IchigoJam用ネットワークボードMixJuiceを背負うai.robot.Jam

aitendoで販売されているai.robot.Jamの裏面にMixJuiceを接続し、ランドセルを背負うロボットのように見えるIchigoJam用マイコンボードを作ってみました。
MixJuiceを背負ったairobot.jamで、インターネットサイト「ボクニモワカル for MixJuice」へアクセスしたときの様子。
ai.robot.Jamは、ロボット形状の基板(上部)で作成するIchigoJam互換ボードです。別売りの発射台基板(下部)との2枚で構成します。今回、ロボット基板の裏側にピンヘッダ(足の長いタイプ)を接続し、IchigoJam用ネットワークボードMixJuiceをロボット基板に背負わせてみました。
こどもパソコン「ai.robot.Jam」キット [K-airobotjam]
この写真の接続は誤り(aitendoサイトの写真)
下図はMixJuiceを背負っている様子です。
MixJuiceの電源は、発射台基板(別売り・下部)のPS/2端子の近くにある5VからMixJuiceのCN5の5V端子へ入力し、MixJuiceのCN6にジャンパピンを差し込みました。
ロボット基板のTXDとRXDのピンは、発射台基板ではGNDになっているので接続しないようにします(ピンを切る)。また、PS/2端子側がロボット基板の正面に来る方向に接続します(aitendoのホームページの写真が誤っているので注意する)。
画面の「ボクニモワカル for MixJuice」はIchigoJam+MixJuice用のコンテンツを提供しているインターネットサイトです。アクセス方法は下記をご覧ください。
IchigoJam + MixJuice用ボクニモワカル for MixJuice:
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単4アルカリ乾電池で「20日間」の動作が可能なIchigoSoda

IchigoSoda(モバイル通信4G LTEに対応したIchigoJam互換機・さくらインターネット製)の節電動作の実験を行い、単4アルカリ乾電池4本で20日間(2018/10/28~2018/11/17)の動作が確認できました。
  • 単4アルカリ乾電池4本で20日間の動作を確認
  • 累計の送信回数は82回。(1日当たり約4回の送信が行える)
  • 単2に換算すると4.4か月・送信回数550回に相当
Wi-Fiの届かない郵便受けに届いた荷物の確認や、遠方に駐車している乗用車の電源検知、野獣捕獲機の状態監視など、さまざまな用途に使えそうです。
以下は、各種の乾電池での換算結果です。
単4アルカリ乾電池  19.4 日間(実験結果) 送信回数82回
単3アルカリ乾電池  49日間(試算値) 送信回数200回(試算値)
単2アルカリ乾電池 134日間(試算値) 送信回数550回(試算値)
単1アルカリ乾電池 317日間(試算値) 送信回数1300回(試算値)
単4アルカリ乾電池4本で、20日間、節電動作し続けたIchigoSoda。初回の実験につき、プログラムを見直しながら実験したので、実験開始直後の測定値は不正確。

製作方法

製作方法は、下記を参照ください。一部、ハードウェアの改造を伴います。

考察と今後

送信が出来なくなったときの、電池電圧は5.0V(1本あたり平均1.25V)でした。
単4電池は電池の内部インピーダンスが高いので、sakura.ioモジュールが動作しはじめると、電圧降下が生じてしまいます。このため、電池残量が残ったまま、sakura.ioモジュールが送信できない状態となりました。
ちなみに、送信が出来なくなっても、IchigoJamマイコンは動作し続けました。
今回は、実験開始時に、何度かプログラムを修正しました。修正が無ければ、あと数日程度、長く動いた可能性があります。
1日の送信回数は、電池の持ち時間に影響します。仮に2倍の1日8回、累計164回の場合、同じ条件で17日程度、動作する試算になります。1日2回~8回くらいまでの間で加減すれば良いでしょう。
得られたデータや知見を整理してから、条件を変えて再挑戦してみようと思います。
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

IchigoSodaをケースへ組み込む。Ambientで乾電池駆動のIoTセンサ実験

IchigoSoda(さくらインターネット製)をプラスチック製のケースへ組み込み、乾電池駆動の実験を開始しましたので製作方法について説明します。
IchigoSoda=Softbankのモバイル通信4G LTE対応のIchigoJam互換機(さくらインターネット製)
Ambient=IoTセンサ用クラウドサービス(https://ambidata.io
モバイル通信を行うには2本のアンテナが必要ですが、実験のときは想定以上に邪魔になります。ケースへ組み込むことで、アンテナやアンテナケーブルの煩わしい存在を気にしなくて済むようになります。
秋月で販売されている蝶番開閉式のABS樹脂ケース112-TS(ABS)へIchigoSodaを組み込んだ。アンテナをケースに取り付けることで、実験のときのアンテナやアンテナケーブルの煩わしさから解放された。

乾電池でモバイルインターネット回線を活用

モバイル通信機能を有効に活用したかったので、持ち出して使えるように電池ボックスを取り付けました。乾電池3本の直列接続では電源電圧が約4.5Vとなり、IchigoSodaの動作が不安定となるので、単4のアルカリ乾電池4本をIchigoSodaへ接続しました。
ケースには、IchigoSodaと、単4電池ボックス(4本・直列・6V仕様)、2本のアンテナを取り付けた。モバイルでの利用を想定。
なお、モバイル環境で、長期間の動作を行うには、省エネ動作が欠かせません。IchigoJam BASICには省エネ機能が標準搭載されているので、モバイルIoTセンサを簡単に製作することが出来ます。

IchigoSodaの裏面の電源入力用テストパッドへ電池を接続

IchigoSodaや電池ボックスはプラスチック製のビスでケースに固定します。本例ではM3(3ミリ)のネジを使用しました。電池ボックスは、多くの場合、皿ネジが必要です。また、M2.6の場合もあります。入手しにくいネジは、モノタロウ(通販)や西川電子部品(秋葉原)、ナニワねじ(大阪・日本橋)などで購入します。
IchigoSodaの基板背面にある5.0Vへ電池ボックスの赤色の電線を、GNDへ黒色の電線を接続する。IchigoSodaや電池ボックスはプラスチック製のビスでケースへ固定した。電池ボックスには皿ネジが必要。
ビスやコネクタ用の開口部のうち、丸穴加工はドリルで空けて、リーマで広げるだけなので、数分で綺麗に作成することが出来ます。
今回は、キーボード用USBコネクタの開口部に、四角形の角穴加工を行いました。ボクは角穴加工が苦手なのですが、1時間以上かけて、ヤスリで仕上げました。
苦手なうえに、時間がかかる角穴加工(右)をしてみた。自分なりに満足できる仕上がりだったので、紹介させていただいた。

乾電池を入れずに、マイクロUSB端子から電源を供給する(キーボード使用時)

新品のアルカリ乾電池の電圧は1本あたり約2V程度で、4本だと7~8Vになることがあります。IchigoSodaは、安定した動作が可能ですが、キーボードが故障する場合があります。キーボードを使用するときは、電池を取り外し、マイクロUSB端子からDC 5Vの電源を供給してください。
キーボードを接続するときは、必ず、乾電池を取り外し、マイクロUSB端子からDC 5Vを供給する。

