WRX micro:bitを車両で使う その16 シリアル通信(RS232C)を行う

2020年1月27日Ad,micro:bit,OBD2,社外部品・DIY

micro:bitの通信機能には無線通信機能の他、有線で行うシリアル通信機能があります。シリアル通信では3本の配線(送信・受信・GND)を使用して通信を行いますが、micro:bit同士であればワニ口クリップで簡単に接続して通信が可能です。Microsot MakeCodeでもシリアル通信に関するブロックも用意されています。さらに「USBにリダイレクト」のブロックを使用すると、PC(要ターミナルアプリ)とも接続出来ます。

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Webサイトで紹介されているmicro:bitでのシリアル通信の例としては、先の通りmicro:bit同士あるいはPCとの接続に関して多くありますが、私の場合はFA機器やPCの周辺機器でのシリアル通信(RS232C)を目的としています。ここまで書くと最終目的も分かってしまいそうですが、これまでFA機器のPLCと車両OBD2ポートに接続したELM327(RS232C仕様)とで行っていた車両情報取得を、PLCの代わりにmicro:bitで行ってみる事です。

PLCとELM327については、上記の記事辺りから見て下さい。

Microsot MakeCodeのシリアル通信ブロック

Microsot MakeCodeでは「高度なブロック」にシリアル通信に関するブロックが用意されています。種類が色々ありますが、単純に数値や文字を送受信するだけであれば簡単に行えます。ELM327との接続を行う前に、一応micro:bit同士とPC(Windows)との通信を簡単に見ておきます。

micro:bit同士での通信

プログラム

2台のmicro:bitに上記の同じプログラムをダウンロード(書き込み)します。「最初だけ」にあるシリアル通信の設定ブロックの内容はデフォルトのままで変えていません。

配線

ワニ口クリップで2台のmicro:bitを接続します。注意点は互いにP0端子はP1端子へ、P1端子はP0端子となる様に接続します。GNDは互いにGNDです。全て同じ端子同士を接続する場合(P0はP0、P1はP1)は先のプログラムの設定ブロックで、片側の端子設定を逆に設定する必要があります。

これでAボタンまたはBボタンを押せば、相手側のLEDにその内容が表示されます。

PC(Windows)との通信

PCとシリアル通信を行う場合、Microsot MakeCodeで用意されている「USBにリダイレクト」ブロックを使用すると、USB接続でシリアル通信が可能になります。PC側ではターミナルアプリが必要になるので、定番の「Tera Term(窓の杜)」を使用します。

※ここでのPCはWindows10です。またWindowsの他のバージョンでは別途「シリアルポートドライバー」が必要になる場合があります。

プログラム

micro:bitに上記のプログラムをダウンロードします。micro:bit同士の時のプログラムで「最初だけ」の部分を「USBにリダイレクト」に変更しただけです。

配線

配線はmicro:bitにプログラムをダウンロードしたままで、PCとUSBケーブルで接続している状態です。

PC側(Tera Term)

Tera TermをダウンロードしてPCにインストールします。その後Tera Termを立ち上げると「新しい接続先」のウィンドウが開くので、「シリアル」にチェックを入れてポート(USBシリアルデバイス)を選択し、OKをクリックします。

次に上部の「設定」から「シリアルポート」を選択し、スピードを「115200」にして「現在の接続を再設定」をクリックします。

これでmicro:bitのAまたはBボタンを押すと、Tera Termに内容が表示されます。

ボタンを押すたびにTera Term上で改行を行いたい場合は、「文字列を書き出す」ではなく「1行書き出す」を使用します。「1行書き出す」では内容の最後に「改行コード」を付けて送信します。

またTera Termを立ち上げた状態でPCのキーボードで何かを打てば(Tera Term上には表示されません)、その内容がmicro:bitに表示されます。

周辺機器(ELM327)との通信

配線

ここからがこの記事の本題です。RS232C仕様のELM327とmicro:bitを接続して通信が可能かを確認します。micro:bit同士やPCとの接続があまりに簡単だったので、ELM327との接続も当初は何も考えずに上記写真の様に直接配線を行っていました。

micro:bitから適当にATコマンドを送信すると、ELM327のLEDランプが点滅して反応はしているのですが、micro:bitのみでは現在の状況をモニターする事が出来ないので、何が起こっているのか全く分かりません。そこでELM327ではなく、これまで使用していたPLCと接続してmicro:bitからの内容をモニターしてみた所、ATコマンドのアスキーコードは全く異なる値になっていました。

