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電子ペーパー天気予報実験セットのボード説明

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電子ペーパー天気予報実験セットのボードについて
このボードは、SDカードに必要な画像ファイルを入れてSDカードスロットに差しておき、Arduinoで作ったプログラムをUSB経由で書き込むことで、電子ペーパーにSDカードの画像を表示することができるボードになります。

USB
プログラムの書き込みと、電源供給のために使います。Arduinoの開発環境がインストールされたパソコンならば自動でシリアルポートとして認識します。消費電流は300mA程度です。

LED
このボードには動作状態を示すLEDがついています。

  • 電子ペーパーコネクターのとなり：電子ペーパーに電源が供給されると点灯します
  • SDカードのとなり：マイコンがスリープ中またはブート中に点灯し、SDカードにアクセスすると点滅します
  • マイコンの下のLED：赤は電源ランプで、青はシリアルでパソコンとのデータ通信中に点滅します

スイッチ
USBコネクタの両サイドにスイッチがあります

  • RESET(左のスイッチ)：マイコンをリセットできます
  • FRASH(右のスイッチ)：IO0をLowにできます。プログラムの書き込み時にリセットと共にLowにするのですが、この制御は自動で行われるため通常このスイッチは使用しません。

SDカードスロット
マイクロSDカードを挿入します。取り出すときはもう一度SDカードを押し込みます。

ブロック図
この回路のブロック図は以下のようになっています。
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I/Oピン
ESP-WROOM-02(ESP8266)はI/Oピンが少ないため、電子ペーパーやSDカード、SRAMなどのパーツとはSPI通信を利用して接続しています。ほぼすべてのI/Oピンは使用済みとなっています。IO2とTOUTのみ未使用で、基板に拡張用のパッドが設けてあります。

電源
回路で使用する電源はすべてUSB(5V)から供給され、そこから必要な電圧をDCDCコンバータまたはレギュレータで生成しています。動作中の消費電流は200～300mA程度で、ほぼマイコンが占めています。電子ペーパーの電源をOFFし、マイコンがdeepSleepに入ると消費電流は1mA以下にすることができます。
マイコンの動作状況によってはマイコンの電源電圧が瞬間的に2.5V～3V程度に低下することがありました。この電圧変動の影響を他の部品が受けないよう、マイコンとその他の部品とは電源レギュレータを別にしています。
電子ペーパーはかなり多くの種類の電源電圧が必要です。このため、DCDCコンバータとレギュレータ、トランジスタで必要な電圧を生成しています。

各ブロックの機能説明
各ブロックの機能を左上から順に説明します。

  • Power Convertor：USBの電源からESP-WROOM-02用の3.3Vを生成します
  • USB-Serial&Auto Download Logic：USBシリアル変換と、マイコンへのプログラムをダウンロードする時の制御信号を生成します
  • ESP-WROOM-02(ESP8266)：WiFiマイコンです。Arduinoでプログラムできます
  • DCDCPowerConvertor：電子ペーパーに必要な電源を5Vから生成します。SD,SRAM用の3.3Vもマイコンの電源とは別に生成しています
  • 16bit Shift Register：電子ペーパーへのデータを転送と、電子ペーパーの制御信号を生成します
  • SDCard：マイクロSDカードです
  • 1Mb Serial SRAM：画像メモリーとして使います
  • Extend Ports：電源(3.3V,GND)、SPI、CS(IO2)が出ています。SPIの機器を1つ追加できます
  • ED050SC3 EPD：電子ペーパー本体です

回路図と回路説明
各ブロックの回路図や回路の仕組みについては以下の記事をご覧ください。

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