注釈

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8.15 Bluetooth音声制御リレー

このプロジェクトでは、Raspberry Pi Pico 2 Wを使ってリレーを制御する方法を示します。Pico WはBluetooth Low Energy (BLE)を介してスマートフォンなどのBLE対応デバイスからコマンドを受信し、「1」信号を受け取るとリレーをオンに、「0」信号を受け取るとリレーをオフに切り替えます。

Raspberry Pi Pico 2 WでのBLE通信やIoTアプリケーションを探求したい方に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

以下のリンクから個別に購入することもできます。

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

トランジスタ

1(S8050)

買う

6

ダイオード

1

7

抵抗器

1(1KΩ) 1(220Ω)

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8

リレー

1

買う

9

Li-Po充電モジュール

1

10

18650バッテリー

1

警告

ここではリレーを使ってLEDを制御する例を紹介していますが、実際のアプリケーションでリレーを高電圧のAC電源に接続する場合は十分注意してください。誤った使用は重大な怪我や死亡事故につながる可能性があります。安全を最優先してください。

../../_images/8.15_bb.png

1. Androidアプリを作成する

MIT App Inventor という無料のウェブアプリケーションを使ってAndroidアプリを開発します。ドラッグアンドドロップ操作で簡単に機能的なアプリを作成でき、Android開発初心者に適しています。

次の手順に従ってください：

  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。Googleアカウントを使ってMIT App Inventorに登録する必要があります。

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

  2. ログイン後、 Projects -> Import project (.aia) from my computer を選択し、 pico-2w-kit/micropython/iot/8.15-ble_relay にある ble_relay_picow.aia ファイルをアップロードします。

    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_relay_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プリセットされたアプリのテンプレートが表示されます。プラットフォームに慣れてから、自由にカスタマイズ可能です。

  4. MIT App Inventorには、 Designer と Blocks という2つの主要セクションがあります。ページ右上のタブから切り替えることができます。

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

  5. Designer では、ボタンやテキスト、画面、デザインなどを追加・調整し、アプリの外観を整えることができます。

    ../../_images/15-ai-intro-2.png

  6. Blocks セクションでは、アプリの各コンポーネントに対して動作を指定するブロックを組み合わせて、機能を実装します。

    ../../_images/15-ai-intro-3.png

  7. スマートフォンにアプリをインストールする場合、 Build タブに移動してください。

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

    • .apk ファイルを生成します。選択後、 .apk ファイルのダウンロードまたはQRコードスキャンのいずれかを選べます。ガイドに従ってアプリをインストールしてください。

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

    • Google Playなどへの公開を希望する場合は .aab ファイルを生成できます。

3. コードを実行する

pico-2w-kit/micropython/iot/8.15-ble_relay のパスにある 8.15-ble_relay.py ファイルを開くか、以下のコードを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おいてください。

import bluetooth
import random
import struct
import time
from ble_example.ble_advertising import advertising_payload
from machine import Pin
import time

from micropython import const

relay = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

_IRQ_CENTRAL_CONNECT = const(1)
_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT = const(2)
_IRQ_GATTS_WRITE = const(3)

_FLAG_READ = const(0x0002)
_FLAG_WRITE_NO_RESPONSE = const(0x0004)
_FLAG_WRITE = const(0x0008)
_FLAG_NOTIFY = const(0x0010)

_RELAY_UUID = bluetooth.UUID("46719f98-3141-4bbb-aede-47a7630d024b")
_SWITCH_CHAR = (
    bluetooth.UUID("08b82cd0-6877-4308-b08d-a32520c327a2"),
    _FLAG_READ | _FLAG_WRITE | _FLAG_WRITE_NO_RESPONSE,
)
_RELAY_SERVICE = (
    _RELAY_UUID,
    (_SWITCH_CHAR,),
)


class BLERelay:
    def __init__(self, ble, name="ble-relay"):

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

        handles = self._ble.gatts_register_services((_RELAY_SERVICE,))
        # print("Registered handles:", handles)

        ((self._handle_note,),) = handles
        self._connections = set()

        self._write_callback = None

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

    def _irq(self, event, data):
        # Track connections so we can send notifications.
        if event == _IRQ_CENTRAL_CONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            print("New connection", conn_handle)
            self._connections.add(conn_handle)
        elif event == _IRQ_CENTRAL_DISCONNECT:
            conn_handle, _, _ = data
            print("Disconnected", conn_handle)
            self._connections.remove(conn_handle)
            # Start advertising again to allow a new connection.
            self._advertise()
        elif event == _IRQ_GATTS_WRITE:
            conn_handle, value_handle = data
            value = self._ble.gatts_read(value_handle)
            # print("Write event: conn_handle={}, value_handle={}, value={}".format(conn_handle, value_handle, value))
            if value_handle == self._handle_note and self._write_callback:
                self._write_callback(value)


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

    def _advertise(self, interval_us=500000):
        print("Starting advertising")
        self._ble.gap_advertise(interval_us, adv_data=self._payload)

    def on_write(self, callback):
        self._write_callback = callback

def relay_update(data):
    print("Receive:", data)

    decoded_data = int(data.decode('utf-8').rstrip('\x00'))

    # print(decoded_data)

    relay.value(decoded_data)


def demo():
    ble = bluetooth.BLE()
    relay = BLERelay(ble,"pico2w")

    while True:
        if relay.is_connected():
            relay.on_write(relay_update)
        # time.sleep_ms(100)

if __name__ == "__main__":
    demo()

4. アプリとBluetoothの接続

先ほど作成した「Voice-Controlled Relay 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. Voice-Controlled Relay BLE アプリを開きます。

    ../../_images/15_app_2.png

  3. 初回起動時には2つの連続するダイアログが表示され、権限を求められます。これらの権限はBluetooth機能を使用するために必要です。

    ../../_images/15_app_3.png

  4. アプリ内で Connect をタップし、Pico 2 WとBluetoothで接続します。

    ../../_images/15_app_4.png

  5. この画面には、すべてのBluetoothデバイスが一覧表示されます。 xx.xx.xx.xx.xx.xx pico2w といった名前のデバイスを選択します。各デバイス名にはMACアドレスが付属しています。

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

  6. デバイスが表示されない場合は、スマートフォンの位置情報を有効にしてみてください。（一部のAndroidバージョンでは、位置情報設定とBluetooth機能が連動しています。）

  7. 接続が完了するとメイン画面に戻ります。マイクアイコンをタップすると音声コマンドでリレーを操作できます。音声コマンド内に「on」が含まれているとリレーはオン、「off」が含まれているとリレーはオフになります。

    ../../_images/15_app_7.png