目的
BLEペリフェラルとして，以下のときにBLEセントラルに通知するデバイスを作る．
- ドアが閉まっていること
- 部屋の中が暗いこと（≒シーリングライトが消灯）
ただし，通知するのはドアが閉まっているときのみ
この記事では，上記2.のほうの部屋の明暗判定について記載する．
- 事前にSoftDevice書込み等，Arduino IDEで作成したArduinoスケッチが書込みできる環境の整備：
☞STM32 Nucleoを用いたnRF51向けのArduino開発環境をつくる - GPIOやADC，シリアルインターフェースの機能確認：
☞Arduino環境でAE-TYBLE16のピンファンクションを確かめる - BLEの接続/非接続の確認：
☞Arduino環境でAE-TYBLE16のBLEを始める（その1：接続/非接続） - BLE経由のLチカ確認：
☞Arduino環境でAE-TYBLE16のBLEを始める（その2：BLE経由のLチカ） - 照度センサー明暗判定原理試作（本記事）
- リードスイッチドア開閉判定原理試作：
☞Arduino環境でAE-TYBLE16のBLEペリフェラルデバイスを作る～ドア開閉判定編～
結論
フォトトランジスターNJL7302L-F3と1[kΩ]の抵抗で構成した回路で，A/D変換を利用して部屋の明暗判定ができることを確認した．
BLEは直接関係ないけど、照度センサーこれでヨシ！ pic.twitter.com/M5y0JbUHGn
— AKETO, Tomu (@so2akt) 2023年1月22日
本記事で紹介するおもな環境は下表のとおり：
| ハードウェア名称 | 規格 | 製造会社 | 備考 |
|---|---|---|---|
| BLEモジュール | AE-TYBLE16 | 秋月電子通商 | 購入時1,280JPY 太陽誘電製EYSGJNAWY-WX（SoCはNordic Semiconductor製nRF51822） |
| デバッガー | NUCLEO-L053R8（STSW-LINK009 2.0.2） | STMicroelectronics | タダ 201X年にSTの営業が会社に来たときのもの，ST-Link/V2-1として使用する |
| BLEモジュール用ソケット | 2227P-16G-03 | 寬德 | 購入時100JPY ハンダ不要でブレッドボード挿入に使える |
| ブレッドボード | BB-801 | 万捷电子 | ブレッドボードなら何でもよい |
| ジャンパーケーブル（オス・メス） | DG01032-0024-RD-015など | 協威亞洲 | 間違えないように色をわけたほうがよい ※C-17228のほうが安い |
| USBケーブル（mini B） | LDUC1011-1.5m | EverU Electronics | 充電専用でなければ何でもよい |
| 黄緑色LED | OSNG5113A，2.0[V]，20[mA] | OptoSupply | 購入時500JPY |
| フォトトランジスター | NJL7302L-F3 | 日清紡マイクロデバイス（旧：新日本無線） | 購入時45JPY |
| 照度検出用抵抗 | CF25J1KB，1[kΩ]，1/4[W] | ||
| ホストPC | マザーボードB450 AORUS M，CPU：Ryzen 7 3700X，メモリー：32[GB] | - | |
| IDE | Arduino IDE 1.8.19 | ARDUINO | |
| nRF5ライブラリー | Nordic Semiconductor nRF5 Boardsパッケージ | Sandeep Mistry | |
| BLEライブラリー | BLEPeripheralパッケージ 0.4.0 | Sandeep Mistry | |
| Nordic SoftDevice | S130 2.0.1 | Nordic Semiconductor | BLEプロトコルスタック |
| ホストPCのOS | Windows 10 Pro 64ビット版 | Microsoft | 英語版（インターナショナル） |
また，nRF5ライブラリーの設定は以下のとおり：
| 項目名 | 設定値 | 備考 |
|---|---|---|
| ボード | Generic nRF51 | |
| Chip | 32kB RAM, 256kB flash (xxac) | データシートよりEYSGJNZWYは32kB |
| SoftDevice | S130 | |
| Low Frequency | RC Oscillator | データシートよりEYSGJNZWYは水晶振動子が未実装で内蔵RC発振回路で代替指示 |
| ポート | COMn | 環境による |
| Programmer | ST-Link V2-1 (ST-Link On-Board) | ☞以前の私の記事参照 |
詳細
ハードウェア
照度センサーを使用して，暗くなったらLEDを点灯させる，明るくなったらLEDを消灯させる動作を確認する．
