ESP-WROOM-02とMQTT + openHABでホームオートメーションに挑戦 (4) ArduCam(web camera)とOTA (無線でスケッチ書き込み)

OpenHABでは画像も表示されることがわかりましたので、何か良いものはないかと物色していたところ、EbayでArducamを見つけました。
ArduCAM01
Arducam Mini module Camera Shield w/ 2 MP OV2640 for Arduino UNO Mega2560 board

200万画素のCMOSイメージセンサー OV2640搭載でインターフェースはSPIとI2CでAruinoにつなげることができるみたいです。3.3V動作可能なのでESP-WROOM-02とも相性が良さそうですね。製造元のサイトにESP8266との配線図が載っていますので無線WEBカメラが簡単に出来そうです。(実際は私の不徳で長い道のりでした)

ArduCAMのサイト
http://www.arducam.com/arducam-supports-esp8266-arduino-board-wifi-websocket-camera-demo/

Arducam回路図01

Arducam回路図01

ArduCAMライブラリーのインストールを行います。
https://github.com/ArduCAM/Arduino
こちらのサイトから DownloadZIPでファイルをダウンロードして、解凍したできたArduCAMディレクトリをそのままArduinoのlibraryフォルダにコピーします。Arduino IDE から

ファイル > スケッチの例 > ArcuCAM > ESP8266 > ArduCAM_mini_Ov2640_Capture

をロードします。

const char* ssid = "SSID"; // Put your SSID here
const char* password = "Password"; // Put your PASSWORD here

自分のWifi環境に合わせ上記二つのを書き換えてスケッチを走らせてみます。ちなみに今回私は Arduino IDE ver 1.6.7 , ボードマネージャー esp8266 by ESP8266 Community Ver 2.1.0 で作業を行いました。

実行してみると、シリアルモニタの表示は

ArduCAM Start!
Can't find OV2640 module!

残念ながらArduCAM MINI(ArduCAM-M-2MP)には何種類かリビジョン違いがあるみたいで、私の物はこのスケッチでは動かないようです。スケッチの一部を変更します。

if ((vid != 0x26) || (pid != 0x41)){
Serial.println("Can't find OV2640 module!");

ここの行の 0x41を0x42に書き換えて、ようやくOV2640イメージセンサーを認識するようにしました。

動作の確認方法です。直接ブラウザでアドレス指定しても良いのですが、ダウンロードして展開したファイル

libraryes > ArduCAM > examples > ESP8266 > ArduCAM_Mini_OV2640_Capture > html > index.html

こちらにある index.html(またはvideo.html)をブラウザで立ち上げます。起動時シリアルモニタに表示されるDHCPで割り振られたESP-WROOM-02のIPアドレスをCamera IP Address欄にインプットした後、下のいずれかの解像度のボタンをクリックするとキャプチャした画面が表示されます。

画像が乱れてしまった

画像が乱れてしまった

…という訳だったのですが、残念!ちゃんと表示されません。

https://github.com/ArduCAM/Arduino/issues/21 こちらに2つの解決法が載っていました。

1. ESP8266 libraryのコードを手直しする方法 ボードマネージャでesp8266をインストールした場合は下記の場所のコードを一部書き換えます。(書き換え内容はURL先記述文)

ユーザー > (User NAME) > AppData(隠しフォルダ) > Local > Arduino15 > packages > esp8266 > hardware > esp8266 > (version NO.) > libraryes > ESP8266WiFi > SRC以下

2.スケッチ中のバッファサイズを書き換える方法 (4096を1024へ)

static const size_t bufferSize = 1024; //4096 2ケ所

今回は 2. 案を採用しました

画面表示速度ははっきり言って遅いです。640×480の解像度では大体2~3秒で1画面描画でしょうか。0.5~0.3fpsぐらいだと思います。(後付けの注釈:書いている私が言うのはおかしいですが、実用性だけを考えると別のwebcamを選択した方が良いと思います。)

ArduCAMとESP-WROOM-02の転送速度がネックになっているようです。ただ、320×240の解像度では割と早く表示されます。また、1.案でスケッチをコンパルすると速度が速くなるかもしれません。(後付けの注釈:気持ち早くなりました)

