注釈

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8.13 Bluetooth環境モニター

このプロジェクトでは、 MIT App Inventor で開発したAndroidアプリを使って、Raspberry Pi Pico 2 Wボードから環境データを受信・表示します。Raspberry Pi Pico 2 WはDHT11センサーを使用して温度と湿度のデータを収集し、Bluetoothでデータを送信します。アプリ側では、受信したデータを画面に表示します。

Androidアプリは、初心者向けの無料オンラインプラットフォーム MIT App Inventor で開発します。Arduinoとスマートフォンの連携を学ぶ上で最適なプロジェクトです。

1. 回路を作成する

必要なコンポーネント

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

キット一式を購入するのが便利です。こちらのリンクから購入できます：

名前

このキットに含まれるアイテム

リンク

Pico 2 W スターターキット

450以上

Pico 2 W Kit

別々に購入することもできます。以下のリンクから購入可能です。

SN

コンポーネント

数量

リンク

1

Pico 2 Wの概要

1

2

Micro USBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

買う

4

ジャンパーワイヤー

複数

買う

5

DHT11 温湿度センサー

1

-
../../_images/8.13_bb.png

2. Androidアプリを作成する

このAndroidアプリは MIT App Inventor という無料のウェブアプリケーションを使用して開発します。直感的なドラッグアンドドロップ操作で、機能的なアプリを簡単に作成でき、Android開発を始める方にも最適です。

次の手順に従って開始してください：

  1. Get Started with MIT App Inventor へアクセスし、"online tool"をクリックしてログインします。MIT App Inventorに登録するにはGoogleアカウントが必要です。

    ../../_images/13-ai-signup.png

  2. ログイン後、 Projects -> Import project (.aia) from my computer を選択します。その後、 pico-2w-kit/micropython/iot/8.13-environmental_monitor にある ble_environmental_monitor_picow.aia ファイルをアップロードしてください。

    または、こちらから直接ファイルをダウンロードできます：ble_environmental_monitor_picow.aia

    ../../_images/13-ai-import.png

  3. アップロードが完了すると、MIT App Inventorのインターフェイスにアプリのテンプレートが表示されます。このテンプレートは、プラットフォームに慣れた後にカスタマイズ可能です。

  4. MIT App Inventorには、 Designer と Blocks の2つの主要セクションがあります。ページ右上でこの2つを切り替えられます。

    ../../_images/13-ai-intro-1.png

  5. Designer では、ボタン、テキスト、画面などを追加し、アプリの全体的な見た目を変更できます。

    ../../_images/13-ai-intro-2.png

  6. Blocks セクションでは、アプリにカスタム機能を追加するためのブロックを組み合わせ、各コンポーネントに必要な動作をプログラミングできます。

    ../../_images/13-ai-intro-3.png

  7. アプリをスマートフォンにインストールするには、 Build タブに移動します。

    ../../_images/13-ai-intro-4.png

    • .apk ファイルを生成します。選択後、 .apk ファイルをダウンロードするか、QRコードをスキャンしてインストールするかを選択できます。インストールガイドに従ってアプリのインストールを完了してください。

      または、以下から事前コンパイル済みのAPKファイルをダウンロードできます： ble_environmental_monitor.apk

    • Google Playなどのアプリマーケットに公開したい場合は、 .aab ファイルを生成します。

3. コードを実行する

pico-2w-kit/micropython/iot/8.13-environmental_monitor のパスにある 8.13-environmental_monitor.py ファイルを開くか、下記のコードをIDEにコピーしてください。

注釈

このコードは ble_advertising.py ファイルに依存しています。実行前にPicoボードにアップロードしてください。

import bluetooth
import random
import struct
import time
import machine
import ubinascii
import dht
from ble_example.ble_advertising import advertising_payload
from micropython import const
from machine import Pin

_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)
_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)
_IRQ_GATTS_INDICATE_DONE = const(20)

_FLAG_READ = const(0x0002)
_FLAG_NOTIFY = const(0x0010)
_FLAG_INDICATE = const(0x0020)

# org.bluetooth.service.environmental_sensing
_ENV_SENSE_UUID = bluetooth.UUID(0x181A)
# org.bluetooth.characteristic.temperature
_TEMP_CHAR = (
    bluetooth.UUID(0x2A6E),
    _FLAG_READ | _FLAG_NOTIFY | _FLAG_INDICATE,
)
_HUM_CHAR = (
    bluetooth.UUID(0x2A6F),
    _FLAG_READ | _FLAG_NOTIFY | _FLAG_INDICATE,
)
_ENV_SENSE_SERVICE = (
    _ENV_SENSE_UUID,
    (_TEMP_CHAR,_HUM_CHAR),
)

