obnizとMaixBit＋ステッピングモータで360°監視カメラを作る

obniz IoT 2021に向けて、obnizを使うとステッピングモーターをドライバなしで駆動できる点を活かして360°の監視カメラを作ってみました。

ここに動画が表示されます

MaixBitと画角45°のOV2640を利用してこのように、アイテムを配置し360°撮影してみます。

obniz Board 1Y
Sipeed MaixBit(スイッチサイエンス)
ステッピングモーター 17PM-K044-AKZ（秋月電子通商）
カメラ（今回使ったカメラはMaixDockに付いていたOV2640ですが、MaixBit添付のものでも画角が違いますが動くと思います。）
MaixBitはUnitVまたはM5StickVでも代替可能ですが、確認していないので保証はできません。(MaixPy側のスクリプトを書き換える必要があります。)
最初はUnitVかM5StickVを使う予定だったのですがGroveで速度が出ないためMaixBitに変更しました。

360°曲がるので、高屈曲性ケーブルとデュポンコネクタを用意して自作しました。
協和ハーモネットシールドスリムロボットケーブル(Amazon)

obnizとMaixBitはUART通信を行うため下記のように配線します。MaixBitは消費電力が大きくobnizのピンからは電力供給できなかったのでVCC5V(+)とGND(-)に接続しています。

	obniz	MaixBit
VCC(5V)	+	5V
GND	-	GND
UART	TX(10)	RX(IO25)
UART	RX(11)	TX(IO24)

下記のように接続します。

obniz	ステッピングモーター
0	a(赤)
1	aa(黄)
2	b(青)
3	bb(橙)

今回制作過程をTwitterでつぶやいていたところハセグルさんがUnitV向けのパーツライブラリを作成していたので、それを参考にさせていただきました。

ここにツイートが表示されます

カメラとのUART通信を行うパーツライブラリです。
リポジトリに公開しています。

"use strict";

class Grove_UnitVAICamera {
    // Constants
    // Header of a receive packet
    static get _HOP() {
        return [0xFF, 0xD8, 0xEA, 0x01];
    }
    // "Take a picture" instruction
    static get _TAP() {
        return [0xFF, 0xD8, 0xEA, 0x00];
    }
    constructor() {
        this.keys = ["vcc", "cam_tx", "cam_rx", "gnd", "baud", "grove"];
        this.requiredKeys = ["cam_tx", "cam_rx"];
        this.ioKeys = this.keys;
        this.displayName = "Cam";
        this.displayIoNames = { cam_tx: "camTx", cam_rx: "camRx" };
    }
    static info() {
        return {
            name: "Grove_UnitVAICamera",
        };
    }
    wired(obniz) {
        this.obniz = obniz;
        if (this.params.grove) {
            this.uart = this.params.grove.getUart(this.params.baud, "3v");
        }
        else {
            this.obniz.setVccGnd(this.params.vcc, this.params.gnd, "5v");
            this.uart = obniz.getFreeUart();
            this.uart.start({
                tx: this.params.cam_tx,
                rx: this.params.cam_rx,
                baud: this.params.baud,
                bits: this.params.bits,
                parity: this.params.parity,
                stop: this.params.stop,
            });
        }
    }
    arrayToBase64(array) {
        //return Buffer.from(array).toString("base64");  // this line just work in obniz.js
        let uint8Array = new Uint8Array(array.length);
        for(let i = 0; i < uint8Array.length; i++) {
            uint8Array[i] = array[i];
        }
        return btoa(String.fromCharCode(...new Uint8Array(uint8Array)));
    }
    async _drainUntil(uart, search, recv) {
        this.log("_drainUntil" + search);
        
        if (!recv) {
            recv = [];
        }
        this.log("recv:" + recv + ":" );
        while (true) {
            const readed = uart.readBytes();
            recv = recv.concat(readed);
            this.log("recv:" + recv + ":" );
            const tail = this._seekTail(search, recv);
            if (tail >= 0) {
                recv.splice(0, tail);
                return recv;
            }
            await this.obniz.wait(10);
        }
    }
    _seekTail(search, src) {
        let f = 0;
        for (let i = 0; i < src.length; i++) {
            if (src[i] === search[f]) {
                f++;
                if (f === search.length) {
                    this.log("find");
                    return i + 1;
                }
            }
            else {
                f = 0;
            }
        }
        return -1;
    }