ようやく表示されました

ようやく表示されました

さて私個人的には、過去さんざん失敗してきたOTA(Over The Aire : WiFi経由のスケッチ書き込み)に挑戦です。Arduino IDE ver 1.6.7より正式対応になったようです。こちらtakehikoshimajimaさんのサイトに詳しく書かれています。

上記サイトの文中に記述されてますが、下記プログラムがインストールされていることが必要です。

■ Arduino IDE ver 1.6.7と Board : esp8266 by ESP8266 Community ver 2.0.0 (or later)
■ Python 2.7

さらに、マルチキャストDNSを使ってホストの名前解決という事なので、この他にWindowsマシン + Arduino IDEの構成ではBonjourも必要だと思います。iTunesがインストールされていれば同時に入っているかもしれません。
Bonjour
サンプルスケッチに少し手を加え、スタティック IP AdressとOTAを設定します。


#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <ESP8266mDNS.h>

#include <Wire.h>
#include <ArduCAM.h>
#include <SPI.h>
#include "memorysaver.h"

#include <ESP8266mDNS.h>
#include <WiFiUdp.h>
#include <ArduinoOTA.h>

// Enabe debug tracing to Serial port.
#define DEBUGGING

// Here we define a maximum framelength to 64 bytes. Default is 256.
#define MAX_FRAME_LENGTH 64

// Define how many callback functions you have. Default is 1.
#define CALLBACK_FUNCTIONS 1

const int CS = 16;

int wifiType = 0; // 0:Station  1:AP
const char* ssid = "SSID"; // Put your SSID here
const char* password = "PASSWORD"; // Put your PASSWORD here

IPAddress ip(192, 168, 11, 1); //ESP-WROOM-02 IP Address
IPAddress gateway(192, 168, 11, xxx); //Gateway IP Address
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); //SubNet MASK

ESP8266WebServer server(80);

ArduCAM myCAM(OV2640, CS);

void start_capture() {
  myCAM.clear_fifo_flag();
  myCAM.start_capture();
}

void camCapture(ArduCAM myCAM) {
  WiFiClient client = server.client();

  size_t length = myCAM.read_fifo_length();
  if (length >= 393216) {
    Serial.println("Over size.");
    return;
  } else if (length == 0 ) {
    Serial.println("Size is 0.");
    return;
  }

  myCAM.CS_LOW();
  myCAM.set_fifo_burst();
  SPI.transfer(0xFF);

  if (!client.connected()) return;
  String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
  response += "Content-Type: image/jpeg\r\n";
  response += "Content-Length: " + String(length) + "\r\n\r\n";
  server.sendContent(response);

  static const size_t bufferSize = 1024 ; // 4096
  static uint8_t buffer[bufferSize] = {0xFF};

  while (length) {
    size_t will_copy = (length < bufferSize) ? length : bufferSize;
    SPI.transferBytes(&buffer[0], &buffer[0], will_copy);
    if (!client.connected()) break;
    client.write(&buffer[0], will_copy);
    length -= will_copy;
  }

  myCAM.CS_HIGH();
}

void serverCapture() {
  start_capture();
  Serial.println("CAM Capturing");

  int total_time = 0;

  total_time = millis();
  while (!myCAM.get_bit(ARDUCHIP_TRIG, CAP_DONE_MASK))
  {
    delay(1);
  }


  total_time = millis() - total_time;
  Serial.print("capture total_time used (in miliseconds):");
  Serial.println(total_time, DEC);

  total_time = 0;

  Serial.println("CAM Capture Done!");
  total_time = millis();
  camCapture(myCAM);
  total_time = millis() - total_time;
  Serial.print("send total_time used (in miliseconds):");
  Serial.println(total_time, DEC);
  Serial.println("CAM send Done!");
}

void serverStream() {
  WiFiClient client = server.client();

  String response = "HTTP/1.1 200 OK\r\n";
  response += "Content-Type: multipart/x-mixed-replace; boundary=frame\r\n\r\n";
  server.sendContent(response);

  while (1) {
    start_capture();
    delay(1);
    while (!myCAM.get_bit(ARDUCHIP_TRIG, CAP_DONE_MASK))
    {