# org.bluetooth.characteristic.gap.appearance.xml
_ADV_APPEARANCE_GENERIC_THERMOMETER = const(768)

class BLETempHumidity:
    def __init__(self, ble, name=""):

        self._ble = ble
        self._ble.active(True)
        self._ble.irq(self._irq)

        ((self._temp_handle, self._hum_handle),) = self._ble.gatts_register_services((_ENV_SENSE_SERVICE,))
        self._connections = set()

        # 名前が指定されない場合、MACアドレスに基づいて自動生成
        if len(name) == 0:
            name = 'Pico %s' % ubinascii.hexlify(self._ble.config('mac')[1],':').decode().upper()
        print('Sensor name %s' % name)

        self._payload = advertising_payload(
            name=name, services=[_ENV_SENSE_UUID]
        )
        self._advertise()

    def _irq(self, event, data):
        # Track connections so we can send notifications.
        if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            self._connections.add(conn_handle)
        elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            self._connections.remove(conn_handle)
            # 切断後に再び広告を開始し、新たな接続を許可
            self._advertise()
        elif event == _IRQ_GATTS_INDICATE_DONE:
            conn_handle, value_handle, status = data

    def update_values(self, temperature_c, humidity_perc, notify=False, indicate=False):
        # 温度を特性に書き込み（単位: 0.01°C）
        temp_int = int(temperature_c * 100)
        self._ble.gatts_write(self._temp_handle, struct.pack("<h", temp_int))

        # 湿度を特性に書き込み（単位: 0.01%RH）
        hum_int = int(humidity_perc * 100)
        self._ble.gatts_write(self._hum_handle, struct.pack("<H", hum_int))

        if notify or indicate:
            for conn_handle in self._connections:
                if notify:
                    self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._temp_handle)
                    self._ble.gatts_notify(conn_handle, self._hum_handle)
                if indicate:
                    self._ble.gatts_indicate(conn_handle, self._temp_handle)
                    self._ble.gatts_indicate(conn_handle, self._hum_handle)

    def _advertise(self, interval_us=500000):
        self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)

    def is_connected(self):
        return len(self._connections) > 0

def demo():
    sensor = dht.DHT11(machine.Pin(15))
    led = Pin('LED', Pin.OUT)

    ble = bluetooth.BLE()
    temp_hum = BLETempHumidity(ble,"pico2w")

    counter = 0
    while True:

        if temp_hum.is_connected():
            led.on()
        else:
            led.off()

        try:
            if counter % 10 == 0:
                sensor.measure()
                temperature_c = sensor.temperature
                humidity = sensor.humidity

                print("Temp: %.2f C, Hum: %.2f %%" % (temperature_c, humidity))
                temp_hum.update_values(temperature_c, humidity, notify=True, indicate=False)
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")

        time.sleep_ms(1000)
        counter += 1

if __name__ == "__main__":
    demo()

4. アプリとBluetoothの接続

先ほど作成したEnvironmental Monitor BLEアプリをスマートフォンにインストールしておきましょう。

  1. スマートフォンのBluetoothを有効にします。

  2. Environmental Monitor BLE アプリを開きます。

    ../../_images/13_app_2.png

  3. 初回起動時、Bluetooth機能のために権限を求める2つのダイアログが表示されます。これらの権限を許可してください。

    ../../_images/13_app_3.png

  4. アプリ内で Connect ボタンをクリックし、Pico 2 WとアプリをBluetoothで接続します。

    ../../_images/13_app_4.png

  5. このページにはBluetoothデバイスの一覧が表示されます。「 xx.xx.xx.xx.xx.xx pico2w 」のようなデバイス名を選択して接続します。各デバイス名の横にはMACアドレスが表示されます。

    ../../_images/13_app_5.png

  6. リストにデバイスが表示されない場合、スマートフォンの位置情報が有効になっているか確認してください。（一部のAndroidバージョンでは、位置情報設定がBluetooth機能と連動しています。）

  7. 接続されると、メイン画面に遷移し、温度と湿度が表示されます。

    ../../_images/13_app_7.png