IoT向けクラウドサービスAmbientへ電池電圧を送信する

製作した機器へ、単4アルカリ乾電池を取り付け、分圧した電池電圧をIchigoJamのIN2へ入力し、IN2の値をIoT向けクラウドサービスAmbientへ送信します。
単4アルカリ乾電池4本を取り付け、電池電圧をIchigoJamのIN2へ入力した。
IchigoSodaで省エネ動作を行うには、ハードウェアの改造が必要です。以下の改造を行うことで、より長期間の動作が可能になります(試算で1か月の動作が可能になる)。
より省エネ動作を行うためのIchigoSodaのハードウェア改造
  • WAKE信号の電圧変換回路部・プルアップ抵抗(R4・1kΩ)の取り外し
    取り外す理由:IchigoJamがSLEEPしたときにsakura.ioモジュールがONしてしまう(不具合)
    省エネ効果:17 mW (3.3mA×5V) + sakura.ioモジュールの消費電力
  • Power LED部の電流制限抵抗(R19・1kΩ)の取り外し
    取り外す理由:LED動作による消費電力の削減
    省エネ効果:8 mW (2mA×3.8V)
省エネ動作については、下記のブログ記事も参考になるでしょう。

IchigoSodaを乾電池で省エネ駆動させる方法(2018/9/1):
IchigoSoda基板上のWAKE信号設定スイッチは下の写真のように、上側を左(EN側)に、下側を右(DIS側)にスライドしておきます(上記のブログとは異なる)。
WAKE信号設定スイッチSW3(上側を左、下側を右に設定する)
また、多回転可変抵抗器を用い、電池電圧を分圧して、IchigoSodaのIN2端子へ入力します。可変抵抗器は、1VでAD変換値100が得られるように調整します。IN2端子に入力された電圧は、BASICプログラムで10回のサンプルの合計値を計算し、1Vあたり送信値1000となるようにして、sakura.ioのクラウドへ送信します。
sakura.ioのクラウドからAmbientへ転送する方法は、下記のブログを参照ください。
sakura.ioからAmbientへデータ転送(2018/5/19)
送信の様子を、いつでも確認できるように、クラウドサービスAmbientへ送信した。

IchigoJam BASICを使ったIoTセンサ用プログラム

使用した送信用のプログラムを以下に示します。行番号5のT=10は、送信間隔です。T=10は約10時間ごとに送信します。行番号110では、IN2端子に入力されたAD変換値を10回、取得し、変数Aにその総和が保持されます。また、行番号120では、前回送信したときの値との差を求め、200mV以上の変化があったときに送信を行います。
new
1 cls:?”SAKURA IoT TX ANA 44 3
2 ?”CC BY Wataru Kunino
3 ?”ボタン/センサ ニュウリョク BTN
4 S=1:?”ショウデンリョク S=”;S
5 T=10:?”ソウシン カンカク T=”;T;”ジカン”
10 ‘ショキカ
20 T=T*720:C=0
100 @MAIN
110 A=0:forI=1to10:A=A+ana(2):next
120 ?” A=”;A:if abs(B-A)>200 goto @ON
130 gsb @SLP:C=C+1:if C<T goto @MAIN
140 C=0:goto @ON
200 @ON
210 out 8,1
220 poke #880,1,0,1,0,0,0,0
230 I=!i2cr(#4F,#880,3,#884,3)
240 ?”Status I2C=”;I;
250 if I I=(peek(#886)=#80)
260 ?” LTE=”;I
270 if I goto @TX
280 gsb @SLP
290 goto @ON
300 @TX
310 X=A>>8:Y=A%256
320 poke #880,#21,#A,1,73,Y,X,0
330 poke #887,0,0,0,0,0,X^Y^#63
340 ?”LTE_Send= “;hex$(X);” “;hex$(Y);” “;
350 I=i2cw(#4F,#880,13)
360 if I ?”ERR” else B=A:?”OK”
370 gsb @SLP:out 8,0:gsb @SLP
380 goto @MAIN
500 @SLP
510 if inkey() cont
520 led 0:wait 300,!S:led 1
530 rtn
2018/10/29 修正
IchigoJam BASIC Ver. 1.2.3で動作確認済み

むすび

以上の製作およびプログラムでは、IN2端子へ分圧した電池電圧を入力することを想定していますが、温度センサや照度センサに変更することで、IoTセンサへの応用が可能です。
IchigoSodaのモバイル通信機能を使うことで、無線LANの届かない場所や、親族の家といった遠隔地や、車や外出時の鞄といったモバイル環境で利用可能なIoTセンサを簡単に実現することが出来そうです。
sakura.io製品:
IchigoSoda/IchigoJam for sakura.io (Amazonでの販売ページ)
sakura.io さくらの通信モジュール LTE (Amazonでの販売ページ)
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(アドレスが変わりました)

これから実証。IchigoJam+MixJuiceで100日に挑戦中。

IchigoJam+MixJuiceで100日間、動作し続けるかもしれない、IoT温湿度センサを製作してみました。

前回は、単3電池3本で55日の実証に成功しました。

前回の結果:
このときの結果から、設計上、約2倍の長寿命化を図る改造を施して、再挑戦します。

試算上、4か月の動作期間が見込ます。
しかし、その一方で、ESP-WROOM-02単体では11か月の動作の実績があります。

このまま実証しても、探求心も実証の意義も少ないのです。

そこで、下の写真のように、乾電池を1本、減らして、2本にしてみました。しかも、秋から冬にかけての実験は、夏季よりも電池が早く消耗します。
この条件で100日を超えたら、達成感が得られるのではと考えました。


こんどは、単3電池2本で100日に挑戦する。懸念点は多いが、あとは待つだけ。

ビニールテープで覆われている部分は、まだ内緒です。成功したら、公開します。
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード
(ホームページのアドレスが変わりました)

低消費電力IchigoJamで乾電池動作のIoT温湿度センサを製作する

乾電池で長期間動作が可能なIchigoJamとMixJuiceを使って、IoT温湿度センサを製作してみました。
IchigoJam BASICには3種類の省エネ動作機能が標準装備されています。本ブログでは、下記のページで紹介した[3]Single Shot動作により、IchigoJamを低消費電力で動かします。
IchigoJam スリープ方法:
温湿度センサには、SiliconLabsのSi7021を使いました。Amazonで400円程度、AliExpressだと$2程度で販売されています。接続方法については、下記をご覧ください。
温湿度センサの接続方法:
https://blogs.yahoo.co.jp/bokunimowakaru/56159806.html
下図はIchigoJam、ネットワーク拡張ボードMixJuice、温湿度センサSi7021、アルカリ乾電池をケースへ収容したときの様子です。
IchigoJam SまたはTへMixJuiceを接続し、単3アルカリ乾電池×3本で電源供給する。温湿度センサには、安価で高性能なSi7021を使用した。

SingleShot動作を行うための製作のポイント

IoT温湿度センサを、どのようなタイミングで動かしましょうか?
多くの場合、予め決めた一定の間隔で周期的に動作すれば問題ないでしょう。また、測定する時以外はIchigoJamは何もせずに、ただ次の周期を待つだけです。
そこで、IchigoJamを低消費電力動作するための方法[3]SigleShotを用いて、20分間隔で周期的に動作させてみます。
具体的には、IchigoJamのSLEEPコマンドを使って、IchigoJamの動作を停止させ、20分後にBTN信号を入力して起動するようにしました。
下図は、MixJuiceのIO16端子をIchigoJamのBTN端子へ接続し、また、IchigoJamのIN4端子をMixJuiceのRST端子へ接続したときの様子です。
①MixJuiceのIO16端子をIchigoJamのBTN端子へ接続し、また、②IchigoJamのIN4端子をMixJuiceのRST端子へ接続する。
 