    }
    size_t length = myCAM.read_fifo_length();
    if (length >= 393216) {
      Serial.println("Over size.");
      continue;
    } else if (length == 0 ) {
      Serial.println("Size is 0.");
      continue;
    }

    myCAM.CS_LOW();
    myCAM.set_fifo_burst();
    SPI.transfer(0xFF);

    if (!client.connected()) break;
    response = "--frame\r\n";
    response += "Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n";
    server.sendContent(response);

    static const size_t bufferSize = 1024  ; //  4096
    static uint8_t buffer[bufferSize] = {0xFF};

    while (length) {
      size_t will_copy = (length < bufferSize) ? length : bufferSize;
      SPI.transferBytes(&buffer[0], &buffer[0], will_copy);
      if (!client.connected()) break;
      client.write(&buffer[0], will_copy);
      length -= will_copy;
    }
    myCAM.CS_HIGH();

    if (!client.connected()) break;
  }
}

void handleNotFound() {
  String message = "Server is running!\n\n";
  message += "URI: ";
  message += server.uri();
  message += "\nMethod: ";
  message += (server.method() == HTTP_GET) ? "GET" : "POST";
  message += "\nArguments: ";
  message += server.args();
  message += "\n";
  server.send(200, "text/plain", message);

  if (server.hasArg("ql")) {
    int ql = server.arg("ql").toInt();
    myCAM.OV2640_set_JPEG_size(ql);
    Serial.println("QL change to: " + server.arg("ql"));
  }
}

void setup() {
  uint8_t vid, pid;
  uint8_t temp;
#if defined(__SAM3X8E__)
  Wire1.begin();
#else
  Wire.begin();
#endif
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("ArduCAM Start!");

  // set the CS as an output:
  pinMode(CS, OUTPUT);

  // initialize SPI:
  SPI.begin();
  SPI.setFrequency(4000000); //4MHz

  //Check if the ArduCAM SPI bus is OK
  myCAM.write_reg(ARDUCHIP_TEST1, 0x55);
  temp = myCAM.read_reg(ARDUCHIP_TEST1);
  if (temp != 0x55) {
    Serial.println("SPI1 interface Error!");
    while (1);
  }

  //Check if the camera module type is OV2640
  myCAM.wrSensorReg8_8(0xff, 0x01);
  myCAM.rdSensorReg8_8(OV2640_CHIPID_HIGH, &vid);
  myCAM.rdSensorReg8_8(OV2640_CHIPID_LOW, &pid);
  if ((vid != 0x26) || (pid != 0x42)) {
    Serial.println("Can't find OV2640 module!");
    while (1);
  } else {
    Serial.println("OV2640 detected.");
  }

  //Change to JPEG capture mode and initialize the OV2640 module
  myCAM.set_format(JPEG);
  myCAM.InitCAM();
  myCAM.OV2640_set_JPEG_size(OV2640_640x480);
  myCAM.clear_fifo_flag();
  myCAM.write_reg(ARDUCHIP_FRAMES, 0x00);

  if (wifiType == 0) {
    // Connect to WiFi network
    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print("Connecting to ");
    Serial.println(ssid);

    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(ssid, password);
    //set static ip part
    WiFi.config(ip, gateway, subnet);

    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
      delay(500);
      Serial.print(".");

    }
    Serial.println("WiFi connected");
    Serial.println("");
    Serial.println(WiFi.localIP());
  } else if (wifiType == 1) {
    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print("Share AP: ");
    Serial.println(ssid);

    WiFi.mode(WIFI_AP);
    WiFi.softAP(ssid, password);
    Serial.println("");
    Serial.println(WiFi.softAPIP());
  }

  // Start the server
  server.on("/capture", HTTP_GET, serverCapture);
  server.on("/stream", HTTP_GET, serverStream);
  server.onNotFound(handleNotFound);
  server.begin();
  Serial.println("Server started");

  ArduinoOTA.begin();
  //  Serial.println("OTA Ready");
  //  Serial.print("IP address: ");
  //  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void loop() {
  ArduinoOTA.handle();
  server.handleClient();
}


