ESP32でピエゾセンサーの値を読み取る際の不具合ついて

ESP32-DevKitCと2つのピエゾセンサーをつないで、
ピエゾセンサーを叩いてその値を読み取ろうとしているのですが、
特定のアナログピンに接続した場合、叩いてもないピエゾセンサーの値が混ざってしまいます。
GPIO25ピン、GPIO26ピンの組み合わせですと、期待通りの結果を出してくれるので、
まずそちらから示しますと、回路は

緑の線がGPIO25ピンに、黄色の線がGPIO26ピンにつながっています。抵抗は１MΩです。
コードは

C++
1void setup() {
2  Serial.begin(115200);
3}
4void loop() {
5  int res1 = analogRead(25);
6  int res2 = analogRead(26);
7　//ピエゾセンサーに触れていなくても200より小さな値を出力してしまっているため、
8　//しきい値を200とし、それより下はカットします。
9  if(res1>200) {Serial.print("25 is "); Serial.println(res1);}
10  if(res2>200) {Serial.print("26 is "); Serial.println(res2);}
11}

です。
この時、ピエゾセンサーを1回ずつ叩くと、

C++
125 is 2855　//25ピンにつながったピエゾセンサーを1回叩きます
225 is 4095
325 is 4095
425 is 4095
525 is 3437
625 is 811
725 is 4095
825 is 4095
925 is 4095
1025 is 3131
1125 is 2319
1225 is 4095
1325 is 1967
1425 is 3503
1525 is 3519
1625 is 3541
1725 is 3003
1825 is 3475
1925 is 3159
2025 is 2607
2125 is 1626
2225 is 1159
2325 is 1480
2425 is 1294
2525 is 272
2625 is 272
2725 is 269
2825 is 374
2925 is 684
3025 is 2491
3125 is 2515
3225 is 1834
3325 is 1492
3425 is 1487
3525 is 1445
3625 is 1244
3725 is 1535
3825 is 1040
3925 is 881
4025 is 976
4125 is 788
4225 is 739
4325 is 938
4425 is 768
4525 is 464
4625 is 441
4725 is 480
4825 is 465
4925 is 404
5025 is 326
5125 is 264
5225 is 212　//ここまで
5326 is 2799　//次に26ピンにつながったピエゾセンサーを一回叩きます
5426 is 2287
5526 is 4095
5626 is 4095
5726 is 1754
5826 is 4095
5926 is 4095
6026 is 2559
6126 is 2639
6226 is 1005
6326 is 3771
6426 is 4095
6526 is 4095
6626 is 441
6726 is 1275
6826 is 1002
6926 is 4095
7026 is 2359
7126 is 1136
7226 is 454
7326 is 240
7426 is 464
7526 is 654
7626 is 298
7726 is 202
7826 is 296
7926 is 448
8026 is 761
8126 is 801
8226 is 612
8326 is 412
8426 is 363
8526 is 284
8626 is 336
8726 is 469
8826 is 656
8926 is 862
9026 is 1038
9126 is 1130
9226 is 1392
9326 is 1360
9426 is 1531
9526 is 1584
9626 is 1237
9726 is 938
9826 is 650
9926 is 519
10026 is 405
10126 is 332
10226 is 272
10326 is 238
10426 is 202 //ここまで

このようにお互いの値が混ざることなく出力されます。
同じことをGPI32ピンとGPI33ピンの組み合わせですると、結果はこうなりました。
（叩いてないのに出力されているセンサーの値を**で囲みます。）