MixJuiceは、予め設定した時間が経過するとIO16からリセット信号を出力します。この信号をIchigoJamのBTN端子へ入力することで、IchigoJamをスリープ状態から復帰させます。
    ① MixJuiceに設定した時間が経過するとスリープ中のIchigoJamを起動する
    ② IchigoJamが起動したら、IchigoJam BASICからMixJuiceのリセットをかける
    ③ 温度と湿度を測定し、送信を行う
    ④ 次に起動するタイミングをMixJuiceへ設定する
    ⑤ IchigoJamをスリープへ移行させる
       20分間、おやすみなさい。。。

IoT用クラウドサービスAmbientへ送信する

IoT温湿度センサが測定した温度情報と湿度情報は、IoT用クラウドサービスAmbientへ送信することで、簡単にデータの蓄積と蓄積したデータのグラフ化が可能です。
製作したIoT温湿度センサをAmbientでグラフ化したときの様子を下図に示します。
製作したIoT温湿度センサからAmbientへ温度と湿度を送信し、Ambientへ蓄積したときの様子。

IchigoJam用 IoT温湿度センサのBASICプログラム

下記は、プログラムの一例です。IchigoJamのファームウェアは、Ver 1.2.3で動作確認しました。古いファームウェアでは動作しない場合があります。
プログラム2行目のxxxxにはAmbientのチャネル番号、3行目のxxxxxxxxxxxxxxxxにはAmbientのライトキーを入力してください。
入力を終えたら、必ず「save 0」でファイル番号0へ保存してください。IchigoJamはスリープ時にプログラムが消えてしまいます。スリープ復帰後にファイル番号0のプログラムが自動的に読み込まれ、プログラムの先頭から実行します。
new
1 uart0,2:?"IoT Envセンサ PS2
2 C=xxxx
3 K="xxxxxxxxxxxxxxxx"
4 T=1200:S=1
100 @CNF
110 out 11,0:out 11,1:wait 300
120 clk:clt:uart 1,2
130 if inkey() cont
140 if tick()>1800 goto @SP

150 ?"MJ APS":wait 40
160 if inkey()<>49 goto 120
170 clk
180 ?"MJ PCT application/json"
190 gsb @RX
200 @I2
210 let[0],#3ae6,#f3,#f5
220 ?i2cw(64,#802,1);:wait 2
230 ?i2cr(64,#806,2);
240 A=([3]>>8+[3]<<8)/37-474
250 ?i2cw(64,#804,1);:wait 2
260 ?i2cr(64,#806,2)
270 B=([3]>>9+[3]<<7)/26-65
300 @TX
310 uart 1:clk
320 ?"MJ POST START ambidata.";
330 ?"io/api/v2/channels/";C;
340 ?"/data"
350 gsb @RX:uart 1
360 ?"{";chr$(34);"writeKey";
370 ? chr$(34);":";chr$(34);
380 ? str$(K);chr$(34);",";
390 ? chr$(34);"d1";chr$(34);
400 ?":";A/10;".";A%10;",";
410 ? chr$(34);"d2";chr$(34);
420 ?":";B/10;".";B%10;"}"
430 ?"MJ POST END"
440 gsb @RX
450 if !S wait T*60:goto @I2
500 @SP
510 uart 1:?"MJ SLEEP ";T
520 wait 40,0
530 if inkey() cont
540 sleep
700 @RX
710 uart 0:clt
720 I=inkey()
730 if I clt:? chr$(I);
740 if tick()<40 goto 720
750 rtn

気になる電池の持ち時間は、なんと!55日間(一例)

この回路構成とプログラムを用いて、実際に何か月間の動作が可能なのかを確認してみました。下図は、Ambientで測定しつづけた実測値です。本例では55日間の動作が確認できました。
55日間(8週間)の室温と、電池電圧を測った。温度が30℃を超えている日は、エアコンを入れていた様子が分かる。電圧は徐々に下がるが、途中から上昇しているように見える。

この測定では、湿度の替わりに電池電圧を送信してみました。ところが、途中から電圧が上がってゆく様子が見られます。これは、IchigoJamマイコンのAD変換器が電源電圧を基準にしているためで、電池電圧の低下とともにAD変換を行うための基準電圧も低下してしまったためです。
そこで、IchigoJamの入力電圧とAD変換値との関係を求めて補正してみました。入力電圧とAD変換値の関係については、別途、実測で求めました。得られた関係式を用いて、正しい電圧値へ補正した結果を下図に示します。
55日間(8週間)の電池電圧の推移。補正を行うことで、電圧が下がってゆく様子が良く分かるようになった。

無線LANアクセスポイント停止による影響

期間中のデータを確認したところ、無線LANアクセスポイントが累計2時間にわたって停止していたことが分かりました。この停止中に電池の消耗を10%ほど縮めてしまっていたようです。
とくに、2回目の1.5時間におよぶ停止は、下図からも電池の消耗が明らかです。
例えば、30秒、経過しても接続できなかったときにスリープへ移行するような対策が必要だということが分かり、プログラムを修正しました(プログラムの赤文字部分)。

むすび

乾電池で IchigoJamを動かし、IoT温湿度センサとして実用的な動作期間(55日)を達成することが出来ました。より長期間、動かしたいときは、単2や単1型に変更すると良いでしょう。
また、動作間隔を長くしたり、MixJuice上のレギュレータを低消費電力のタイプに交換したりすることで、より長い期間の動作も出来るようになるでしょう。
by ボクにもわかるIchigoJam
https://bokunimo.net/ichigojam/ (ホームページのアドレスが変わりました)

IchigoJamでコイン自動選別貯金箱・無人店舗の領収書自動発行にも

硬貨を選別することで、投入金額や貯金箱内の総額を自動集計することが出来るようになります。本ブログではトイボックス製コインルーム SELECTOR BANKにセンサーを取り付け、マイコンボードIchigoJam Sで自動集計する方法について説明します。
無人店舗などで、領収書の自動発行や、売り上げ金額の把握などにも応用できるかもしれません。
トイボックス製コインルームにセンサを取り付け、投入金額をIchigoJamで自動集計するシステムの構成例。コインルームは、縦6階建ての構造。コインの大きさに応じて、硬貨を自動選別し、各階へ振り分けて蓄える。
下図は、50円硬貨1枚、10円硬貨1枚、5円硬貨1枚を投入したときの様子です。投入金額65円の入金により、貯金箱内の合計金額は125円になりました(予め60円が入金されていた)。
投入したコインの枚数を計測し、投入金額を集計する。また、過去の投入金額の合計も表示する。

製作に必要な機器

  • コインルーム SELECTOR BANK (トイボックス製)
    https://amzn.to/2MVrUP3
  • IchigoJam S(またはIchigoJam T)
  • センサ(フォトリフレクタ TPR-105×5個、フォトインタラプタ CNZ1023×1個)
  • 抵抗器(一例:100Ω×1個、220Ω×2個、470Ω×3個、10kΩ×2個、22kΩ×1個)
  • ブレッドボード、ピンヘッダ、配線
  • その他、周辺機器(テレビ、キーボード、ACアダプタなど)

