注目キーワード

【Arduino】Raspberry Pi Pico W をブラウザでコントロールする!Arduinoプログラミング!

すけろく
Raspberry Pi Pico Wは、Wi-Fi接続できる。
ということは、ブラウザで接続できるな!
げんろく
そうだな。
ブラウザからRaspberry Pi Pico Wを
制御することもできる。
すけろく
じゃあ、ブラウザから指示を出すことが
できるな。
げんろく
よし、スマホやパソコンからブラウザ経由で
Raspberry Pi Pico Wを制御してみよう。
今回は記事では、「Raspberry Pi Pico W」をArduinoでプログラミングします。
Raspberry Pi Pico W」に搭載されているWi-Fi接続機能を使って、スマホやタブレット、パソコンなどのブラウザから「Raspberry Pi Pico W」に命令を出せるようにします。
まずは、ブラウザからの制御処理を簡単に確認するために、ブラウザから入力したテキストを、シリアルモニターに表示するプログラムを作ってみたいと思います。
Raspberry Pi Pico W」は、Raspberry Pi財団が独自に開発したARM Cortex M0+デュアルコアのRP2040マイコンを搭載した開発基板です。
同じチップが搭載されている「Raspberry Pi Pico」の機能に加えて、Wi-Fiや、Bluetooth(今後サポートか?)といった通信機能が搭載されています。
MicroPythonでのプログラミングが主ですが、Arduino IDEでもプログラムを書き込むことができます。

この記事ではArduino IDEを使ったプログラミング例を紹介します。

動作確認は以下のブラウザで行っています。
● Google Chrome  バージョン: 112.0.5615.138(Official Build)(64 ビット)
この記事の前提となる「Raspberry Pi Pico W」のはじめかたについては、次の記事で紹介しています。
関連記事

すけろく ついに、国内でもRaspberry Pi Pico Wを手に入れたぞ! げんろく Wi-Fiモジュールがついているので、 国内の技適取得が必要だったからな。 すけろ[…]

記事内でご紹介する「Raspberry Pi Pico W」はこちら!

ピンヘッダ実装済み
created by Rinker
ノーブランド品
¥2,290 (2024/07/18 10:07:00時点 Amazon調べ-詳細)
ピンヘッダを自分ではんだ付けするもの
created by Rinker
Raspberrypi
¥1,630 (2024/07/18 01:15:04時点 Amazon調べ-詳細)

Arduino、C/C++、MicroPythonに対応している組み込み開発キットです。
正確なタイマ機能、温度センサーなどを備えたモデルです。ディスプレイ等がないため、消費電力を抑えた構成をとることができます。いろいろ遊べますよ~

今回の目標

今回の目標は、スマホやタブレットのブラウザ(Chrome)で「Raspberry Pi Pico W」に接続し、メッセージを「SEND」すると、「Raspberry Pi Pico W」経由で、パソコンのシリアルモニタに表示されるようにします。

動作イメージ

処理の流れ

処理の流れは次の通りです。

  1. Raspberry Pi Pico W をWi-Fi接続する
  2. スマホ、タブレットのブラウザで、Raspberry Pi Pico WのページURLを入力し接続します。
  3. ブラウザに表示されたページでメッセージを入力し「SEND」ボタンを押します。
  4. Raspberry Pi Pico Wにメッセージが送信されます。
  5. Raspberry Pi Pico Wにシリアル接続したパソコン上のシリアルモニタにメッセージが表示されます。

ブラウザで設定する際の仕組みを理解する

ブラウザから制御するためには、Webクライアント(ブラウザ)と、Webサーバー(今回は「Raspberry Pi Pico W」)の役割を知る必要があります。

各役割は一般的に以下のように定義されます。

  • Webクライアント
    ソフトウェアの種類の一つ。Webサーバーの持つ情報や機能にアクセスして利用できるようにするもの。
  • Webサーバー
    WebクライアントからHTTP/HTTPSで送られたリクエストに対してHTML、CSS、JavaScriptなどの情報を返す役割を持ったソフトウェアのこと。