C++
132 is 3895　//32ピンにつながったピエゾセンサーを1回叩きます。
2**33 is 664**
332 is 4095
4**33 is 1189**
5**33 is 584**
6**33 is 642**
7**33 is 661**
832 is 4095
9**33 is 1477**
10**33 is 976**
11**33 is 1008**
12**33 is 1030**
1332 is 4095
14**33 is 2515**
1532 is 4095
16**33 is 2746**
1732 is 1171
18**33 is 2335**
1932 is 4095
20**33 is 1999**
2132 is 2093
22**33 is 1712**
2332 is 224
24**33 is 1456**
2532 is 1895
26**33 is 1252**
2732 is 4095
28**33 is 1730**
2932 is 1268
30**33 is 1511**
3132 is 452
32**33 is 1291**
3332 is 248
34**33 is 1094**
3532 is 220
36**33 is 932**
37**33 is 794**
38**33 is 733**
39**33 is 680**
40**33 is 628**
41**33 is 580**
42**33 is 532**
43**33 is 491**
4432 is 240
45**33 is 452**
4632 is 272
47**33 is 434**
4832 is 264
49**33 is 328**
5032 is 217
51**33 is 256**
52**33 is 208**
5332 is 344
5432 is 667
5532 is 336
5632 is 276
5732 is 554
5832 is 458
5932 is 240
6032 is 201
6132 is 212
6232 is 206
6332 is 210
6432 is 228
6532 is 208
6632 is 240
6732 is 240
6832 is 208　//ここまで
6933 is 415　//次に33ピンにつながったピエゾセンサーを1回叩きます。
70**32 is 668**
7133 is 4095
7233 is 256
7333 is 372
7433 is 2645
7533 is 3791
76**32 is 289**
7733 is 4095
7833 is 4095
79**32 is 369**
8033 is 4095
8133 is 1209
8233 is 1439
8333 is 1301
8433 is 3743
8533 is 3999
8633 is 1050
8733 is 272
8833 is 1871
8933 is 2163
9033 is 1184
9133 is 228
9233 is 240
9333 is 272
9433 is 805
9533 is 1348
9633 is 1651
9733 is 1520
9833 is 957
99**32 is 704**
10033 is 4095
10133 is 2640
10233 is 4095
10333 is 4095
10433 is 3919
10533 is 3031
10633 is 2877
10733 is 3007
10833 is 2887
10933 is 2501
11033 is 2167
11133 is 1959
11233 is 1834
11333 is 1726
11433 is 1648
11533 is 1535
11633 is 1423
11733 is 1328
11833 is 1307
11933 is 1313
12033 is 1296
12133 is 1285
12233 is 1252
12333 is 1185
12433 is 1121
12533 is 1064
12633 is 997
12733 is 936
12833 is 872
12933 is 800
13033 is 740
13133 is 688
13233 is 617
13333 is 563
13433 is 516
13533 is 468
13633 is 2207
13733 is 1987
13833 is 1105
13933 is 503
14033 is 508
14133 is 645
14233 is 624
14333 is 524
14433 is 482
14533 is 448
14633 is 384
14733 is 304
14833 is 262
14933 is 208
15033 is 201
15133 is 204
15233 is 204
15333 is 240
15433 is 208
15533 is 208
15633 is 202
15733 is 204
15833 is 204
15933 is 201
16033 is 201
16133 is 209
16233 is 208
16333 is 208　//ここまで

25ピン、26ピン以外のほとんどのアナログピンを試しましたが、
正常に出力してくれたのは25ピン、26ピンだけで、他は値が混ざってしまっていました。
何故このようなことが起こるのか、どなたかご説明頂くことは可能でしょうか。

【11月26日追記】
検証の方がまだ全て終わってないのですが、試行錯誤の結果、
とりあえず許せる範囲で制御できてきましたので、一旦途中経過をご報告していきます。
まず、最初に実験していた回路は以下の通りです。（手書きで済みません）
![]
最初の実験ではピエゾセンサーをデコピンのように中指でバチンと弾いていました。
上記の結果はその時の実験のものです。その結果を見てみると、
大きい値が出ている前後（最大値の4095付近）で値が混ざってしまっていたので、
試しにピエゾセンサーを棒で軽くコツンと叩いてみますと、
200より大きい値は混ざらないことが分かりました。