    log(value) {
        // HTMLの<div id="log">log</div>にログを表示します。
        // var target = document.getElementById("log");
        // var text = target.innerHTML + "<BR>" + value;
        // target.innerHTML = text;
    }

    async takeContinuousWait() {
        this.log("takeContinuousWait")
        const uart = this.uart;
        let recv = await this._drainUntil(uart, Grove_UnitVAICamera._HOP);
        let databytes;
        while (true) {
            console.log("uartRecv");
            const readed = uart.readBytes();
            recv = recv.concat(readed);
            if (recv.length >= 6) {
                databytes = (recv[0] << 16) | (recv[1] << 8) | recv[2];  // size of JPEG data
                break;
            }
            await this.obniz.wait(10);
        }
        console.log("image: " + databytes + " Bytes");
        recv.splice(0, 6);  // remove tail of packet header from the received data
        while (true) {
            const readed = uart.readBytes();
            recv = recv.concat(readed);
            if (recv.length >= databytes) {
                break;
            }
            await this.obniz.wait(10);
        }
        recv = recv.splice(0, databytes); // remove tail
        console.log(recv);
        return recv;
    }
    async takeOneTimeWait() {
        const uart = this.uart;
        uart.send(Grove_UnitVAICamera._TAP);  // send "Take a picture" instruction
        this.log("Request")
        let recv = await this._drainUntil(uart, Grove_UnitVAICamera._HOP);
        this.log("Request Recv")
        let databytes;
        while (true) {
            const readed = uart.readBytes();
            recv = recv.concat(readed);
            if (recv.length >= 6) {
                databytes = (recv[0] << 16) | (recv[1] << 8) | recv[2];  // size of JPEG data
                break;
            }
            await this.obniz.wait(10);
        }
        //console.log("image: " + databytes + " Bytes");
        recv.splice(0, 6);  // remove tail of packet header from the received data
        while (true) {
            const readed = uart.readBytes();
            recv = recv.concat(readed);
            if (recv.length >= databytes) {
                break;
            }
            await this.obniz.wait(10);
        }
        recv = recv.splice(0, databytes); // remove tail
        return recv;
    }
}
if (typeof module === 'object') {
  module.exports = Grove_UnitVAICamera;
}

メモリが足らないのでファームウェアは最小を使います（ただし_threadは必要）
microSDカードのルートにboot.pyという名前のファイルを作成して書き込むか、MaixPyIDEからフラッシュメモリ上に転送しておきます。

import sensor
from fpioa_manager import fm
from machine import UART
import _thread
import time,sys

BOARD_NAME = "MAIXBIT" # M5STICKV or UNITV

if BOARD_NAME == "M5STICKV":
    import lcd
    from board import board_info
    from Maix import GPIO
elif BOARD_NAME == "UNITV":
    from modules import ws2812
    class_ws2812 = ws2812(8,100)
elif BOARD_NAME == "MAIXBIT":
    print("MAIXBIT")

##### User settings section Begin #####
# Baud rate(should be matched with obniz.)
BAUD_RATE = 115200

# Shooting mode
# When SHOOTING_MODE_ONE_TIME is True, Wait for "take a picture" instruction from obniz.
SHOOTING_MODE_ONE_TIME = True

# JPEG Compression Quality(0-100)
JPEG_COMP_QUALITY = 50

# Camera Resolution(sensor.VGA, QVGA, QQVGA ...)
CAMERA_RESOLUTION = sensor.QVGA

# Use LED indicator
USE_LED = False
##### User settings section End #####

# Send Flag
SEND_MODE = False


# RGB LED Settings
BRIGHTNESS = 0x10
LED_INTERVAL = 100 # msec

# Initialize of UART
fm.register(24, fm.fpioa.UART1_TX, force=True)
fm.register(25, fm.fpioa.UART1_RX, force=True)
#uart_Port = UART(UART.UART1, BAUD_RATE, 8, UART.PARITY_ODD, 1, timeout=1000, read_buf_len= 4096)
uart_Port = UART(UART.UART1, BAUD_RATE, 8, None, 1, timeout=1000, read_buf_len= 4096)
uart_Port.init()
# camera
sensor.reset()
sensor.set_framesize(CAMERA_RESOLUTION)
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)