要求への応答内容も次の2種類あります。


  1. ファイル
    返信結果があらかじめ決まっているもの(更新されないもの)です。
    これはHTMLファイルとCSSファイルや画像ファイルなどで構成され、Webサーバー上に保存されています。
  2. 処理結果
    Webサーバー側で実行されているプログラムの実行結果を返すパターンです。
    PerlやPHPと呼ばれるWebサーバー側で動作するプログラムが使われます。
    Webサーバー上にプログラムが保存されています。

今回作るものに置き換えると次のようになります。

  • Webクライアント →スマホやパソコンのブラウザ
  • Webサーバー   →「Raspberry Pi Pico W」の中に作るもの

ブラウザ(Webクライアント)は、いつも皆さんが使っているものが使えますので、特に作る必要はありません。

今回プログラミングして作るのは次の2つになります。

  1. Webサーバーの機能
  2. リクエストに対する応答内容(HTML、CSS、JavaScript)

 

WebクライアントとWebサーバー間ではどのようなデータがやり取りされているのか?

WebクライアントからWebサーバーに接続したとき、Webサーバーから返される応答内容は次のような仕組みで動いています。

Webブラウザを使ってWebサーバー(Webサイト)にアクセスする場合、「HTTP(Hypertext Transfer Protocol)」というプロトコルが利用されます。

Webブラウザのアドレスバーに「http://karakuri-musha.com/」などと入力した場合、「http:」の部分がプロトコル指定部分です。

HTTPプロトコルを使って、サイト(karakuri-musha.com)にアクセスするという意味になります。

このHTTPというプロトコルでは、WebサーバーとWebクライアントがTCP:80番ポートを使用して通信します。

そのため、Webサーバーでは、TCPの80番ポートで待ち受け(リッスン)していています。

WebクライアントはWebサーバーの80番ポートに対してTCP接続を行ったあと、次の手順を実行します。

  1. WebクライアントからHTTPのファイル取得要求(GET要求)を送信する
  2. Webサーバ側から応答を返す

※図ではステータスとして「HTTP/1.1 200 OK」と返していますが、これは成功を意味します。
続いて応答ヘッダ(Content-type~Connection)とドキュメント部(<!DOCTYPE…~</html>)が返されます。
ドキュメント部の内容が実際にブラウザで表示される内容になります。
※応答ヘッダとドキュメント部の間には改行コードが入ります。
※図に記載した以外にも応答ヘッダで記述できるものはあります。

 

Raspberry Pi Pico W でWebサーバを構成するためには

Raspberry Pi Pico WにWebサーバの機能をプログラミングするためには、Arduino のライブラリ「WiFi」を使用します。

今回使用するRaspberry Pi Pico W用のボードマネージャが、Arduinoのライブラリに対応しているので利用できます。

接続情報の設定

WiFiサーバーとして設定すべき、設定情報は次の通りです。

Wi-Fiのモードをステーション(子機)として設定します。

関数 説明
WiFi::mode(WiFiMode_t m) WiFiのモードをステーション(子機)か、アクセスポイント(AP)にするかを選択します
WiFiMode_t (WIFI_OFF = 0, WIFI_STA = 1, WIFI_AP = 2, WIFI_AP_STA = 3)

Webサーバー機能

Webサーバーを開始するために、WiFiクラスの次の関数を使用します。

関数 説明
WiFiServer(int port) Webサーバを生成します。生成時にはポート番号を指定します
port : ポート番号
WiFiServer server(80);
WiFiServer.begin() Webサーバを開始します
server.begin();
WiFiServer.available() Webクライアントからの接続情報の取得
戻り値はWiFiClient型
WiFiClient client = server.available();
※接続されたクライアントがいない場合は、WiFiClientは、「False」になります

Webクライアント機能

関数 説明
WiFiClient() Webクライアント接続を生成します
生成時にWiFiServer.available()の結果を格納することでWebサーバに接続されているものが取得できます
WiFiClient client = server.available();
WiFiClient.connected() Webクライアント接続が接続されているかを取得します(trueまたはfalseが戻ります)
client.connected()
WiFiClient.available() Webクライアント接続が有効かどうかを取得します。(trueまたはfalseが戻ります)
client.available()
WiFiClient.read() Webクライアント接続から値を取得します
WiFiClient.println(char[]) Webクライアント接続への応答内容を定義します
最後に改行が入ります
WiFiClient.printf(char[]) Webクライアント接続への応答内容を定義します
最後に改行が入りません
WiFiClient.flush() クライアント接続にあるデータを消去します
WiFiClient.stop();
クライアント接続を停止します