センサ部の製作

本製作の中で重要となるのがセンサ部です。コインルーム内のコインが通過するスロット部は、透明なパーツで出来ています。そこで、スロット部へ、反射型のフォトリフレクタ TPR-105を取り付けることにしました。
フォトリフレクタには赤外線LEDとフォトトランジスタが内蔵されており、コインが近接すると、赤外線の反射によってフォトトランジスタに電流が流れます。
ただし、1円硬貨が通過する最下段については、形状が異なったため、透過型のフォトインタラプタ CNZ1023を取り付けました。
反射型のフォトリフレクタ TPR-105には、4本のリード線が取り付けられています。ここでは、配線を3本に減らすために、LEDのカソード側とフォトトランジスタのエミッタをショートし、共通のGNDとして使用することにしました。
左図:フォトリフレクタ TPR-105の発光・受光面側のようす。右上の切り欠きが1番ピンを表す。
右図:裏側のようす。LEDのカソード側とフォトトランジスタのエミッタをショートした。1番ピンは左上。
上図の加工を行ったフォトリフレクタへ、3本の電線をハンダ付けします。下図の灰色の線がセンサ出力(フォトトランジスタのコレクタ)、白色がLED入力(LEDのアノード)、黒がGND(LEDのカソードとフォトトランジスタのエミッタ)です。
左図:センサ発光・受光面側から見た配線のようす。1番ピンは右上(配線=白)。
右図:背面から見た配線のようす。1番ピンは左上(配線=白)。
作成した電線つきセンサを、コインルームに取り付ける方法を説明します。
コインルームの筐体(ブルー又はグレーの半透明)中には、コイン識別用の仕切り板6枚(透明)が挿入されており、その仕切り板には、それぞれ異なる形状のコイン通過用のスロットが仕切り板の上面と下面に成形されています。
センサを取り付ける場所は、仕切り板の下面側の奥です。仕切り板の上面にセンサを取り付けると、蓄積されたコインの邪魔になり、コインが正しく選別されなくなります。
下面側のスロットには、円弧上の切り欠きがあります。下図は仕切り板を裏返したときのようすです。切り欠きの向かい側にセンサを、ポリイミドテープなどで固定してください。
動作確認・感度調整を行うために、センサをコインが落下する下側のスロット部へ、ポリイミドテープで固定したときのようす。写真は仕切り板を裏返したときのようす(コインは写真の下側から上側に向かって通過する)。
センサの取り付け位置の調整も必要です。
中央にセンサを取り付けると、穴のある50円硬貨や5円硬貨を投入したときに、2枚とカウントしてしまうことがありました。また、コインを連続投入したときに2枚のコインのうち1枚しかカウントできない懸念もあります。かといって、あまり端に寄せると、直径の小さな1円硬貨が検出できないことがありました。正しく検出できるまで、貼り替えてながら調整してください。
調整が終わったら、ホットメルトなどで接着します。実際に接着する作業の順序は、プログラムを入力して、動作確認と位置などの調整後に行ってください。
センサを接着剤(ホットメルト)で固定したときのようす。動作確認や感度調整後に接着する(いまは、未だ接着しないこと)
下図は、コイン選別用の仕切り板を筐体に戻したときのようすです。仕切り板6段中の上位
5段までを取り付けました。仕切り板の下面側にセンサやセンサの配線が取り付けられているので、硬貨の邪魔になりません。
なお、センサからは赤外線が照射されています。電源を入れた状態では、センサを覗き込まないでください。目を傷める場合があります。
赤外線は目には見えないうえ、目に入っても瞳孔が閉じないので、可視光よりも慎重に取り扱いましょう。
センサを取り付けたコイン選別用の仕切り版を筐体に戻した。写真は接着後の様子だが、接着前に、一度、組み立てて動作確認を行う必要がある。
1円硬貨用の最下段の仕切り板には、透過型のフォトインタラプタCNZ1023を取り付けます。
下図は、最下段の仕切り板の下面側です。中央のスリット上の穴がコインの通路です。左側の黒色の部分がフォトインタラプタです。
コインが通過するときに、フォトインタラプタのスリット部をコインがさえぎることで、コインを検出します。CNZ1023には、ビス止め用の耳が付いていますが、切り落として使用します。
最下段の1円硬貨用の仕切り版へ、透過型フォトインタラプタ CNZ1023を取り付けたときのようす。配線は、フォトリフレクタと同様に引き出す。リフレクタと論理が反対になるが、プログラム側で対応する。

センサをIchigoJamへ接続する

センサが完成したら、センサをブレッドボード経由でIchigoJam Sへ接続します。センサ6個×3本の計18本の配線を、下図のようにブレッドボードへ接続し、各センサのセンサ出力(フォトトランジスタのコレクタ端子)を、IchigoJamのIN1~4と、OUT1~2へ接続しました。
各センサのセンサ出力(フォトトランジスタのコレクタ)をブレッドボード経由でIchigoJamへ接続した。ブレッドボードには、各センサのLED用の電流制限抵抗と、コレクタ電流用抵抗を実装した。
ブレッドボード上には、各センサのLED用の電流制限抵抗と、各センサのコレクタへ電源を供給するためのバイアス抵抗を取り付けました。
コインルームからの配線(ピンヘッダ付き配線・奥)は、下の写真の左側から順に、3本ごとに、コインルームの最上段から最下段まで接続しました。抵抗値は各センサの感度や、IchigoJam側の内部プルアップ状態などに応じて調整しました。
IchigoJamへの配線(ブレッドボード用ジャンパ線・手前)は、写真の左側から順に、IN1、IN2、IN3、IN4、OUT1、OUT2へ接続しました。IN1、IN4、OUT6については、IchigoJamマイコン内のプルアップ抵抗からセンサ内のフォトトランジスタへ電流を流すようにしました。
電源についてはIchigoJam Sの3.3Vへ接続しました。IchigoJam Uでは供給能力不足になります。3.3V 100mA以上のレギュレータをブレッドボードへ実装してください。
ブレッドボードのようす。抵抗値は、各センサの感度や反応速度、IchigoJamの内部抵抗の有無などに応じて変更した。

感度はフォトトランジスタの抵抗を高くする、もしくはLEDの抵抗を低くすることで高まりますが、高すぎると常に検知状態となってしまいます。
また、フォトトランジスタの抵抗が高いと応答速度が低下し、硬貨の落下の加速によって、検出しにくくなることがありました。50円硬貨の検出部にはLEDを100Ωの抵抗で高輝度に点灯させたうえで、フォトトランジスタを10kΩの抵抗で感度を下げつつ、応答速度を高めました。
以下に、本製作例での調整結果を示します。なお、センサの取り付け方によっても変化するので、再調整が必要な場合があります。
各センサごとのIchigoJam接続先と抵抗器(調整後)
センサ1(500円硬貨)→IchigoJam IN1 TR用 なし  LED用 470Ω
センサ2( 10円硬貨)→IchigoJam IN2 TR用 22kΩ  LED用 220Ω
センサ3(100円硬貨)→IchigoJam IN3 TR用 10kΩ  LED用 220Ω
センサ4(  5円硬貨)→IchigoJam IN4 TR用 なし  LED用 470Ω
センサ5( 50円硬貨)→IchigoJam OUT1 TR用 10kΩ  LED用 100Ω
センサ6(  1円硬貨)→IchigoJam OUT2 TR用 なし  LED用 470Ω