また、板の裏にピエゾセンサーを貼り付けて、板を上から叩いた時は
GPIO0、2、GPI36、GPI39以外のアナログピンで正常に入力してくれました。
GPIO0、2は良いとしても、GPI36、GPI39は何度やっても値が混ざってしまいました。
GPI36、GPI39が特殊なピンだからなのかも知れません。

結論としては、強い衝撃が加わった時に値が混ざる不具合が出てしまうようなので、
ピエゾセンサーを直接叩かず、板などの緩衝材を挟むのが吉という結論に至りました。

次にBluetoothの設定をsetup()内でした時に、GPI32～39以外のアナログピンが
常に4095となってしまう問題は、スイッチサイエンスさんのサイトによりますと、
WiFi機能を使う時も同様に該当のアナログピンの値が常に4095となってしまうとのことですので、
製造元の修正を待ちたいところです。
スイッチサイエンスさんのサイトのリンクです。アナログ入力の箇所をご覧下さい。

というわけで、Bluetooth使用時にピエゾセンサーを繋げるアナログピンは
GPI32、GPI33、GPI34、GPI35の4ピンとなります。
ここに6つのピエゾセンサーを繋ぎたいので、やはりマルチプレクサを使います。
ただ、普通に4051の0～5ピンに6つのピエゾセンサーを繋ぎますと、
正常に動いてくれていたはずのGPI32、GPI33、GPI34、GPI35でも値が混ざってしまいました。
そこで、1～6ピンにずらしますと、1279の値を超えた値が混ざることはなくなった上に、
使えないと思っていたGPI36、GPI39でも正常に値を受け取れています。
謎は残るものの、とりあえず使える範囲には来たかなと思います。これで少し様子を見ます。
以下、その回路図とコードです。（手書きで済みません）
![]

C++
1#include <BLEDevice.h>
2#include <BLEServer.h>
3#include <BLEUtils.h>
4#include <BLE2902.h>
5
6BLECharacteristic *pCharacteristic;
7#define THRESHOLD 1279
8//Mux control pins
9byte s0 = 21;
10byte s1 = 22;
11byte s2 = 23;
12byte controlPin[] = {s0, s1, s2};
13byte muxChannel[8][3] = {
14  {0, 0, 0}, //channel 0
15  {1, 0, 0}, //channel 1
16  {0, 1, 0}, //channel 2
17  {1, 1, 0}, //channel 3
18  {0, 0, 1}, //channel 4
19  {1, 0, 1}, //channel 5
20  {0, 1, 1}, //channel 6
21  {1, 1, 1}, //channel 7
22};
23byte loop_0_7 = 0;
24void setup() {
25  pinMode(s0, OUTPUT);
26  pinMode(s1, OUTPUT);
27  pinMode(s2, OUTPUT);
28
29  digitalWrite(s0, LOW);
30  digitalWrite(s1, LOW);
31  digitalWrite(s2, LOW);
32
33  Serial.begin(115200);
34　BLEDevice::init("M1");
35  
36  // Create the BLE Server
37  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
38  BLEDevice::setEncryptionLevel((esp_ble_sec_act_t)ESP_LE_AUTH_REQ_SC_BOND);
39
40  // Create the BLE Service
41  BLEService *pService = pServer->createService(BLEUUID(MIDI_SERVICE_UUID));
42  
43  // Create a BLE Characteristic
44  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
45                      BLEUUID(MIDI_CHARACTERISTIC_UUID),
46                      BLECharacteristic::PROPERTY_READ   |
47                      BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY |
48                      BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
49                    );
50  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
51
52  // https://www.bluetooth.com/specifications/gatt/viewer?attributeXmlFile=org.bluetooth.descriptor.gatt.client_characteristic_configuration.xml
53  // Create a BLE Descriptor
54  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());
55
56  // Start the service
57  pService->start();
58
59  // Start advertising
60
61  BLESecurity *pSecurity = new BLESecurity();
62  pSecurity->setAuthenticationMode(ESP_LE_AUTH_REQ_SC_BOND);
63  pSecurity->setCapability(ESP_IO_CAP_NONE);
64  pSecurity->setInitEncryptionKey(ESP_BLE_ENC_KEY_MASK | ESP_BLE_ID_KEY_MASK);
65
66  pServer->getAdvertising()->addServiceUUID(MIDI_SERVICE_UUID);
67  pServer->getAdvertising()->start();
68}
69void loop() {
70 if(1<=loop_0_7&&loop_0_7<=6){
71  for (int i = 0; i < 3; i ++) {
72    if(muxChannel[loop_0_7][i]) {
73      if(i==0) GPIO.out_w1ts = ((uint32_t)1 << s0);
74      else if(i==1) GPIO.out_w1ts = ((uint32_t)1 << s1);
75      else if(i==2) GPIO.out_w1ts = ((uint32_t)1 << s2);
76    }else{
77      if(i==0) GPIO.out_w1tc = ((uint32_t)1 << s0);
78      else if(i==1) GPIO.out_w1tc = ((uint32_t)1 << s1);
79      else if(i==2) GPIO.out_w1tc = ((uint32_t)1 << s2);
80    }
81  }
82  //delay(1);
83  //GPI32、GPI33、GPI34、GPI35、GPI36、GPI39 are available for analogRead
84  int res = analogRead(39);
85  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==1){Serial.print("1 is "); Serial.println(res);}
86  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==2){Serial.print("2 is "); Serial.println(res);}
87  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==3){Serial.print("3 is "); Serial.println(res);}
88  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==4){Serial.print("4 is "); Serial.println(res);}
89  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==5){Serial.print("5 is "); Serial.println(res);}
90  if(res>THRESHOLD&&loop_0_7==6){Serial.print("6 is "); Serial.println(res);}
91  }
92  if(loop_0_7==7) loop_0_7=0;
93  else loop_0_7++;
94}
95

