Leafonyでデータを飛ばそう！Basic Kit 2の通信リーフ「AC02 BLE Sugar」を解説

はじめに

Leafony Basic Kit 2には、センサーリーフやマイコンリーフと並んで、通信リーフが同梱されています。センサーで取得したデータをスマートフォンやPCに送り届ける役割を担うのが、今回紹介する AC02 BLE Sugar です。

前回の記事ではBasic Kit 2の頭脳にあたる「AP03 STM32 MCU Leaf」を解説しました。マイコンがセンサー値を処理しても、それを外部に送信する手段がなければIoTデバイスとしては成立しません。AC02 BLE Sugarは、Bluetooth Low Energy（BLE）による無線通信をLeafonyに追加するためのリーフです。

Leafony（リーフォニー）とは

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。コイン電池駆動を前提とした超低消費電力設計が特徴で、屋外設置や長期間のバッテリー運用が求められるIoTセンサーノードに適しています。

Basic Kit 2はLeafonyの入門キットで、マイコンリーフ・センサーリーフ・通信リーフ・電源リーフなど、IoTデバイスの基本構成に必要なリーフが一式揃っています。

AC02 BLE Sugarの基本スペック

AC02には、Silicon Labs製の BGM11S22F256GA-V2 が搭載されています。

※ SoC（System on Chip） とは、プロセッサ・メモリ・通信回路など複数の機能を1つのチップに統合したものです。AC02の場合、EFR32BG1というSoCの中にARM Cortex-M4プロセッサ、メモリ、Bluetooth無線回路がすべて収まっています。BLEスタックや無線処理をモジュール側に持てるため、ホストMCU側の実装負担を抑えやすい設計です。

搭載チップ BGM11S22F256GA-V2 の特徴

AC02に搭載されている BGM11S22F256GA-V2 は、Silicon Labsが提供するBLEモジュールです。内部にはEFR32BG1シリーズのSoCが実装されており、ARM Cortex-M4コア、256KBのFlash、32KBのRAMを備えています。

このモジュールが採用されている理由は主に2つあります。

1. 日本を含む主要国・地域の無線認証を取得済み

日本国内でBLE機器を使用するにはTELEC（技術基準適合証明）の取得が必須です。BGM11S22F256GA-V2はTELECに加えて、CE（欧州）、FCC（米国）、ISED（カナダ）、KC（韓国）、NCC（台湾）の認証を取得しています。無線認証対応の負担を大きく減らせます。ただし、最終製品としての認証表示や実装条件への配慮は別途必要です。

2. モジュール型の設計

BGM11S22F256GA-V2はアンテナ内蔵のモジュール型です。外付けアンテナの設計やインピーダンスマッチングの調整が不要で、基板設計の難易度が下がります。Leafonyの小型基板に実装するうえで、この点は特に重要です。

BLE通信の仕組み

AC02とマイコンリーフ（AP03など）はUARTで接続されています。I2Cで接続されるセンサーリーフとは異なるインターフェースです。

通信の流れは以下のとおりです。

マイコンリーフ（AP03）
  │
  │ UART（シリアル通信）
  ↓
AC02 BLE Sugar
  │
  │ BLE（Bluetooth 4.2）
  ↓
スマートフォン / PC / ゲートウェイ

マイコンリーフがUART経由でAC02にデータを送ると、AC02内部のBLE機能を使って、受け取ったデータを無線送信します。受信側では、スマートフォンアプリやPCからBLE通信でデータを受け取れます。Web Bluetoothを使ったブラウザ表示も可能ですが、対応ブラウザや端末には制約があります。

UARTを採用していることにはメリットがあります。I2Cはバス型の通信で複数デバイスが同じラインを共有しますが、UARTはポイント・ツー・ポイントの通信です。センサー群のI2Cトラフィックと通信処理が干渉しないため、データ取得と送信を並行して安定的に行えます。

Bluetooth 4.2は、4.0/4.1に比べてセキュリティやデータ転送効率の面で改良が加えられた世代です。センサーデータ送信との相性がよく、低消費電力を維持しながら扱いやすい無線通信方式です。

省電力と通信の両立

BLE（Bluetooth Low Energy）は、その名の通り低消費電力を前提に設計された通信規格です。Classic Bluetoothと比較して消費電力が大幅に低く、コイン電池での長期運用に適しています。

BLEの省電力性は、接続間隔（Connection Interval） の設計によって実現されています。常時接続を維持するのではなく、一定間隔でのみ通信を行い、それ以外の時間はスリープ状態に移行します。この間欠動作のパターンは、Leafony全体の設計思想と一致しています。

Leafonyの省電力設計は、各レイヤーが連携して成り立っています。

こうした構成を取ることで、計測時以外は各リーフを低消費電力状態に保ちやすく、コイン電池駆動の長期運用を目指しやすくなります。

4-Sensors Leaf・AP03との連携

Basic Kit 2の典型的な構成は以下のとおりです。

AP03（STM32 MCU Leaf）─── I2C ──→ 4-Sensors Leaf（温湿度・照度・加速度）
        │
        └── UART ──→ AC02 BLE Sugar ──→ スマートフォン / PC

この構成における処理フローを整理します。

1. RTCアラームでAP03がスリープから復帰
2. I2C経由で4-Sensors Leafのセンサー値（温度・湿度・照度・加速度）を取得
3. 取得したデータをUART経由でAC02に送信
4. AC02がBLEでデータを送信
5. スマートフォンやPCがBLE経由でデータを受信
6. AP03・センサー・AC02がスリープに移行

Leafony公式のサンプルコードには、この構成をそのまま試せるWeb BLEの実装例が用意されています。

• Leafony公式サンプルコード一覧

この構成のポイントは、センサーの追加・変更がハードウェアの差し替えだけで完結することです。4-Sensors Leafを別のセンサーリーフに交換しても、通信リーフ側の変更は不要です。マイコンリーフのファームウェアでI2Cアドレスを書き換えるだけで、異なるセンサーのデータをBLEで送信できます。

まとめ

AC02 BLE Sugarは、Leafonyエコシステムに無線通信機能を追加するためのリーフです。Silicon Labs製のBLEモジュール BGM11S22F256GA-V2 を搭載し、CE、FCC、ISED Canada、TELEC、KC、NCCに対応したモジュールを搭載しており、開発者は認証済みモジュールを活用することで、無線認証対応の負担を大きく減らしながらBLE対応のIoTデバイスを構築できます。

UART接続によるセンサーバスとの分離、BLEの低消費電力動作、そしてマイコンリーフ・センサーリーフとの一貫した省電力設計。これらの特性が組み合わさることで、コイン電池駆動の小型IoTセンサーノードにおける「データを飛ばす」部分を、手軽かつ確実にカバーしています。

関連リンク

• Leafony公式ドキュメント（AC02ページ）
• Leafony公式サンプルコード一覧
• Leafony Shop（Basic Kit 2はこちら）