プログラムの構成

前述したWebサーバーとWebクライアントの機能を使って、次のようにプログラムを構成します。

Raspberry Pi Pico W をWebサーバにしてみる

では実際にスマホやタブレットなどからブラウザで制御するプログラムを書き込んでいきましょう。

プログラム作成前に確認するポイント

プログラム作成前に、以下の点を押さえておいてください。

Wi-Fi接続と時刻同期

Wi-Fi接続と時刻同期の方法については、次の記事で紹介しています。

Wi-Fi接続方法は、次の記事で紹介しています。

関連記事

すけろく Raspberry Pi Pico W がArduinoで プログラムを書き込めることは確認できた。 げんろく ああ。無事、初回書き込みが出来て、 COMポートとしても認識されたな。 […]

プログラム内で、Wi-Fi接続に使用する「ssid」と「password」というものがあります。
ご自分の環境に合わせて値を修正してください。
(スケッチ例では「”your-ssid」、「”your-password」と記載しています。)

Arduino IDEでプログラミングする

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。

 Arduino IDE スケッチ例

 Raspberry Pi Pico Wへの書き込み 

2回目以降

  1.  Raspberry Pi PicoをパソコンにUSB接続します。
  2.  Arduino IDEで前述のプログラムを記載して、 「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。
  3. 「ツール」メニューから「ボード」情報を確認し、次のものを選択します。
    「Raspberry Pi Pico/RP2040」-「Raspberry Pi Pico W」
  4. 「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。
  5. 「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。(転送速度は「9600」です)
  6. 「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

書き込みが完了後、シリアルモニタには、次のように出力されます。

Connecting to 'your-ssid' 
..........................................................
Connected to WiFi
Connect to server at 192.168.xxx.xxx:80

スマホやタブレット、パソコンのブラウザ(Chromeで確認しています)を起動して、シリアルモニタに出力されたIPアドレスを使って、接続します。

<入力例>

http://192.168.xxx.xxx

次のような画面がブラウザに表示されます。

真ん中にあるテキストボックスに英数字で文字を入力して「SEND」ボタンを押します。

※今回は英数字とスペースのみ対応しています。

HTTP接続テスト画面
HTTP接続テスト画面

「SEND」ボタンを押すと、シリアルモニタ上に次のように出力されます。

Send Message : Hello World
Send Message : I am GENROKU
Send Message : test123
Send Message : test 123

編集後記

いかがだったでしょうか。

Raspberry Pi Pico W」のプログラミングといえば、「microPython」と考えていましたが、Arduino IDEでプログラムできるとうれしいですね。

これで、HTTP接続を使用して、さまざまな動き(スイッチのON/OFF、センサーデータの表示、設定値の再設定など)が実装できますね!

Raspberry Pi Pico W」と同じRP2040というチップを搭載している機器にも使えるので応用ができそうです。

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。

記事内でご紹介する「Raspberry Pi Pico W」はこちら!

ピンヘッダ実装済み
created by Rinker
ノーブランド品
¥2,290 (2024/07/18 10:07:00時点 Amazon調べ-詳細)
ピンヘッダを自分ではんだ付けするもの
created by Rinker
Raspberrypi
¥1,630 (2024/07/18 01:15:04時点 Amazon調べ-詳細)

Arduino、C/C++、MicroPythonに対応している組み込み開発キットです。
正確なタイマ機能、温度センサーなどを備えたモデルです。ディスプレイ等がないため、消費電力を抑えた構成をとることができます。いろいろ遊べますよ~

Raspberry Pi Pico Wの他の記事はこちらからどうぞ!

