われているのはファームウェアがOPEN-TXのものですが、ウチにはありません。さすがにこのために送信機まで購入するのはちょっとですね。。。
で、色々調べていくとどうやらJumperのT8SGが使えそうという事が分かってきました。
というのも送信機と送信モジュールの間はCRSFプロトコルというシリアル通信で接続します。で、T8SGにもCRSFプロトコルを選択できるのです。
ならばT8SGにCRSFプロトコルを出力させてみましょう。信号をオシロスコープで見ると、420Kbpsのそれっぽい信号が出ています。

なんか、イケそうですね。
ならば送受信モジュールだけ購入して実験してみましょう。

という事で発注しました。・・・そして到着したのは盆休みの最終日。もう少し前に届くと着手しやすかったんですけど、仕方ないですね。

購入した送信モジュールはBETAFPVの”ELRS NANO TX”。このモジュールは技適が取れているので、日本では殆どの人がこれを使っています。
そして受信モジュールもBETAFPVの”ELRS Lite RX”。この受信モジュールはメチャクチャ小さいですね。

これで材料が揃ったので、まずは普通に使えるかというところから。
こちらのページを参考にしながら試していきます。

まず最初にELRSモジュールは諸々の設定をするためにPCと接続する必要があります。送信モジュールとはUSB Type-Cで接続できるので簡単です。受信モジュールはUARTで接続しますが、フライトコントローラー経由でもBetaflightがうまくやってくれる様です(なのでＦＣ経由でやりました)。

そして今回設定したのはこの内容。まずは送信モジュール・・・

そして受信モジュール・・・

各モジュールの設定ができたので接続します。まず送信側・・・

なおT8SGとNANO-TXの間はこの様に配線しました。

そして受信モジュールをFCと接続（実際にはファームを設定したときに接続した）・・・

FCの右についているのがERLS受信モジュール。
なお上についている基板は別の実験用なので関係ないです。

受信モジュールはTX/RX両方の信号を接続する必要があります。（テレメトリを使わなければRX側は繋がなくても良さそうに思えますが、たぶんファームの書換えにも使うのやっぱり繋いでおきます）。

ところで送信機←→送信モジュールの間、および受信機←→ＦＣの間、両方共CRSFプロトコルで接続するという事になっているのですが、送信機側の接続はシリアル信号線は1本、受信機側は2本となっています。
たぶん送信機側は半二重、受信機側は全二重なのかと思いますが、名称的には区別ないんですかね？

そして送信機の電源を入れ、FCをPCに接続してBetaflightConfiguratorの”受信機”ページで確認すると、あっさり接続できていました。

T8SGで問題なくELRSできる様ですね。

・・・でもここまでは準備段階。ここからELRS(というかCRSFプロトコル)に踏み込んでいきます。