Bluetooth Low Energyによる気象ステーション

日本語フォーラム 電子部品技術の深層
1

Reid Landsrud作成、Rolf Horn最終校正 2016-2-22

プロジェクト概要

image

本プロジェクトの主な目的は、TE Connectivity/Measurement SpecialtiesのセンサポートフォリオとPanasonicのPAN1740 Bluetooth Low Energy（BLE）モジュールを紹介することです。

本プロジェクトは2つのアプリケーションから構成されています。

1つ目は、センサデータを読み込んで提供するBLEサーバや周辺機器です。これは温度、圧力、湿度の3つのセンサを搭載したバッテリ駆動のスタンドアロン基板です。このアプリケーションは、Android、iOS、またはカスタムアプリケーションなど、生のBLEパケットを読み取ることができる任意のBLEセントラルにインターフェースすることができます。これは「TE Connectivityのセンサで気象ステーションを作ろう – Another Geek Moment」でも実演しています。

もう1つは、サーバからセンサデータを収集し、フォーマットして、SPIバス経由でPIC32に転送するためのデータを準備するBLEクライアントまたはセントラルです。このアプリケーションは、MicrochipのLow-Cost Controllerless Graphics BoardのPICtail Plusコネクタとのインターフェースとして設計されました。グラフィックスインターフェースは、ここに示されています。[PIC32 Low-Cost Controllerless Graphics Interface to Newhaven Color LCD]（PIC32 Low-Cost Controllerless Graphics Interface to Newhaven Color LCD - eewiki / Microcontroller - Engineering and Component Solution Forum - TechForum │ Digi-Key）

主要なリソース

ハードウェア

センサボード

image
image1277×2721 970 KB

回路図：

image
image1913×1276 62.3 KB

図1

レイアウト：

254×589 2.31 KB

図2

図1は、センサボードの回路図です。PAN1740は、モジュールに搭載されたCortex M0により、ボードの処理能力を提供します。センサはI2Cバスでインターフェースされ、データはBluetoothモジュールで処理されてブロードキャストされます。

図2に基板の基本レイアウトを示します。4層基板のレイアウトとガーバーの詳細については、添付の資料に記載されています。

クライアントモジュール

image
image2089×821 536 KB

回路図：

image
image1716×1096 20.7 KB

図3

レイアウト：

image
図4

図3は、Controllerlessグラフィックボードとインターフェースするクライアントボードの回路図です。PICTail Plusボードのエッジコネクタを利用し、SPIバスとのインターフェースを実現しています。コネクタに3.3Vの電源ピンがないため、このボードには自前の3.3Vレギュレータが必要です。

図4は、クライアントボードの基本レイアウトです。

ファームウェア

PAN1740モジュールに内蔵されるCortex M0マイクロコントローラ用に作成したファームウェアは、Dialog SemiconductorのSDK3.0.10.1を使ってKEIL μVision 5で作成しました。

BLEサーバボードのファームウェアは、センサからの生データを収集し、TE Connectivityのセンサから提供されるキャリブレーションデータから実際の値を算出します。その後、128ビットUUIDを利用したカスタムプロファイルを使用して、BLE接続でデータを送信します。Dialog SemiconductorのアプリケーションノートAN-B-029を参考に、開発者はカスタム プロファイルを作成することができます。

BLEクライアントボードのファームウェアは、上記のカスタムプロファイルを利用して、BLE接続で利用可能になったデータを簡単に読み込むことができます。データを読み込んで保存した後、SPIバスでPIC32に転送して表示します。

各ボードのファームウェアは、外部EEPROMに格納されています。OTPメモリが空の状態でPAN1740が起動すると、外部デバイスに常駐しているプログラムを検索します。このため、EEPROMを何度も再プログラムすることができ、開発用途として非常に汎用性の高いモジュールとなっています。開発完了後、プログラムをOTPメモリに書き込むことができるため、EEPROMが不要となり、省電力と起動時間の短縮を実現します。

EEPROMは、FTDIのUSB - RS232ケーブル（TTL-232R-3V3）と基板レイアウトに組み込まれた小さなプログラミングポイントを使用して、ダイアログのSmartSnippetsソフトウェアでプログラミングすることができます。

部品表

この部品表で1セット作ることができます。

数量 品番 商品概要 BLE
クライアント		 BLE
サーバ/センサ
2 CKN10502CT-ND タクタイルスイッチ
SPST-NO 0.05A 16V		 S1 S1
2 587-1880-1-ND フェライトビーズ 120Ω 0603 L1 L1
2 497-6351-1-ND IC EEPROMメモリ
1Mビット 1MHZ 8SO		 U2 U2
7 399-1096-1-ND セラミックコンデンサ
0.1UF 16V X7R 0603		 C1, C2 C1, C2, C3, C4, C5
4 YAG1238CT-ND チップ抵抗器 4.7KΩ
1% 1/10W 0603		 R1,R2 R1,R2
2 P10KYCT-ND チップ抵抗器 10KΩ
0.1% 1/10W 0603		 R4 R3
3 160-1828-1-ND LED 緑 CLEAR 0603 SMD D1, D2 D1
3 RHM100GCT-ND チップ抵抗器 100Ω
5% 1/10W 0603		 R3, R5 R4
1 478-3119-1-ND タンタルコンデンサ
2.2UF 16V 20% 0603		 C3
1 478-6201-1-ND セラミックコンデンサ
470PF 25V NP0 0603		 C4
2 P16823CT-ND BLUETOOTH LOW
ENERGYモジュール 4.0		 U1 U1
1 576-1281-1-ND IC 電圧レギュレータ
LDO 3.3V 0.5A SOT23-5		 U3
1 223-1134-ND 温度センサ I2C SPI
16QFNI 16QFN		 U5
1 223-1199-1-ND 気圧センサ U4
1 223-1144-1-ND IC 温湿度センサ DGTL U3
1 BAT-HLD-001-ND バッテリ リテーナ
20MM コイン		 BATT
1 AC164144-ND 組み込みグラフィック
ディスプレイ 評価ボード
1 DKSB1014B-ND Newhaven抵抗膜方式
タッチパネル -
インターフェースボード
1 DM320003-2-ND PIC32 USBスタータキットII

ボードファイル

Weather station PICTail Client.zip (306.0 KB)
Weather station server.zip (232.1 KB)




オリジナル・ソース（English）