Leafonyでセンシングを始めよう！Basic Kit2の「4-Sensors Leaf」を解説

はじめに

Leafonyの入門キット「Basic Kit 2」には、マイコンリーフやBLEリーフと並んで、「AI01 4-Sensors」 と刻印された小さな基板が含まれています。これが4-Sensors Leafです。

温度・湿度・照度・加速度という、IoTセンサーノードの基本となる4項目をこの1枚でカバーできる構成になっており、プロトタイピングから本番運用まで幅広く活用されています。本記事では、搭載されている各センサーの特性とスペックを、実際の活用シーンを交えながら解説します。

Leafonyの基本構造

まずLeafonyの概要を簡単に紹介します。

Leafonyは、リーフと呼ばれる小型基板を積み重ねて使うモジュール型のIoT開発プラットフォームです。マイコン・センサー・通信・電源といった機能ごとに基板が分かれており、用途に応じて必要なリーフを組み合わせる設計思想を採用しています。基板サイズはおよそ2cm×2cm。小型・低消費電力のIoT機器を試作するために、必要なリーフを組み合わせます。

Basic Kit 2はその入門キットで、4-Sensors Leafはキットの中核をなすセンサーモジュールにあたります。

4-Sensors Leafの構成

4-Sensors Leaf（型番：AI01）には、3種類のセンサーチップが実装されています。「4-Sensors」という名称は、温湿度センサーが1チップで温度・湿度の2項目を計測するため、合計4項目という意味です。

基板サイズはW23×D20.5×H4.7mm。接続インターフェースはすべてI2Cで統一されています。

各センサーの詳細

温湿度センサ：HTS221TR

STMicroelectronics製。I2Cアドレスは0x5F。

表の測定範囲・精度は、温湿度センサーICの仕様です。Leafonyを組み立てた機器全体で使える温度範囲や屋外での耐久性を保証するものではありません。マイコン・通信・電源・電池・ケースを含めて使用条件を確認します。

公式サンプル: 温湿度センサの読み取り

照度センサ：OPT3001

Texas Instruments製。AI01の標準構成ではI2Cアドレス0x45を使用します。アドレス設定を変更した基板では、回路図と実機の設定を確認してください。

OPT3001は、0.01〜83,000 luxの照度を測定でき、自動で測定レンジを切り替える機能を備えています。明るい場所から暗い場所までの変化を調べる用途に使えます。

赤外線の影響を抑える設計も特徴です。公式資料では赤外線除去率を99%超（代表値）としています。ただし、光源や取り付け位置、ケースの窓などによる影響は残るため、実際の設置条件で測定値を確認してください。

公式サンプル: 照度センサの読み取り

加速度センサ：LIS2DHTR

STMicroelectronics製。I2Cアドレスは0x19。

用途に応じて4段階のレンジを切り替え可能です。微細な振動を検知する場合は±2g、衝撃が想定される環境では±16gといった使い分けができます。

加えて、ハードウェアレベルで以下の検出機能を備えています。

• 6D/4D方向検出 ── デバイスの姿勢（上下左右前後）を判定
• フリーフォール検出 ── 落下を検知して割り込み信号を生成
• モーション検出 ── 静止状態からの動き出しを検知

これらの機能はセンサーチップ内で処理され、マイコンへは割り込みピン経由で通知されます。マイコン側で常時ポーリングを行う必要がないため、スリープとの組み合わせによる省電力設計が可能です。インフラ保全や設備監視など、長期間バッテリー駆動が求められるユースケースとの相性が良い設計といえます。

公式サンプル: 加速度センサの読み取り

省電力モード ── 電池寿命を左右する設計のポイント

AI01の各センサーICは、設定に応じて測定頻度を下げたり、省電力モードに切り替えたりできます。温湿度を10分ごとに確認する用途なら、必要なときに測定して、それ以外の時間は待機する動作を検討します。