連続投入にも対応 IchigoJam BASIC用プログラム

コインを、ゆっくり1枚づつ投入するのであれば、プログラムは簡単です。しかし、コインの落下中にも次々にコインが投入されることが考えられます。
そこで、センサの変化状態を配列変数へ代入し続け、3秒以上、変化が無くなった段階で投入金額を集計するプログラムを作成しました。また、センサの変化を検出する部分(行番号140~160)については、なるべく処理を軽減し、検知漏れを防止しました。
1 cls:?"Coin Room for IchigoJam
2 clv:out 1,-1:out 2,-1
3 T=180:?"ソクテイ ジカン T=";T
4 Y=0:?"キンガク Y=";Y
100 @IN
110 I=6:B=#3F
120 if in(1) cont
130 clt:led1
140 C=in()&#3F
150 if tick()>T goto @PULSE
160 if C=B goto 140
170 clt:B=C:[I]=C^32:I=I+1
180 '? bin$([I])
190 if I<70 goto 140
200 @PULSE:led 0
210 for J=0 to 5
220   [J]=0:B=1
230   for K=6 to I-1
240     C=[K]>>J&1
250     if C<>B B=C:[J]=[J]+1
260   next
270   [J]=[J]/2
280 next
300 @COIN
310 for J=0 to 4
320   [J]=[J]-[J+1]
330 next
340 gsb @PRINT
350 goto @IN
500 @PRINT
510 ?" \500:";[0]:C=500*[0]
520 ?" \100:";[2]:C=C+100*[2]
530 ?"  \50:";[4]:C=C+50*[4]
540 ?"  \10:";[1]:C=C+10*[1]
550 ?"   \5:";[3]:C=C+5*[3]
560
?"   \1:";[5]:C=C+[5]
570 ?"ニュウキン: \";C:Y=Y+C
580 ?"ゴウケイ: \";Y:?
590 rtn

ご注意

誤検知を減らすための工夫や調整を行うことで、コインルーム製品そのものの誤選別率と同等の安定した検出精度を得ることが出来るようになりました。
しかし、市販品のような精度はありません。誤検出によって、金額が異なったとしても支障のない範囲で、ご利用ください。いかなる損害が発生したとしても、当方は、一切の責任を負いません。
なお、製作のばらつきや、周囲の輝度、コインの状態などの影響で、誤検出率が高まることもあります。
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

IchigoJamでキーボードから「¥マーク」を入力する方法

IchigoJamの文字のうち、文字コード番号#20(16進数)以降は、全てキーボードから入力することが出来ます。
それでは、「¥」マークは、どのようにして入力するのでしょうか?
「¥」を入力したいので、キーボードの[¥]を押してみよう。

逆スラッシュが表示されれば正常

まずは、キーボードの[¥]を押してみて下さい。「\」が表示されれば正常です。一体、どういうことでしょう。
¥マークは、コンピュータで使用することも多い文字なので、パソコンが8ビットだった時代から、キーボードやコンピュータ用の文字として国内のJIS規格で定められていました。しかし、これは日本円を示す日本特有の記号です。日本以外の多くの国では、後述するASCII(アスキー)規格が使われています。
例えば、日本語版のWindowsでは、ファイル・パスを表示するときに「C:¥Users¥wataru¥Documents」のように¥マークで区切られますが、海外では「C:\Users\wataru\Documents」のように表示されます。「\」の方が読みやすいだけでなく、木の根元から枝分かれしてゆく木構造の様子が表現されています。
IchigoJamの文字コード表(CC BY 斎藤史郎  http://comich.net/ichigojam/chrtable16n.pdf)の上2列以外はキーボードから入力することが出来る。
では、「¥」マークはどうやって入力するのか?

文字コードについて

コンピュータ内で文字を扱う方法として、最も一般的な方法が、ASCII(アスキー)コードやUTF-8コードなどの文字コードを利用する方法です。これらは、各文字ごとに数値が定められており、コンピュータ内では、文字を文字コードという数値で取り扱います。
IchigoJamでも、#00~#FF(16進数:10進数で0~255に相当)の数値の一つ一つに文字が割り当てられています。
文字「A」のコードを知りたいときは、「? hex$(asc("A"))」のように入力すると16進数の文字コードが表示されます。その反対に、文字コード#B1の文字を表示するには、「? chr$(#B1)」と入力します。
実行例を以下に示します。文字「A」のコードが#41、文字「ア」が#B1であることが分かるでしょう。
? hex$(asc("A"))
41
OK
? chr$(#B1)

OK
さて、¥記号はJIS規格のJISコードでは#5Cです。しかし、ASCII(アスキー)文字コードの#5Cには「\」が定められています。このため、IchigoJamではASCIIコードを優先し、「\」を表示します。
ややこしいですが、同じ¥記号を使う中国に比べれば、問題の少ない方法です。中国で¥(人民元)マークを示すときは、ASCIIコード#24の「$」を「¥」と表示する場合があります。このため、値札などに「$20」と書かれていても、¥20元であることもあります。誤解したときの齟齬は大きく、混乱を招く原因になることは明らかです。
以上の通り、日本を除く、多くの国のコンピュータ機器で、#5Cが「\」を意味することが分かりました。例外もあります。多くのキャラクタ液晶ディスプレイでは、#5Cで「¥」が表示されます。日本が世界中へ液晶ディスプレイ用の制御ICを広め、現在でも多くの互換ICが使われているためです。もし、日本も中国のように、$を\に置き換えていたら、どうなっていたでしょうか。

キーボードから文字を入力する方法

当然かもしれませんが、IchigoJamに接続したキーボードの[A]キーを押すと文字「A」を入力することができます。
小文字を入力するときは[Shift]キーを押しながら入力します。カタカナを入力するときは、[カタカナひらがなローマ字]キーを押してからローマ字で入力します。キーボードに表示されている、カナの小書き文字(小文字)や濁点、半濁点は使用できません。これらはローマ字入力で対応します。英数字に戻すには、再度、[カタカナひらがなローマ字]キーを押します。
文字コード#E0~FFは、[Alt]キーを押しながら[0]~[9]、[A]~[V]のキーを押します。例えば、[Alt]+[V]でイチゴマークが表示されます。また、文字コード#80~9Fは、[Alt]と[Shift]を押しながら[0]~[9]、[A]~[V]のキーを押して入力します。
アルファベット大文字:そのまま入力
数字:そのまま入力
カタカナ:[カタカナひらがなローマ字]を押してからローマ字入力

