ESP-WROOM-02 DIP化キット用Arduino書き換えボードの製作

先日、いくつか作った早押しクイズ用WiFi接続大型ボタンではM5StickCを使っていました。入手性も良く、状態表示もできて開発には便利なのですが、1つあたり2000円弱するので、せっかく100均でボタンを買ってきてもそれほどお手頃なデバイスではありませんでした。

今回は、この早押しクイズ用WiFi接続ボタンのように、無線接続デバイスに内蔵できるボードで、できるだけ小型でコストの安いものということで、「ESP-WROOM-02」を使ってみました。「ESP-WROOM-02」は2020年6月時点、秋月電子でモジュールだけだと1個250円、DIP変換基板実装済みのものでも580円と、前述のM5StickCよりも大幅にコストダウンできます。

「ESP-WROOM-02」は、PCに接続してそのまま開発できるUSBシリアル付きのものもありますが、これも2000円ぐらいするので、あまり意味がありません。今回は、素の「ESP-WROOM-02」にUSBシリアルケーブルを使ってArduinoSDKからプログラムを書き込むことのできる変換ボードを制作してみました。

f:id:mnishikawa:20200620192336j:plain — ESP-WROOM-02用Arduino書き込み基板

目次
こんなふうに動きます＆製作過程の動画
ブレッドボードでの基本設計と回路図
ArduinoSDKへの設定
ユニバーサル基板への実装
別タイプのDIP化モジュール用変換基板の製作
まとめと今後
参考にさせていただいた情報
今回使った主要パーツリスト

こんなふうに動きます＆製作過程の動画

まずは、動作概要と今回の作業概要の概要を動画にまとめましたので御覧ください。

ESP-WROOM-02 DIP化キット用Arduino書き換えボードの製作

ブレッドボードでの基本設計と回路図

書き込みができた回路図はこちらです。

f:id:mnishikawa:20200621170132j:plain — ESP-WROOM-02用Arduino書き込み基板の回路図

Fritzingで作った回路図はgithubで公開しています。

github.com

自分のメモ用ですが、ポイントは次のとおりです。

Arduino書き込み時、ESP-WROOM-02の各ピンの要求設定です。

ESP-WROOM-02のピン	接続設計	備考
3.3V	3.3Vを入力	PCと接続するUSBシリアルのVCCは5Vなので、3.3V出力の三端子レギュレータを使用。
EN	1kΩでプルアップ	EN-GND間に0.1μFのコンデンサを接続
IO15	10kΩでプルダウン
IO2	10kΩでプルアップ
IO0	10kΩでプルアップ	書き込み時はプルアップ。プログラム実行時はプルダウンしてLOWにすること。
GND	GNDに接続
TXD	USBシリアルのRXDに接続
RXD	USBシリアルのTXDに接続
RST	10kΩでプルアップ＆GND接続スイッチを接続	EN-GND間に0.1μFのコンデンサを接続スイッチを押したらGND入力してリセットできるようにしておく

このピン設定にあわせて、先ずはブレッドボードで動作確認します。

実装例はこちら。

f:id:mnishikawa:20200620164137j:plain — ブレッドボードでの実装例

USBシリアルは、Arduino pro mini互換ボードにおまけでついてきたものを使っていますが、FTDIドライバに対応したものであればOKだと思います。同じピンアサインのものはこちら。

Haobase FTDI FT232RL 3.3V 5.5V USB to TTL シリアルコンバーターアダプターモジュール for Arduino

メディア:

ArduinoSDKへの設定

事前にボードマネージャでESP8266のライブラリをインストールするなどの準備については、製品サイト等に手順があるので準備をしておいてください。

ubuntu18環境でのArduinoSDK設定は次のとおりです。

f:id:mnishikawa:20200621171729j:plain — ArduinoSDK設定（ubuntu18環境）

主要な設定項目と設定値は以下のとおりです。

設定項目	設定値
Upload Speed	115200
Buildin Led	13
Flash Mode	QIO(Fast)
Reset Method	no dtr(aka ck)

動画でも紹介していますが、ArduinoサンプルスケッチのBlinkを使って、IO13に接続したLEDを1秒毎にチカチカさせるプログラムで動作確認しました。

ESP-WROOM-02のフラッシュに書き込んだプログラムを動作させる際は、書き込み基板設計時とは違い、IO0をLOWにすることを忘れないようにしてください。

ESP-WROOM-02 は起動時に IO15 / IO2 / IO0 の状態を見て動作モードを決定しています。

	IO15	IO2	IO0
プログラム実行	LOW	HIGH	HIGH
プログラム書き込み	LOW	HIGH	LOW

引用：ESP-WROOM-02

書き込んだESP-WROOM-02の動作確認用LED点滅基板がこちら。

f:id:mnishikawa:20200620224739j:plain — LED点滅の動作確認

ユニバーサル基板への実装

ブレッドボードで動作が確認できたら、ユニバーサル基板に実装します。

秋月の「ＥＳＰ－ＷＲＯＯＭ－０２　ＤＩＰ化キット」（鍵みたいな形をしてるほう）様にコネクタを実装しました。後述しますが、同等の基板実装済みモジュールには、変換基盤を作って、両方使えるようにします。

実装例はこちら。

f:id:mnishikawa:20200620192638j:plain — ユニバーサル基板への実装

f:id:mnishikawa:20200620192722j:plain — ユニバーサル基板への実装

f:id:mnishikawa:20200620192954j:plain — ユニバーサル基板への実装

f:id:mnishikawa:20200620192928j:plain — ユニバーサル基板への実装

モジュールの抜き差しなどで基板にストレスがかかることも多くなることが予想されるため、できるだけジャンパケーブルを抑えた実装にしてみました。
ご参考程度に。

別タイプのDIP化モジュール用変換基板の製作

秋月電子には、ESP-WROOM-02 実装済みの基板セットが2種類あります。上記実装例では、鍵型の基板に実装されたものですが、もう一種類、四角いタイプがあります。

基本的には同じモジュールなので、変換基盤を作って両方に接続できるようにしました。

f:id:mnishikawa:20200620224940j:plain — ESP-WROOM-02用Arduino書き込み基板（変換アダプタ）

f:id:mnishikawa:20200620225030j:plain — ESP-WROOM-02用Arduino書き込み基板（変換アダプタ）

こちらも同じ回路で書き込みができることを確認しました。

まとめと今後

安価でWiFiにも接続できるArduinoモジュール「ESP-WROOM-02」のArduino用書き込み基板を制作することができました。このモジュールは小型・省電力なので、以前作った早押しクイズ用大型ボタンに直接埋め込んで電池駆動させ、単独で動作させることができます。1個250円のモジュール（変換基盤付きで580円）なので、数量を作る際に有利になるため、各種イベントでの使用も考えていきたいと思います。