センサーICの消費電流だけでは、電池寿命は決まりません。マイコン、BLE通信、電源回路などを含む機器全体で、測定・送信・待機中の消費電流と時間を確認します。測定間隔や通信頻度、電池の種類、使用温度も稼働時間に影響します。

Leafonyでの検討手順は、公式Docsの低消費電力化の説明をご覧ください。実際の構成で消費電流を測り、用途に合う電源と動作周期を選びます。

実際の利用構成

Basic Kit 2での典型的な構成は以下のとおりです。

• マイコンリーフ（AP03 STM32 または AP01 AVR） でファームウェアを実行
• 4-Sensors Leaf でセンサー値を取得
• BLEリーフ（AC02 BLE Sugar） でスマートフォンやPCにデータを送信

AI01の各センサーとマイコンはI2Cで接続します。AC02 BLE Sugarとマイコンの接続はUARTです。センサーの読み取りとBLE送信では、使用する通信インターフェースが異なります。

温湿度: I2C address 0x5F → 温度・湿度の値を取得
照度:   I2C address 0x45 → lux値を取得
加速度: I2C address 0x19 → X/Y/Z軸の値を取得

標準構成のアドレスは、公式I2Cアドレスマップでも確認できます。BLE通信の接続仕様は、AC02 BLE Sugarの技術資料を参照してください。

センサーの値が取れたら、次のステップは「取得したデータをどう活用するか」です。Web BLEを利用すれば、PCやスマートフォンのブラウザからリアルタイムでセンサー値を確認できます。

• Web BLEを使ったIoTアプリ入門

4-Sensors Leafが選ばれる理由

4-Sensors Leafの最大の利点は、環境モニタリングに必要な基本4項目をこの1枚で網羅できる点にあります。

温度・湿度・照度・加速度は、周囲の環境や機器の動きを調べるための基本的な測定項目です。「何を計測すべきか」が確定していないPoC段階でも、この4項目が揃っていれば検証の幅が広がります。それでいて基板サイズはW23×D20.5mm。他のリーフとスタックしてもほぼ同サイズに収まります。

Leafonyのエコシステムは「リーフを差し替えれば機能が変わる」という拡張性を前提に設計されています。通信リーフをBLEからLoRaに変更して屋外の広域モニタリングに対応させたり、センサーリーフを入れ替えて計測対象を変更したりと、ハードウェア構成の柔軟な変更が可能です。

4-Sensors Leafは、そうしたLeafonyエコシステムの入口として、まず手に取るべき1枚です。

よくある質問

Q．AI01 4-Sensorsだけで、測定値を確認できますか？

AI01はセンサーのリーフです。測定値を読み取るマイコンと電源、使用する構成に合ったプログラムを組み合わせます。スマートフォンやパソコンへ無線で送る場合は、AC02 BLE Sugarなどの通信機能も必要です。Basic Kit 2では、これらを組み合わせた購入時のデモから試せます。

Q．AI01 4-SensorsとAI05 Env Sensorsは、何が違いますか？

AI01は温度・湿度・照度・加速度を測れます。AI05の標準構成は温度・湿度・気圧・加速度に対応し、照度センサーは搭載していません。明るさを測りたいか、気圧を測りたいかが、選ぶときの違いの一つです。

搭載チップやI2Cアドレス、使用するライブラリが異なるため、基板を交換する場合はプログラムも確認します。AI01とAI05は割り込み線も共有するため、そのまま併用せず、AI05の接続時の注意を確認してください。

Q．AI01を使って、屋外の温湿度を測れますか？

屋外での測定に組み込むことはできますが、基板をそのまま雨や結露にさらす使い方には向きません。用途に合うケースや防水・防塵対策を用意し、温湿度センサーに空気が届くことや、日射・機器の発熱・ケース内の結露が測定に与える影響も確認します。

センサーICの測定範囲だけで判断せず、電池などを含む機器全体の使用条件を確認し、実際の設置場所で測定値と通信・電源の動作を検証してください。

関連リンク

• Leafony公式ドキュメント（AI01ページ）
• Leafony Shop（Basic Kit 2はこちら）