if BOARD_NAME == "M5STICKV":
    lcd.init(type=3)    # type=3 is required for maixpy 0.6.0 and above.
    lcd.rotation(2)
    fm.register(board_info.LED_W, fm.fpioa.GPIO3)
    led_w = GPIO(GPIO.GPIO3, GPIO.OUT)
    led_w.value(1) #RGBW LEDs are Active Low
    fm.register(board_info.LED_R, fm.fpioa.GPIO4)
    led_r = GPIO(GPIO.GPIO4, GPIO.OUT)
    led_r.value(1) #RGBW LEDs are Active Low
    fm.register(board_info.LED_G, fm.fpioa.GPIO5)
    led_g = GPIO(GPIO.GPIO5, GPIO.OUT)
    led_g.value(1) #RGBW LEDs are Active Low
    fm.register(board_info.LED_B, fm.fpioa.GPIO6)
    led_b = GPIO(GPIO.GPIO6, GPIO.OUT)
    led_b.value(1) #RGBW LEDs are Active Low

    def BlinkLED(r, g, b):
        # M5StickV can't control brightness
        if r > 0:
            led_r.value(0)
        if g > 0:
            led_g.value(0)
        if b > 0:
            led_b.value(0)
        time.sleep_ms(LED_INTERVAL)
        led_r.value(1)
        led_g.value(1)
        led_b.value(1)
        time.sleep_ms(LED_INTERVAL)

elif BOARD_NAME == "UNITV":
    sensor.set_vflip(1)
    sensor.set_hmirror(1)
    class_ws2812 = ws2812(8, 1)
    a = class_ws2812.set_led(0, (100, 0, 100))
    a = class_ws2812.display()
    time.sleep(1)
    a = class_ws2812.set_led(0, (0, 0, 0))
    a = class_ws2812.display()

    # Blink RGB LED
    def BlinkLED(r,g,b):
        if USE_LED == True:
            class_ws2812.set_led(0,(r,g,b))
            class_ws2812.display()
            time.sleep_ms(LED_INTERVAL)
            class_ws2812.set_led(0,(0,0,0))
            class_ws2812.display()
            time.sleep_ms(LED_INTERVAL)

elif BOARD_NAME == "MAIXBIT":
    def BlinkLED(r,g,b):
        time.sleep_ms(100)

# sensor.skip_frames(1, 300)
sensor.set_brightness(1)
sensor.set_auto_whitebal(1)
sensor.set_auto_exposure(1)
sensor.run(1)


def take(shooting_mode):
    global SEND_MODE
    if USE_LED == True:
        # Turn on the red LED during the process.
        BlinkLED(BRIGHTNESS,0,0)

    img = sensor.snapshot()
    if BOARD_NAME == "M5STICKV":
        lcd.display(img)

    if (SEND_MODE == True or SHOOTING_MODE_ONE_TIME == False):
        if BOARD_NAME == "M5STICKV":
            img.draw_string(320, 240 , "Send", color=lcd.RED)
            lcd.display(img)
        # Lowering the quality value increases the frame rate.
        #img = sensor.snapshot()
        img.compress(quality=JPEG_COMP_QUALITY)
        sendImage(img)
    if USE_LED == True:
        BlinkLED(0,0,BRIGHTNESS)



def sendImage(p_buf):
    global SEND_MODE
    # Packet header
    buf_size1 = (p_buf.size()& 0xFF0000)>>16
    buf_size2 = (p_buf.size()& 0x00FF00)>>8
    buf_size3 = (p_buf.size()& 0x0000FF)>>0
    data_packet = bytearray([0xFF,0xD8,0xEA,0x01,buf_size1,buf_size2,buf_size3,0x00,0x00,0x00])
    #data_packet = bytearray([0x02,0xD8,0xEA,0x01,buf_size1,buf_size2,buf_size3,0x00,0x00,0x00])
    uart_Port.write(data_packet)

