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【Arduino】切手サイズのコンピュータ「M5Stamp Pico」Deep Sleepでさらに省電力に!

すけろく
うーむ。
何とかならんか~
げんろく
どうした?
電池を見つめて。
すけろく
電池を電源にしてM5Stampを使っているのだが、
一定間隔で動かしているのだが、電池の持ちが悪くてな。
げんろく
うーむ。どれどれ。
Sleepさせていないのか?これだとずっとCPUが電力を消費するぞ。
よし、今回はDeepSleepの方法を使う方法を紹介しよう。

この記事では、「M5Stamp Pico」を使って、「電力消費を抑えて一定間隔で動かす方法」をご紹介します。

M5Stamp Pico」は、切手サイズのマイコンです。

さまざまなものに組み込むことができるので、センサーを使って、一定間隔でデータ取得したいということも多いのではないでしょうか。

M5Stamp Pico」は、切手サイズとはいえ、起動した状態で何も処理を行わなくても、電力はどんどん消費していきますよね。

しかも、電源コードによる電源供給ができないこともあり、電池でのロングライフ稼働が必要なことも。

そこで、今回は、「M5Stamp Pico」を、DeepSleepという最小消費電力の状態に落とし、一定間隔ごとに起動するプログラムを作ります。

ぜひ、皆さんも挑戦してみてくださいね!

この記事の前提となるM5Stamp Picoのはじめ方は、次の記事で紹介しています。

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今回使用したマイコンはこちら!

M5Stamp Picoを一定間隔で動作させるためには

M5Stamp Pico」を使って、一定間隔で動作するプログラムを作成します。

M5Stamp Pico」などのマイコンは、何も処理を行わなくても搭載されているICのクロックに合わせて動作するため常に電力を消費しています。

常にケーブルから給電できない、屋外や、バッテリー稼働するものを製作する場合、必要なときのみ動作させることが重要です。

必要なときのみ動作させる仕組みとは?

M5Stamp Pico」などのマイコンには、消費電力を抑えた状態で動く、「Light Sleep」モードや「Deep Sleep」モードがあります。

Light Sleep」とは?

Light Sleepモードはクロックを止めて省電力モードに入ります。
スリープ解除後は開始した行の次から再開されます。また、メモリも保持されています。

Deep Sleep」とは?

Deep Sleepモードでは、ほとんどの機能の電源をオフして省電力モードに入ります。
Light Sleepモードと異なり、復帰後はsetup()から始まります。
RTC fast memory以外のメモリの内容も消えてしまいます。

今回は、前述の省電力モードから「Deep Sleep」モードを使います。

Deep Sleepモードの復帰トリガーについて

Deep Sleep」モードでは、ほとんどの機能を停止するため、次に復帰する際のトリガーとなる条件が必要です。

使用できるトリガ―は次のものがあります。複数のトリガーを組み合わせることも可能です。

  • タイマー
    タイマーは指定時間後に復帰するものです。
  • タッチセンサー
    タッチセンサーなどを触った場合に復帰するものです。
  • EXT0(RTC_IO)
    1つのGPIOのHIGHかLOWのトリガーを指定して復帰できます。
    プルアップなどが可能です。注意点としては、プルアップなどで電力を消費してしまいます。
  • EXT1(RTC_CNTL)
    複数のGPIOをどれかがHIGHになった、すべてLOWになったかのトリガーを指定して復帰できます。
  • ULP
    コプロセッサーのプログラム内部から復帰します。ULPからは一部のGPIOやI2Cなどにアクセスが可能です。

今回は、タイマーをトリガーにして復帰するようなプログラムにします。

動作を確認する回路を構成する

M5Stamp Pico」とLEDを次のように接続する回路を構成します。

回路を作るのに準備したものは次の通りです。
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実際にブレッドボード上で回路を組んだ際のイメージは次のようになりました。

Deep Sleepを実行するプログラム

Arduino IDEを起動して、「ファイル」メニューから「新規ファイル」を選択し、表示されるスケッチに以下のように記述します。

 プログラム内容

今回のプログラムは、次のような動きをするように記述してみます。

  • 電源投入時は、GPIO(26)に接続されているLEDを点灯させる
    (点灯は5秒間)
  • 5秒後にタイマーで復帰するようDeep Sleepを開始する
  • Deep Sleepから復帰した際に、GPIO(18)に接続されているLEDを点灯させる
    (点灯は5秒間)

 Arduino IDE スケッチ例

<プログラム本体>

 Deep Sleepさせるプログラムの説明

Deep Sleepを実装するために、プログラム内で次のように記載しています。

Deep Sleep中でも消去されないメモリ上に、DeepSleepからの復帰カウンタを保存するために、次のように記載しています。

RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0; 

Deep Sleepをタイマーで復帰させるように設定します。

esp_sleep_enable_timer_wakeup(NS_FACTOR * TIME_TO_SLEEP);

ここで、設定値として使っている定数は、次の通りです。

#define NS_FACTOR 1000000ULL      // nsへの変換用 unsigned long long データ形式で定義
#define TIME_TO_SLEEP 5                 // Sleep時間(秒)

3

Deep Sleepを開始します。

esp_deep_sleep_start(); 

 M5Stamp Picoへの書き込み

  1. 「ファイル」メニューから「名前を付けて保存」で任意の名前を付けて保存します。
  2. 「ツール」メニューから「ボード」情報を確認し、M5Stamp Picoであるか確認します。
    「Partition Scheme」を「No OTA(Large APP)」に設定します。
    この際、「シリアルポート」にマイコンを接続したCOMポートが指定されているかも確認します。
  3. 「ツール」メニューから「シリアルモニタ」を選択してシリアルモニタを起動します。
  4. 「スケッチ」メニューから「マイコンボードに書き込む」を選択します。

 プログラム実行結果

M5Stamp Pico」を起動すると、起動時には白いLEDが点灯(5秒間)します。

その後、Deep Seepに入り、5秒後にタイマーで復帰します。

復帰後は、赤色のLEDが点灯(5秒間)します。

編集後記

いかがだったでしょうか。

Deep Seepを使うと、センサーなどで定期的にデータを取得するという処理も、電池やバッテリーで長期間、稼働させることができます。

M5Stamp Pico」は、特にDeep Seep時の消費電力が低いため利用価値は高いです。

今回の記事は以上になります。

最後まで、ご覧いただきありがとうございました。

 

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