最初は通常通りシリアルインターフェースからスケッチを書き込みます。再起動してESP-WROOM-02がネットワークに繋がった後に再度 Arduino IDEを立ち上げると、新たにネットワークインターフェースが表示されます。

新しい無線経由のポートが表示されます

新しいWiFi経由のポートが表示されます


インターフェースを切り替えてスケッチをアップロードしたのですが残念ながら、

[ERROR]: No response from device 

エラーメッセージが表示されてうまくいきません。なかなか一筋縄ではいかないようです。

かなり悩みましたが結局、失敗の原因はPCにインストールされているセキュリティソフトのファイヤーウォールでした。外部から始まった内向きの通信がブロックされているのが問題だったようです。(盲点でした)

すべてクリアして初めてOTAが成功したときは感動モノでした。スピードも速いですし、すごく便利ですね。デプロイ(設置)した後でもスケッチを簡単に書き換えられそうです。(注:WiFi経由のポートを選択した時はシリアルモニタは使えないようです。)

画像はブラウザから直接下記のアドレスでもアクセスできます。(便宜上 ESP-WROOM-02のIPアドレスを192.168.11.1とします)

http://192.168.11.1/capture :静止画
http://192.168.11.1/stream :動画

これをOpenHABから表示させるようにします。本来OpenHABではmjpeg動画も表示できるのですが、今回のESP-WROOM-02 + ArduCAM では表示可能なものの長時間の運用がどうもうまくいきませんでした。仕方なく静止画を数秒ごとに再表示させることにします。

# cat /etc/openhab/configurations/sitemaps/my_home.sitemap

sitemap my_home label="Main Menu"
{
Frame label="MQTT" {
Switch item=lamp1 label="Gatepost Lamp"

Frame label="" {
Image url="http://192.168.11.1/capture" refresh=1000
}
}

1000ミリ秒(= 1 S)ごとに画面をリフレッシュする指定なのですが、残念ながら私のOpenHab 1.8.1では呼び出した時のままで、再描写されませんでした。これにも相当悩みましたが、こちらに書かれているとおりコードを変更して解決しました。(ディレクトリは Debian wheezy の場合です)

(※ 3/20追記 この方法で画像はリフレッシュされるようになりましたが、他のアイテムがリフレッシュされないようです。一長一短です。)

(※ 3/27 追記 Debian wheezy にて apt-get でインストールされるOpenHABのバージョンが 1.8.2になったようです。下記の作業は必要ないと思います。)

https://community.openhab.org/t/please-help-test-fix-for-image-and-chart-refresh-in-classic-web-ui/8106

# /etc/init.d/openhab stop
# mkdir ~/temp
# cd /usr/share/openhab/server/plugins
# mv org.openhab.ui.webapp_1.8.1.jar ~/temp/
# cd /usr/share/openhab/addons/
# wget https://dl.dropboxusercontent.com/u/4286376/classicui-full-image-chart-refresh/org.openhab.ui.webapp-1.8.2-SNAPSHOT.jar
# /etc/init.d/openhab start
OpenHABから表示されました

OpenHABから表示されました

ESP-WROOM-02とMQTT + openHABでホームオートメーションに挑戦 (4) ArduCam(web camera)とOTA (無線でスケッチ書き込み)” への2件のコメント

  1. こんにちは。
    WROOM-02 で遊んでいたのですが、
    [ERROR]: No response from device 
    で大嵌まりし、藁をもすがる思いでこちらを参考にさせていただきました。

    >かなり悩みましたが結局、失敗の原因はPCにインストールされているセキュリティソフトのファイヤーウォールでした。外部から始まった内向きの通信がブロックされているのが問題だったようです。(盲点でした)

    ビンゴでした。ファイヤウォールの設定を外したら一発でした。
    有益な情報提供に、本当に感謝します。
    ありがとうございます。

    • 不惑になってからの電子工作さん、こんばんは。コメントありがとう
      ございます。しばらく前からOTAフラッシュの事は、記事を読んで
      知っていたのですが、何度やっても失敗続きでした。半ばあきらめて
      いたのですが、ある時失敗の原因が偶然に発見できました。
      少しお役に立てたようでうれしいです。また、どうぞよろしくお願い
      いたします。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です