    # Transmit image data.
    uart_Port.write(p_buf)

    print("Data Sent")
    #time.sleep(0.5)
    if SHOOTING_MODE_ONE_TIME == True:
        SEND_MODE = False

def recvData(uart_Port):
    global SEND_MODE
    while True:
        print("recvdata")
        while uart_Port.any() == False:
            #print("data wait")
            time.sleep_ms(100)

        recv_data = uart_Port.read()
        #recv_str = recv_data.decode('utf-8')
        print(recv_data)
        if (recv_data == bytearray([0x00, 0xFF, 0xD8, 0xEA, 0x00])) or \
           (recv_data == bytearray([0xFF, 0xD8, 0xEA, 0x00])):
            SEND_MODE = True
        time.sleep_ms(100)

if SHOOTING_MODE_ONE_TIME == True:
    # SINGLE SHOT
    _thread.start_new_thread(recvData, (uart_Port,))

try:
    while True:
        #print("Take Picture")
        take(SHOOTING_MODE_ONE_TIME)
        time.sleep_ms(500)

except Exception as e:
    uart_Port.deinit()
    del _thread
    sys.print_exception(e)
    sys.exit()

obnizクラウドで公開しています。（まだ公開の仕方がよくわかっていないので説明文書がありません。）
下記の２ステップを繰り返した後、元に戻ります。（初期状態では45°毎に8回）
・写真を撮る
・ステッピングモーターの回転

<html>
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
    <link rel="stylesheet" href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.3.1/css/bootstrap.min.css" />
    <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.2.1.min.js"></script>
    <script src="https://unpkg.com/obniz@3.x/obniz.js" crossorigin="anonymous" ></script>
    <script src="https://obniz.io/users/2489/repo/Grove_UnitVAICamera.js"></script>
    <script src="bower_components/console-log-div/console-log-div.js"></script>
  </head>
  <body>
    <div id="obniz-debug"></div>
    <script>
      console.log("Start")
      var obniz = new Obniz("OBNIZ_ID_HERE");

      // called on online
      obniz.onconnect = async function() {
        // パーツライブラリの登録
        Obniz.PartsRegistrate(Grove_UnitVAICamera);
        obniz.display.clear();
        obniz.display.print("360 Camera");

        var cam = obniz.wired("Grove_UnitVAICamera", { gnd:8, vcc:9, cam_rx:10, cam_tx:11, baud:115200, parity:"off", stop:1 });
        // var cam = obniz.wired("Grove_UnitVAICamera", { grove: obniz.grove0, baud:115200 }); // Groveの場合(未検証)
        var motor = obniz.wired("StepperMotor", {a:0, aa:1, b:2, bb:3});
        motor.rotationStepCount = 200;

        const image_area = [ "image0", "image1", "image2", "image3", "image4", "image5", "image6", "image7" ];
        const rotation = [ -45, -45, -45, -45, -45, -45, -45, -45 ];
        //if the "Take Picture" clicked
        $("#take_picture").on("click", async function() {
          //show input text on obniz display
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("Take Picture");

          all_rotation = 0;

          for (let i = 0; i < image_area.length; i++) {
            console.log(rotation[i]);
            await motor.rotateWait(rotation[i]);
            const jpegData = await cam.takeOneTimeWait();
            console.log("recv");
            // <img id="image?">に表示
            document.getElementById(image_area[i]).src = "data:image/jpeg;base64," + cam.arrayToBase64(jpegData);
            all_rotation = all_rotation + rotation[i];
          };
          await obniz.wait(500);
          console.log("home")
          await motor.rotateWait(-1 * all_rotation);
        });

        // called while online.
        obniz.onloop = async function() {
          
        };
      };
      
      // called on offline
      obniz.onclose = async function() {
        
      };
    </script>
    <button class="btn btn-primary" id="take_picture">Take Picture</button>
    <hr>
    <img id="image0"><img id="image1"><img id="image2"><img id="image3"><img id="image4"><img id="image5"><img id="image6"><img id="image7">

    <hr>
    <div id="log"></div>
  </body>
</html>

K210というAIチップ搭載のMaixBitをカメラとして使うので、人の検出をしたら撮影開始等の機能も埋め込みたかったのですが、今回はメモリ不足のようでうまく動かないため組み込めませんでした。また、時間ができたらリベンジしてみます。
　
　obnizとJavaScriptの経験が浅いので、間違っている実装もあると思いますがその点はご了承ください。