すけろく ウーム。 センサーなどの情報を記録したいな。 げんろく なに。Raspberry Pi Picoで記録媒体を 使いたいのか。 すけろく そうだ。 センサーやカメラのデータを保存したいのだ。 げんろく データの保管には、microSDカードが 使いやすいそ。使ってみるか! この記事では、「Raspberry Pi  Pico/W」に「microSDカードスロット」を接続して読み書きしてみま […]

すけろく うーむ。 げんろく どうした?浮かない顔をして。 すけろく LEDを火のように光らせる方法を知りたくてな。 げんろく それなら、1/fの揺らぎを使って 再現してみるか。 この記事では、「Raspberry Pi  Pico W」を使って、「LEDを揺らぎを加えて点灯させる」方法をご紹介します。 Raspberry Pi の中でも、省電力なCPUを搭載したマイコン開発ボードです。 他のRa […]

すけろく うーむ。 どうしたものか。 げんろく どうした。 暗い顔をして。 すけろく カーモデルのウィンカー点滅を再現したくてな。 明滅回路を作ろうか悩んでおる。 げんろく ん!? そんなときは、メインプロセッサと切り離して 動作するPIOの出番ではないのか! この記事では、「Raspberry Pi  Pico/W」に実装されている「PIO(Programmable I/O」を実際に使ってみます […]

すけろく Raspberry Pi Pico/WのPIO機能を使ってUARTの送信には成功した。 しかし、まだ受信側ができていないのぉ。 げんろく そうだな。 今度は受信側を試してみるか。 すけろく どうせなら、パソコンから送った文字を返すような やり取りができるといいな。 げんろく よし。 UART送受信を実装してみよう。 この記事では、「Raspberry Pi  Pico/W」に実装されてい […]

すけろく Raspberry Pi Pico/WのPIO機能については前回調べた。 今度は実際に使ってみたいの~ げんろく そうだな。 実際にプログラムする際の注意事項などを見ていこう。 すけろく Arduino IDEでも使用できるのか? げんろく ああ。 使えるぞ! Arduino IDEで使う場合を例にやっていこう。 この記事では、「Raspberry Pi  Pico/W」に実装されている […]

すけろく Raspberry Pi Pico/Wには、PIOという機能があるらしいな。 げんろく そうだ。 UARTなどのインタフェース不足や、実装されていない機能を GPIOに対してプログラムできる機能だ。 すけろく Raspberry Pi Pico/Wをもっと知るために PIOを調べてみたい。 げんろく よし! PIOについて少し調べてみるか! この記事では、「Raspberry Pi  P […]

すけろく うーむ。 げんろく どうした浮かない顔して。 すけろく これまで、Raspberry Pi Pico / Wをいろいろ確認してきたが 外付けのボタンの認識ってやったかぇ? げんろく たしかに!まだ取り上げていない基本的なものがあるな よし、今回はボタン押下時の状態を Raspberry Pi Pico / Wで認識してみよう。 この記事では、「Raspberry Pi  Pico W」を […]

すけろく 宅内で使っているリモコンは、どういった仕組みで テレビなどをつけているのかな~? げんろく 赤外線を使って信号を送っているのだ。 すけろく しかし、たくさんある機器のリモコンが混信しないのは どういった仕組みなのかぇ? げんろく よし、今回は赤外線リモコンの通信を 調査してみるか! この記事では、「Raspberry Pi  Pico W」を使って、「赤外線リモコンの通信内容を分析する」 […]

すけろく うーむ。 対応付けが難しいな。 げんろく どうした? Raspberry Pi Picoで悩んでいるようだな。 すけろく Raspberry Pi PicoやPico Wの GPIOピンの情報がボード上にプリント されていないから資料との対応付けがやりづらくてな。 げんろく そうか。そういう課題があるのだな。 よし、解決するグッツを作って提供してみよう! 皆さんは、「Raspberry […]

すけろく うーむ。 モーターを毎回同じくらい回転させることはできんのかな。 げんろく DCモーターや、サーボモーターだと、 回転量を正確に制御することは難しいぞ。 すけろく では、何か解決策はあるのかぇ? げんろく ステッピングモーターというものがある。 モーターの回転をステップとして制御できる。 今回はこのあたりを動かしてみるか。 この記事では、「Raspberry Pi  Pico W」を使っ […]