「¥」マークの入力方法

このブログへアクセスしていただいた方の多くが、知りたかった結果について、説明します。ここまでの前置きが長いのは、わざとです。
インターネットが普及し、多くの疑問がネット検索で簡単に解決できるようになりました。しかし、ネット検索で簡単に得られる情報というのは、多くの人が疑問に思った内容に限られます。
例えば、¥マークの入力方法を様々なキーワードで探してみてください。検索では上手く見つけられないかもしれませんが、実は、以下に記載されています。
イチゴジャムレシピ(キーの割り当て)
https://15jamrecipe.jimdo.com/basic/はじめの一歩#cc-m-10946748992
将来、世間に新しい価値を創出してゆこうと思ったときにも、もちろんネット検索が役立ちます。しかし、これまで世の中に無かったものや、あまり知られていない専門的な情報については、論文や書籍といった文献から、必要な情報を探し出したり、類似の情報から考える必要があります。そこで、この記事は少し意地悪な書き方をしてみました。
欲しかった情報以外にも、興味のある情報や、ボクの考え方などが少しでも伝わればと、思います。
最後なりましたが、[カタカナひらがなローマ字]キーを押してから[¥]キーを押すと、キーボードから¥マークを入力することが出来ます。
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モバイルLTE対応 IchigoSoda を節電して乾電池による長時間稼働

Softbank 4G LTE回線に対応したIchigoSoda(基板裏面に要sakura.io LTEモジュール・別売り)を乾電池で動かす方法について説明します。
電源やWi-Fiの確保が難しい場所に設置することが出来るので、ポスト内の郵便物検知やガレージのシャッター開閉状態検知、納屋の人感センサ検知、屋外公衆トイレの使用状態検知、イノシシ捕獲機の扉の状態検知などに応用できるでしょう。
とくに本記事のポイントとなる節電制御は、乾電池駆動や、太陽電池と鉛蓄電池などを使ったシステムに欠かせない方法です。IchigoJam BASICであれば、節電制御が標準サポートされているので、簡単に実現することが出来ます。
IchigoSoda + sakura.io LTEモジュール(基板裏面に装着)を乾電池で動かしてみた。タクトスイッチの状態が変化したときに、スイッチ状態をLTE送信することが出来る。

実現には節電制御が必要

モバイルインターネット回線を利用した通信モジュールは、消費電力が大きいので、乾電池で長時間稼働させることが難しいという課題があります。このため、動作が不要なときに機能を停止(スリープ)制御することで、節電を行う方法が、一般的に用いられています。
本ブログでは、以下の2つの節電方式を実現する方法について、紹介します。
  1. ワンショット節電駆動方式(プログラム名:SAKURA IoT TX Ino 44 1)
    IchigoSoda上のタクトスイッチSW2を押す(BTN信号をLレベルにする)ことで、IchigoJam BASICを起動し、sakura.ioモジュールからLTE送信する。状態が変化しても、すぐに戻る利用形態に適しており、IoT押しボタンや、IoT人感センサなどへの応用が可能。節電効果は高い。
  2. サイクリック節電駆動方式(プログラム名:SAKURA IoT TX Ino 44 2)
    5秒ごとにタクトスイッチSW2の状態を確認し、状態が変化したときに、sakura.ioモジュールからLTE送信する。状態が5秒以上継続する利用形態に適しており、IoTドア状態センサ、窓状態センサ、トイレ使用状態センサ、イノシシ捕獲センサなどへの応用が可能。節電効果は方式1よりも数割劣る。
なお、sakura.ioモジュールの電源を切るので、送信を行うたびに、モジュール起動と回線接続を行う必要があります。起動には約1分を要するので、センサによる検出後LTE送信を行うまでに、約1分の遅延時間が生じます。

1. ワンショット節電駆動方式

IchigoSoda上のタクトスイッチSW2を押すと、LTE送信を行い、送信後にsakura.io LTEモジュールの電源を切る節電制御に対応したIoT機器を製作します。以下に、節電手順を示します。
予めプログラムをIchigoJam BASICのファイル番号0に保存しておき、IchigoSodaのタクトスイッチSW2を押下したまま、電源スイッチSW1をONにして、プログラムを自動起動します。
自動起動したプログラムは、sakura.io LTEモジュールを起動してからLTE送信を行います。LTEモジュールを起動するには約1分の時間を要します。
送信後、LTEモジュールの電源を切り、IchigoJamをSLEEPコマンドで停止させ、BTN信号を待ち受ける節電状態にします。
1-1. IchigoSoda によるsakura.io LTEモジュールの電源制御
IchigoSodaには、LTEモジュールの電源を制御するための回路が搭載されています。基板上のWAKEスイッチ(下図)を左側にスライドしておくこと、IchigoJam BASICコマンドの「OUT 8,0」でLTEの電源をOFF、「OUT 8,1」で電源をONにすることができます。
OUT 8,0    :' LTE OFF
OUT 8,1    :' LTE ON 
WAKEスイッチを左側にスライドすることで、IchigoJam BASICからLTE電源の制御が行える。
しかし、現行バージョン(SCO-ICG-02-A)のIchigoSodaの回路には、不具合があり、少し、改造が必要です。(※この改造を行うと、OUT 8,1を実行しなければ、sakura.io LTEの電源が入らなくなります。)
次節のサイクリック節電は、改造しなくても動かせるので、改造したくない人は、後半へ、進んでください。
改造方法は、WAKEスイッチのすぐ下にある抵抗器R4を取り外すだけです。ただし、部品が小さいので、ハンダ付けに慣れていない人には、少し難しいです。
はじめに抵抗の両端子へハンダを盛ってから、こて先の細い2本の半田ごてで両端子を挟み込んで持ち上げると、比較的、簡単に取り外すことが出来ます。利き手で無い方の手のコントロールが意外と難しいかもしれません。ハンダ付けに慣れている方であれば、こて先が2mm以上の半田ごてを使って、両端子を同時に熱したり、手早く両端子を交互に熱したりして、取り外すことも出来るでしょう。
IchigoSoda上の抵抗器R4を取り外したときの様子。部品が小さいので、作業に注意する。
他にも、電源表示用のPower LED (LED 2)でも8mWほどの電力を消費しています。抵抗R19を取り外すことで、節電することが出来ます。ただし、電源をONにしたときに、Power LEDが点灯しなくなります。
省エネ用のハードウェア改造まとめ
  • WAKE信号の電圧変換回路部・プルアップ抵抗(R4・1kΩ)の取り外し
    取り外す理由:IchigoJamがSLEEPしたときにsakura.ioモジュールがONしてしまう(不具合)
    省エネ効果:17 mW (3.3mA×5V) + sakura.ioモジュールの消費電力
  • Power LED部の電流制限抵抗(R19・1kΩ)の取り外し
    取り外す理由:LED動作による消費電力の削減
    省エネ効果:8 mW (2mA×3.8V)
1-2. IchigoJam BASIC用プログラム SAKURA IoT TX Ino 44 1
キーボードを接続する場合は、必ず、アルカリ電池を取り外し、電源用USB端子から5Vの電源を供給してください。新
の単3アルカリ乾電池の初期電圧は1本あたり約2V程度あり、直列4本だと7V以上になります。IchigoSodaは7Vでも動作しますが、キーボードが故障する場合があります。
方式1のワンショット節電駆動方式のプログラムを以下に示します。プログラムを入力または転送後、「SAVE 0」でファイル番号0へ保存してください。行番号4のS=1は、節電動作の設定です。S=0で節電しない動作になります。
節電動作時はテレビ表示が消えます。プログラムを停止させるときはESCキーを押したまま、タクトスイッチSW2(BTN)を押し、タクトスイッチだけを離します。ESCキーは停止が確認できるまで押したままにしてください。
new
1 cls:?"SAKURA IoT TX Ino 44 1
2 ?"CC BY Wataru Kunino
3 ?"ボタン/センサ ニュウリョク BTN
4 S=1:?"ショウデンリョク S=";S
100 @MAIN
110 B=btn()
120 if inkey() cont
200 @ON
210 out 8,1
220 poke #880,1,0,1,0,0,0,0
230 I=!i2cr(#4F,#880,3,#884,3)
240 ?"Status I2C=";I;
250 if I I=(peek(#886)=#80)
260 ?" LTE=";I
270 if I goto @TX
280 gsb @SLP
290 goto @ON
300 @TX
310 poke #880,#21,#A,1,73,B,0,0
320 poke #887,0,0,0,0,0,B^#63
330 ?"LTE_Send=";B;" ";
340 I=i2cw(#4F,#880,13)
350 if I ?"ERR":goto @MAIN
360 ?"OK":gsb @SLP
400 @OFF
410 out 8,0
420 if btn() gsb @SLP:cont
430 if S sleep
440 end
500 @SLP
510 led 0:wait 300,!S:led 1
520 rtn
動作確認が完了したら、電源スイッチSW1をOFFにし、キーボードを外してから、直列4本の単3アルカリ乾電池を接続します。IchigoSodaのCN5のGND端子に乾電池のマイナス側を、5.0V端子に乾電池のプラス側を接続してください。