色々考えていた所、ふとmicro:bitは3.3Vという事を思い出し、そもそもシリアル通信でもRS232Cの規格が異なる事に気が付きました。詳しい内容は省きますが、UARTをRS232Cの信号レベルに変換する必要があります。

そこで上記の様なTTLコンバーターを購入しました。3Vや3.3V、5V系電圧をRS232Cレベルに変換します。TTLコンバーターの形状は基盤のみだったり、Dサブ9ピンのオスやメスタイプなどもありますが、ELM327側がメスタイプなので、直接接続出来る様にオスタイプを購入しました。

TTLコンバーターには送受信とGNDの他、電源(VCC)の4つを接続します。配線を半田付けし、micro:bitのIOブレイクアウトボードを使用して送受信のP0とP1端子、GND端子、電源として3V端子にも接続します。

またmicro:bitの状況をモニターする為に、別途LCDパネルも購入してELM327との通信内容が確認出来る様にします(LCDパネルについては上記の前回記事で扱っています)。

上記がLCDパネルを含んだ、ELM327との接続の様子です。LCDパネル側はI2CインターフェイスでSCL・SDA(micro:bitのP19・P20)の他、5V電源とGNDを接続しています。とりあえずELM327へは乾電池を使用して12Vを供給しています(16番ピンが12V、4番または5番ピンがGND)。

通信テスト

micro:bitで通信テスト用のプログラムを組み、ELM327に送信してみます。また受信した内容はLCDパネルに表示する様にもしました。

ELM327は電源を入れると最初にバージョンを送信してきますが、上記の様にLCDパネルに表示されました。とりあえず表示させているだけなので表示位置(行や列)が適当ですが、一応理解できる内容です。ただし先頭と末尾に謎の記号があります。確かこの部分はスペースが2つ連続だったと思うのですが、「7」の後のスペース1つはちゃんとしています。訂正:スペースではなくアスキーコード「0D」の「改行(CR)」でした。LCDパネルでは自動で改行は行われません。

上記はmicro:bitからELM327に、OBD2ポートに対してサポートしているPIDデータの取得を命令する「0100」を送信した結果です。実際に車両に接続していないので、「UNABLE TO CONNECT」は正しい返信です。ただし、本来はその前に「SEARCHING…」という返信がある筈で、micro:bit側でデータを取りこぼしている様な気がするので、プログラムは見直そうと思っています。

その他

購入したTTLコンバーターのICには「3232EE」とあります。またELM327チップを製造している「Elm Electronics社」のデータシート(リンク先はpdf、83ページ目)にも、RS232CでELM327を利用する場合で、ICの「MAX3222E」を使用したアプリケーション例が記載されています(ELM327とは実際にはElm Electronics社のICです)。また現在のELM327のICの最新バージョンは2.2になっています。多く見かけるバージョン1.5はElm Electronics社では製造していません(バージョン履歴に記載あり)。私が所有している物にMAX3222Eが入っているのかは分かりませんが、バージョンが1.2aなので相当古い物です。現在はUSBやWiFiで接続する物が多くRS232C仕様は現在ではなかなか手に入りません。回路が分かる人であればUSB仕様などから改造も出来そうですが。

TTLのレベル変換が必要だった事は盲点でしたが、無事にELM327と通信は行えました。あとはOBD2ポートに対してデータ取得を要求し、その返信がmicro:bitのバッファー内に決まった順序で毎回取り込めれば、PLCと同様に車両情報を扱える事になります。ただしmicro:bitでのデータの扱い方はまだまだ理解していないので、MakeCodeのリファレンスを見ながら色々試す必要があります。

RaspberryPiやArduinoであればもっと色々出来るのでしょうけれど、micro:bitとブロックエディタでどこまで可能なのかも目的の1つになっています。

次回は実際に車両でデータの取得が可能か試してみますが、時間が掛かりそうなので他のテーマを挟む予定です。

「micro:bit」関連記事

以下は「micro:bit」タグの記事一覧です(投稿順)。現在の記事とこれ以降に投稿した記事も含みます。

その他

FA用PLCとELM327を使用した「OBD2」関連の記事は以下の記事から始まります。

注記

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