念のため、WriteとReadの間にdelay(1);を挟み、4051の0～5ピンを読み取る方法方法も
試しましたが、うまく行きませんでした。

tmp

2018/11/21 03:50

静電容量の影響をうけるかどうかの確認の為、叩かず手を近づけて変化するか確認しましょう。説明にないＩＣも移ってますし、回路図はないでしょうか？

morleyrobertson

2018/11/21 13:03

tmpさん、ご回答いただきましてありがとうございます。前回のボタンの件に対するtmpさんのコメントが本当に助かりました。ありがとうざいます。今回はピエゾセンサーなのですが、風邪が治り次第、アドバイス頂いた静電容量の件を検証してみます。また、紛らわしいICが写りこんでしまっていてすみません。このICは74HC4051Bのアナログマルチプレクサでして、６個のピエゾセンサーをESP32に接続したいのに、ピエゾセンサーが使えるアナログピンが25と26しかない（34と35は大丈夫かも）と分かってきた段階で、マルチプレクサでIOピンを拡張して６個のピエゾセンサーをつないで、結果を25か26で受け取れば良いかと考えてやってみたのですが、確かうまくいきませんでした。体調が優れない時に実験してしまったため、結果がうろ覚えの状態なので、マルチプレクサを使用する方法も落ち着いてから再度検討してみます。もう１点、これもうろ覚えなのですが、ESP32でBluetooth接続した際に、32～39以外のアナログピンの値が常に4095を出力してしまい、使い物にならなくなってしまう謎の現象も発生していた気がします。こちらものちに検証してみます。

morleyrobertson

2018/11/27 04:43

tmpさん、上の質問にその後の検証の結果を追記いたしました。お時間のあるときにご覧いただければ幸いです。

ozwk

2018/11/29 06:47 編集

ピエゾと1Mの接点からアナログマルチプレクサのピンまでのルートに510~1kぐらいの抵抗を入れるとどうなりますか?