2.サイクリック節電駆動方式

こんどは、5秒間隔でBTN信号を確認し、変化があれば、LTE送信を行うサイクリック節電駆動方式です。BTN信号の状態を5秒ごとにしか確認しないので、タクトスイッチSW2を、5秒以上、押し続ける必要があります。例えば、ドアセンサ(リードスイッチ)のように、変化後の状態が、一定時間、継続する用途向けです。
2-1. サイクリック節電駆動方式のハードウェア
サイクリック節電のプログラムは、前述のハードウェアの改造をしなくても動作します。しかし、IchigoSodaの回路の不具合で消費電力が3倍くらいに増えます。一方、ハードウェアの改造を行った場合は、ワンショット駆動に比べて、2割程度の消費電力増にとどまります。
送信頻度や条件に左右されますが、未改造で1週間程度、改造品で1か月程度の動作が期待できるでしょう(執筆時は未確認・試算値)。
改造なし:ワンショット駆動に比べて、消費電力が約3倍(1週間程度の動作)
改造あり:ワンショット駆動に比べて、消費電力が約1.2倍(1か月程度の動作)
2-1. IchigoJam BASIC用プログラム SAKURA IoT TX Ino 44 2
プログラムを以下に示します。キーボード接続時は、乾電池ではなく、USBから5Vを供給してください。
5行目のT=24は、変化時の送信に加えて、定期送信を行うための設定です。この設定は、Kunio Sakurai様からの提案で追加しました。T=24だと24時間ごとに、センサの値とは無関係に、送信を行います。最大値はT=45の45時間です。T=6のように小さくすると、送信頻度が増し、電池の持ち時間が短くなります。なお、時間は正確ではありません。
new
1 cls:?"SAKURA IoT TX Ino 44 2
2 ?"CC BY Wataru Kunino
3 ?"ボタン/センサ ニュウリョク BTN
4 S=1:?"ショウデンリョク S=";S
5 T=24:?"ソウシン カンカク T=";T;"ジカン"
10 'ショキカ
20 T=T*720:C=0
100 @MAIN
110 B=btn()
120 if inkey() cont
130 if A<>B goto @ON
140 gsb @SLP
150 out 8,0
160 C=C+1:if C>T C=0:goto @ON
170 goto @MAIN
200 @ON
210 out 8,1
220 poke #880,1,0,1,0,0,0,0
230 I=!i2cr(#4F,#880,3,#884,3)
240 ?"Status I2C=";I;
250 if I I=(peek(#886)=#80)
260 ?" LTE=";I
270 if I goto @TX
280 gsb @SLP
290 goto @ON
300 @TX
310 poke #880,#21,#A,1,73,B,0,0
320 poke #887,0,0,0,0,0,B^#63
330 ?"LTE_Send=";B;" ";
340 I=i2cw(#4F,#880,13)
350 if I ?"ERR":goto @MAIN
360 A=B:?"OK":gsb @SLP
370 goto @MAIN
500 @SLP
510 led 0:wait 300,!S:led 1
520 rtn

関連情報

以下で、IchigoSodaの接続方法に関する詳しい解説を行っています。本記事で不明な部分や、sakura.io側での動作確認方法については、下記のウェブページと確認ツールをご参照・ご利用ください。
IchigoSoda / sakura.io の接続方法:
Websocket 確認ツール Message IoT:
Websocket 確認ツール Message IoT Token保存機能つき:

考察

sakura.io LTEモジュールを停止することによる有効性は、確認するまでもなく明らかです。しかし、紹介した2つのプログラムでは、sakura.io LTEモジュールの起動待ち中の約1分間に、IchigoJam側をサイクリック節電駆動させています。この部分の有効性は、動作条件によって変化するので、本製作条件における試算を行い、確認しました。
sakura.io LTEモジュールの起動待ち中、サイクリック節電により、約15mAの消費電流を削減することが出来ます。これは、900mA秒のエネルギー削減に相当します。
一方で、5秒間隔で確認を行うため、実際にsakura.io LTEモジュールの起動が完了してから最大5秒間、平均2.5秒の検出遅延が発生します。平均遅延時のエネルギーは約150mA秒です。
以上から、これらの差の750mA秒のエネルギー削減が可能であり、LTEモジュールの起動待ち時間のサイクリック節電動作が有効であることが分かりました。
参考(IchigoJam スリープ方法・省電力動作・消費電流)

むすび

IoTセンサに欠かせな
節電駆動機能が標準サポートされている IchigoJam BASICを使うことで、乾電池による長時間駆動を簡単に実現できることが分かりました。
実現性を示した本記事が、IchigoJam×sakura.ioの発展に少しでも貢献できれば、幸いです。
本記事は、Kunio Sakurai様からのご意見をもとに、作成しました。状況を詳しく説明していただいたおかげで、実現場での使用状況を知ることが出来ました。パソコンに不慣れなご様子だったので、ご意見の入力や確認にも多くの時間を割いていただきました。厚く御礼申し上げます。
by ボクにもわかるIchigoJam用マイコンボード

IchigoJam S+温湿度センサSi7021で暑さ指数WBGTを計算して、熱中症予防

IchigoJam SのSはセンサのSと言われています(※)。IchigoJam Sのセンサ端子CN5へ温湿度センサSi7021を接続し、温湿度測定値から室内用の暑さ指数WBGTを計算します。
※諸説あるうちの有力でない例です
IchigoJam Sへ温湿度センサSi7021を接続し、暑さ指数WBGTを表示したときの様子。31℃以上になると、危険。撮影用のライトの影響でWBGT=32.4℃とかなり危険な状態となっている。撮影前や現在はWBGT=31.2~31.6℃だったので、十分に水分を取りながら執筆中。
センサの接続方法は、下記のブログ記事を参考にしてください。
温湿度センサ Si7021:

暑さ指数WBGTとは

湿球黒球温度WBGTは、国際規格化されている暑さ指数の一つです。WBGTの単位は℃なので、直感的に分かりやすい指標です。しかし、その測定には湿球黒球温度計という専用の計測器が必要です。また、より簡易な方法で測定する方法として、温度と湿度から推定する方法があります。
日本生気象学会が作成した「日常生活における熱中症予防指針(参考文献2)」に、温度と湿度から暑さ指数WBGTをもとめる換算表と、WBGT値における危険度がまとめられています。以下は、WBGT換算表をエクセルへ転記したものです。
画像データだったWBGT表の数値を「手作業」でエクセルへ入力した。

しかし、公開されている表には20℃以下のデータが無かったので、国立環境研究所の小野 雅司らによる6都市の気象データから求めたWBGT推定式(参考文献3)から0℃におけるデータを使用し、0℃~40℃まで対応できるようにしてみました(日射量や風量は0とした)。近似式も小野氏のWBGT推定式に倣いました。

今回、作成した近似式:(屋内用)
WBGT = 0.725*Ta + 0.0368*RH + 0.00364*Ta*RH – 3.246
参考文献3の推定式:(小野氏らの研究成果・屋外)
WBGT = 0.735*Ta + 0.0374*RH + 0.00292*Ta*RH – 4.064
Ta=室温(℃)、RH=相対湿度(%)
補足(より詳しく知りたい方への情報)
参考文献2のWBGT表は室内環境をもとに作成されており、一方、参考文献3の推定式は屋外環境の気象データをもとに作成されています。このため、これらのWBGT値は下図のように一致しません。そこで、21℃以上については参考文献2のWBGT表を、0℃のときは参考文献3の推定式を使用し、平均二乗誤差を最小にするパラメータを算出しました。
湿度60%における室温とWBGTの関係(湿度が一定値60%のとき)
室温と湿度からWBGTの推定値を算出できるようになった
適切な方法かどうかは分かりませんが、少なくとも熱中症予防指針には沿っているはずです。
実際に熱中症予防対策として使われる場合は、十分に検証の上、ご利用ください。

IchigoJam用 BASICプログラム

下記のプログラムを実行すると、温度、湿度、WBGTが表示されます。IchigoJam BASICの変数は16ビットの整数型なので、計算時に変数の範囲を超えない範囲で精度が確保できるよう配慮しました。

1 ?"Humidity Sensor SILICON LABS Si7021
2 'if ver()<12348 stop

100 'MAIN
110 let[0],#3ae6,#f3,#f5
120 if i2cw(#40,#800,2) stop
130 if i2cw(#40,#802,1) stop
140 wait 2
150 if i2cr(#40,#806,2) stop
160 A=([3]>>8+[3]<<8)/37-474
170 if i2cw(#40,#804,1) stop
180 wait 2
190 if i2cr(#40,#806,2) stop
200 B=([3]>>9+[3]<<7)/26-65
210 ?"Tempr=";A/10;".";A%10;" ";
220 ?"Humid=";B/10;".";B%10;" ";
230 if A<0 A=A-5 else A=A+5
240 A=A/10:B=B+5:B=B/10
300 'WBGT
310 W=(A*725)/100
320 if W<0 W=A*73
330 W=W+(B*37)/100
340 W=W+(A*B*4)/100-32
350 ?"WBGT =";W/10;".";W%10
360 wait 300:goto 100

Bashで計算する

Raspberry PiなどLinuxベースのOSで計算するにはbcコマンドが便利です。変数TMPLへ温度を、HUMへ湿度を代入して以下のコマンドを実行します。

echo "0.725 * ${TMPL} + 0.0368 * ${HUMI} + 0.00364 * ${TMPL} * ${HUMI} – 3.246"|bc

参考文献

本ブログは、IchigoJamの開発者である福野泰介さんのブログ(参考文献1)を見て、書いてみました。福野さんは、半導体環境センサのパイオニアであるセンシリオン製の温湿度センサSHT31を使用して、不快指数を求めています。また、WBGTについては日本生気象学会のサイト(参考文献2)並びに、同学会誌の情報(参考文献3)を参考にしました。
(参考文献1)
SHT31を使った不快指数(福野泰介の一日一創):
(参考文献2)
「日常生活における熱中症予防指針」Ver.3 確定版
日本生気象学会ウェブサイト
http://seikishou.jp/pdf/news/shishin.pdf
(参考文献3)
日本生気象学会雑誌 50(4):147-157, 2014
通常観測気象要素を用いたWBGTの推定
国立環境研究所・環境健康研究センター 小野 雅司, 気象業務支援センター 登内 道彦
https://www.jstage.jst.go.jp/…/seikisho/50/4/50_147/_pdf
by ボクにもわかるIchiogoJam用マイコンボード

超簡単1行リターンIchigoJam IoT.inコマンドで文字列・カタカナ受信

IchigoJam用マイコンボード(IchigoSodaなど)+sakura.ioモジュールで簡単に文字列を受信する方法について説明します。
IoTコマンドを使用するので、IchigoJam BASICのファームウェアは IchigoJam BASIC Ver 1.2.4 IoT版のベータ版(1.2β59)が必要です。
現時点の受信方法として参考なればと思います。
IchigoJam BASIC Ver 1.2.4 IoT・β版を書き込んだマイコンボードへssakura.ioモジュールなどを搭載した。マイコンボードはCQ出版社のIF ICH-KIT。
sakura.ioモジュールへ、メッセージを送信するには、下記の「WebSocket 確認ツール Message IoT – sakura.io」が便利です。IchigoJamの開発者の福野氏が作成したMessage IoT の機能の一部を省略し、ツールとして利用できるようにしました。
WebSocket 確認ツール Message IoT – sakura.io
IchigoJamでメッセージを受信するには、IoT.in関数を使用します。関数なので「A=IoT.in()」のように変数へ代入するか、?やifなどの命令に続けて使用する必要があります。
以下に、受信コマンドとプログラムの一例を示します。
1行リターンで受信したい場合:
WebSocket 確認ツールの「Message」の部分へテキスト文字(8文字以内)を入力し、[送信]をクリックしてから、以下の1行リターン用のコマンドを入力すると、IchigoJamで受信することが出来ます。
IF IOT.IN() POKE #82C,0:? STR$(#824)
プログラムで受信したい場合:
以下のプログラムを実行し、WebSocket 確認ツールで「Message」にテキスト文字を入力する、もしくは、「Value」に整数を入力してから、[送信]をクリックすると、IchigoJamで受信することが出来ます。
10 I=IoT.in()
20 wait 60
30 if peek(#820)!=1 goto 10
40 ?"Ch=";peek(#822)
50 poke #82C,0
60 if peek(#823)=98 ? str$(#824) else ? I
70 goto 10
ところで、#820や、#822、#823、#824の数字は、何でしょう。
こういった数字を使わずに、受信できるようになると使いやすそうです。
正式版で対応して欲しい1行コマンド(※今は使えません)
? STR$(IOT.IN())
メモ: IchigoJam BASIC Ver 1.2.4 IoT版のsakura.io用メモリマップ
配列変数[0]~[6] #800~#80D IoT.out 送信用バッファ
配列変数[0]~[1] #800~#803 IoT.in 送信用バッファ
配列変数[16]~[26] #820~#835 IoT.in 受信データ
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