照度センサーとして，入手性がよい日清紡マイクロデバイス製フォトトランジスターNJL7302L-F3を使用した*1．この部品は，明るさ[lux]に応じた電流が流れ，明るさに従ってその電流（光電流）が大きくなる．
設計においては，最大の明るさを決めて，そのときの光電流値を抵抗に流したときの電圧がA/D変換入力値の許容範囲内（≒ICの電源電圧）に収まっていればよいと考えられる．
明るさの目安のひとつは，以下のとおりで，今回はオフィス内の室内を想定しているため，1,000[lux]以内とする．また，データシート上の光電流と明るさのグラフにおいても，1,000[lux]までの記載となっている．
| 照度[lux] | 明るさの目安 |
|---|---|
| >100,000 | 雪山・真夏の海岸 |
| 100,000 | 晴天昼太陽光 |
| 65,000 | 晴天午前10時太陽光 |
| 25,000 | 曇天午前10時太陽光 |
| 2,000 | 曇天日出1時間後太陽光 |
| 1,000 | 晴天日入1時間前太陽光，パチンコ店内 |
| 700 | 百貨店売場 |
| 500 | 蛍光灯照明事務所 |
| 300 | 日出入時，30[Ｗ]蛍光灯2灯使用8畳間 |
| 200 | 夜のアーケード |
| 100 | 街灯下 |
| 15 | ライター（30[cm]），ろうそく（20[cm]） |
| 1 | 月明かり |
光電流と明るさのグラフより，明るいときを1,000[lux]，暗いときを5[lux]とすると，下表のとおりの電流値が読み取れる*2．
| 部屋の状態 | 明るさ[lux] | 電流[μA] |
|---|---|---|
| 明るい | 1,000 | 2,000 |
| 暗い | 5 | 10 |
また，これらの電流値より，明るいときの2,000[μA]のときに，その電流を抵抗に流して両端に生じる電圧が3.3[V]（≒A/D変換入力値の許容範囲内）に収まっていればよいため，おおよそ1～1.5[kΩ]が適切となる．実在する抵抗値と合わせると，以下のとおりである．今回は手元にあった1[kΩ]を選んだ．
| 抵抗値[kΩ] | 端子間電圧[V] | 備考 |
|---|---|---|
| 1.0 | 2.0 | E12，E24系列 |
| 1.1 | 2.2 | E24系列 |
| 1.2 | 2.4 | E12，E24系列 |
| 1.3 | 2.6 | E24系列 |
| 1.5 | 3.0 | E12，E24系列 |
| 1.6 | 3.2 | E24系列 |
最終的に，照度センサー部の回路は以下のとおりとして，AE-TYBLE16との結線は以下の写真のとおりとした．
| 結線写真 | 結線図 |
|---|---|
 |
TBD |
ソフトウェア
Arduinoプログラムは以下のとおりで，本当にシンプルな構成としている（上記，結線写真も参照のこと）．
void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(5, OUTPUT); /* DIP9（P0.05） */ pinMode(4, INPUT); /* DIP11（P0.04，AIN5） */ analogReference(AR_DEFAULT); /* 0～VDD[V]の範囲 */ analogReadResolution(10); /* 分解能10ビット（0～1023） */ } void loop() { int adval = analogRead(4); digitalWrite(5, (20 >= adval) ? HIGH : LOW); /* 20は本当にテキトーな値 */ Serial.println(adval); delay(500); /* 500もテキトーな値 */ }
私の部屋では，advalの値は以下のとおりとなった
advalの概略値 |
シーリングライトの状態 |
|---|---|
| 150 | 全点灯（≒白色・電球色両方） |
| 80 | 白色または電球色のみ |
| 10 | 全消灯 |
なお，UARTのシリアル出力のためには，%USERPROFILE%\AppData\Local\Arduino15\packages\sandeepmistry\hardware\nRF5\0.7.0\variants\Generic\variant.hの以下の記載を，使用したい任意のピンに割り付けるように設定する必要がある．
/* * Serial interfaces */ // Serial #define PIN_SERIAL_RX (0) // P0.00 #define PIN_SERIAL_TX (1) // P0.01
データシート等
参考文献
- 国野亘ほか：超特急Web接続!ESPマイコン・プログラム全集[CD-ROM付き]，pp.60-63，CQ出版，2019
参考サイト
リンク先はすべて2023/01/22現在のもの