morleyrobertson

2018/11/30 12:31

ozwkさん、アドバイス頂きましてありがとうございます。510~1kの抵抗を持ち合わせておりませんでしたので、今週末に試してみます。結果が出次第、お伝えします。

morleyrobertson

2018/12/03 10:22

ozwkさん、先日はアドバイス頂きましてありがとうございました。1kの抵抗を買ってきて、実験しようとしたのですが、どういう訳か不具合が直ってまして・・・アナログマルチプレクサの0～5ピンを1～6ピンにずらさなければならなかった問題もほぼ解決していました。この状態ですと1Kの抵抗を入れても入れなくても結果に変化はありませんでした（どちらも期待通りの結果となりました）。なぜ問題が解決したのかは検証してみる必要がありますが、今のところうまくいっていますので、様子を見てみます。

行動規範の内容に同意します

回答3件

ESP32-DevKitCの32ピンと33ピンは、静電容量タッチインターフェース用のピンですからハイインピーダンスになっています。
そのため、センサに導電体(指も導電体です）が接触したり、帯電した物(人体を含む）近づいたりすれば影響が出ます。(あと8本ある静電容量タッチインターフェース用のピンでも同様）

静電容量タッチインターフェース用のピンではないADコンバータのピンである、25ピンと26ピンを使うのが正解です。

投稿2018/11/20 07:23

coco_bauer

総合スコア6919

morleyrobertson

2018/11/21 12:40

coco_bauerさん、ご回答いただきましてありがとうございます。静電容量タッチインターフェースの件、非常に参考になりました。実を言いますと、６個のピエゾセンサーをESP32に接続してガジェットを作ろうとしていたのですが、どうしても触れていないピエゾセンサーが反応してしまい、うまく制御できていなかったため、2個のピエゾセンサーにして原因を検証していたところでした。アドバイス頂いた静電容量タッチインターフェースで溜飲が下がりました。体調が回復して落ち着いてから、アドバイスいただいたことを参考に６個のピエゾセンサーを接続するにはどうしたら良いか考えてみようと思います。本当にありがとうございました。

coco_bauer

2018/11/22 00:26

arduinoのDACピンのインピーダンスが高く、そこに接続するピエゾセンサーもインピーダンスが高いために、ノイズの問題が生じるのだと思います。ピエゾセンサーとArduinoのADCピンの間に、電圧フォロワ回路(OPアンプ１つで作れます。詳細はhttp://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/voltage.html などの記事を参照してください。)を入れるのが確実な解決方法だと思います。電圧フォロワー回路の出力インピーダンスは1kΩ以下ですから。

行動規範の内容に同意します

4051を使った場合、ESP32のRev.0にはエラッタがあり、ESP32のRevを確認する必要があります。
この前の質問から、あなたのお持ちのスイッチサイエンスのボートはRev.0の可能性が高いです。
今回のout_w1tsがそれに該当すると思われます。対処方法もリンク先に書いてあります。
ESP32 GPIOのErrata

ピエゾセンサーは、使ったことないのでわかりませんが、
ツェナーダイオードは、いらないのですか？

投稿2018/11/28 10:23

tmp

総合スコア331

morleyrobertson

2018/11/30 13:40

tmpさん、アドバイス頂きましてありがとうございます。リンク先を以前見たことがあったのですが、ESP32の購入時期からてっきりリビジョン1だと思い込んでいましたが、確かにRev.0の可能性もありますね。急ぎ確認してみます。リンクありがとうございました。あと、ピエゾセンサーの回路はこちらのサイトhttp://hackist.jp/?p=4247の回路図を参考にさせていただきました。ツェナーダイオードは使われていないようです。

行動規範の内容に同意します

まずは、一つだけのポートで接続して値をチェックしてみましょう。
そこではどんな値が出るでしょうか。
次に、２つのポートでつないで値を出します。
で、そこでどんな結果が出るのかみてみましょう。

そして、接続はそのままにして、一つだけのポートで値をチェックしてみることです。
それでどういう結果が出るでしょうか。

投稿2018/11/18 13:42