【ESP32】自作基板,M5stackに100歩届かず.

こんばんは。ume-boshiです。

最近、twitterでM5Stackを使った作品が多く上がっていますよね。私も作品を見ながら、欲しいなぁ、欲しいなぁと思いながら楽しく眺めています。

でもswitch scienceを見ると3500円もするじゃないか... この前PSoC4買って使ってないやん!

と、いつも購入をためらってしまうばかりです。とても欲しい。ただ私も、大学1年生から基板を作ってきた底辺エンジニアですから、製品を購入して楽をすることには抵抗があります。困ったものです。


じゃあ、自作するしかないな。


ということで、 昨年度のGUGEN2018のために作ったユニバーサル基板を、徐々にM5stack風に近づけていきました。 そしてつい最近、4回目の基板改定をしたので、この基板について今後もいくつか記事を書いていこうと思います。この基板の機能としては、M5stackのようにデフォルトでセンサをいくつか搭載しており、ESP32なのでIoTにも応用できる基板です。

今回は基板の概要について書くので、興味のない方はブラウザバック推奨。


コンセプト

さて、ここからは自作した基板のコンセプトについて書いていこうと思います。自作基板の目標は以下の項目になります。

  1. 簡単に取り付けられる
  2. センサがデフォルトで備え付けられている
  3. 五感で情報を取得しやすい
  4. パラメータを後から調節できる
  5. おしゃれ
  6. 5×5のサイズ内に収まる

では、これらについて紹介します。

簡単に取り付けられる

海外のDIYニキは、Arduinoを木にボンドでくっつけたりしていますね。
しかし、せっかく作ったものにボンドを使うのは再利用性が低い気がします。かといって、ねじ穴をあけてどこかに固定するのは、加工コストと修復の困難さがあるため避けたいところです。

なので、なるべく取り付けるものに傷をつけないで取り付ける方法を取り入れます。

f:id:ume-boshi:20200327054122j:plain
こういう感じで取り付けられる

センサがデフォルトで備え付け

電子工作の中で厄介な要素は、センサだと私は思っています。センサから情報を取得する場合、アナログ値であればテスターを使用すればデバッグができます。しかしI2CやSPI通信で値を取得するタイプのセンサは、オシロスコープやロジアナを持っていない私にとって、どんな波形が出ているか推測できないためICが使えない場合のデバッグが困難です。

なので、最初から基板の一要素として、センサが供えられていれば回路を組む手間を省けます。

五感で情報を取得しやすい

基板のディスプレイ機能は、IoTをする人にとっては消費電力を高める邪悪な存在だと思います。

しかし、私のように電子工作がメインである人にとって、デバッグの容易さやおしゃれの面が重要になってきます。 そのためLEDや音でHWの状態を確認できるほうが利便性が高いです。

パラメータを後から調節できる

本来一つの基板で実現できる機能を実装せず、可変抵抗などを別基板で後付けするのは面倒でもったいないことです。また、環境に合わせて閾値を毎回プログラム上で調節するのには効率に限界があります。

したがって、オンボードでのパラメータ調節は男のロマンであるり、パラメータ調整用の半固定抵抗モード変換用のDIPスイッチ を取り付けました。

おしゃれ

必須

5×5のサイズ内に収まる

Elecrowで基板の発注をするときに、このサイズを超えると値上がりする時代があった気がします。現在は10×10で500円だと思いますが、5×5の基板を10×10の中に面付けをすることで安く量産することができます。たった500円で20枚の基板を量産することも可能!

余ったスペースで、オリジナルのユニバーサル基板を作成することもできますね。

製作過程

自作基板が、どのように変化していったかの写真です。 図1.png

f:id:ume-boshi:20200327054132j:plain
最近完成したやつ。色がダサい。

  1. GUGENに出した作品
    ユニバーサル基板で作成されており、開発ボードを発注しようと思ったきっかけです。基板を取り付ける方法について悩み、フック方式を思いつきました。

  2. とりあえず基板にしたVer
    GUGEN提出前に到着すると思っていました。書き込み周りで間違いがあったので、すぐに作り直しに取り掛かった気がします。
    組み込んだ機能に関してはVer3とほぼ同等です。

  3. 書き込み修正+表面実装増やしVer
    一個前の基板で回路チェックをしなかったので、使えないピンを使用していて驚きました。この辺で自動書き込みを諦めました。身の回りに使える基板がこれしかなかったときに使用していました。開発ボードとは程遠い出来栄え。

  4. おしゃれ化Ver
    見た目をよくするために、2段構成にしてM5Stackに近づけた構成にしました。このバージョンで、無造作に出ていたピンを基板の領域内に収められ、誰も傷つけない優しい子に育ちました。もうこれ以上、誰も死なせたくないんだ…!!
    おしゃれになりやる気が出たので、回路チェックも行いました。普通に開発ボードとして使用できる作品が出来上がったと感じます。

  5. 最終版のつもりVer
    回路の一部を修正して、基板上に説明文を追加しました。毎回色を変えているので、調子に乗って黄色にしたら、ものすごくダサくなりました(また作り直そうかな)。


M5stackに完全敗北な件

M5stackのような見た目には近づきましたが、ライブラリが完備されていないとか、素人の回路設計であるとか、色々重なって利便性は全く劣りますね(まあ、M5stack使ったことねぇけど)。

ちなみにこの基板を作るまで、結構なお金がかかっています。
基板発注すると毎回、500円+送料(1500円くらい)がかかるので、今までで8000円くらいかかっています。さらに1つあたりの部品代が1500円ぐらいします。 さらにさらに、設計や部品の実装、デバッグのコストを考えると人件費が0円!

安くでライブラリも逐次更新されてるM5stackすげえ。
参りました...

まあ、基板が完成に近づいたのは嬉しい限りです。こいつ使ってなんか作らなきゃな。



本記事の机上の空論:このくらいの部品量だったら1時間で実装できそうだな
(→ 5時間コースの始まり...)