BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(8)

はじめに

mbed nRF51822 に新機能が追加されました。今回は 2015年５月に追加された新機能についてAPI仕様や使用方法について紹介いたします。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(7)

はじめに

BLEは省電力であることが最大の特徴ではありますが、使い方によっては電池の減りが早かったり
以外なな落とし穴に陥る場合があります。
今回は消費電力を下げるためのアプローチについて掲載いたします。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(6)

はじめに

前回はmbedを使用したBLEデバイスとAndroid 4.4および5.0でBLE接続に必要な実装について掲載いたしましたが、今回は４種類のGATTアクセスに着目して、それぞれの動作と実装方法について紹介いたします。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(5)

はじめに

お待たせしました、昨年夏に連載していました「BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(1)-(4)」の続編になります。

2014年の後半は mbed のnRF51822 周りの実装が安定せず掲載を中断しておりましたが、ライブラリを更新してもビルドが失敗するようなこともなくなってきましたので、掲載を再開とさせて頂きたいと思います。
今回からは Android アプリ開発に焦点を当てて、Andorid 5.0 以降で変更となるBLE関連のAPIについても掲載していきます。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(4)

はじめに

これまで３回に渡ってnRF51822ブランクモジュールをARM mbed 対応機器にするための方法について掲載してきましたが、今回から mbedによるBLEプログラミング実践編をスタートいたします。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(3)

はじめに

前回はARM mbedを用いたソフトウェア開発手法を紹介いたしましたが、今回は連載３回目として mbed対応の要となるハードウェアの作成方法について紹介させていただきます。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(2)

はじめに

前回のブログで弊社の取り組みについて紹介させていただきましたが、今回は第二回目として実際にmbedを使った開発について紹介させて頂きます。

BluetoothSMARTデバイスをmbed で開発する(1)

はじめに

NordicのnRF51ブランクモジュールは、法的面でBluetooth SMARTアクセサリ製造への敷居を下げてくれるという期待感から注目されていましたが、モジュール使用にあたって技術面でのハードルが高いところがあり、まだユーザーが増えていないのが現状のようです。

そこで今回は個人レベルでも試作が可能となるような試みとして、nRF51ブランクモジュールのDIP基板化と ARM® mbed™ を使った開発について紹介いたします。

〔番外編〕 電力測定ツールも自作してみよう - アプリ編

※今回の記事は「〔番外編〕 電力測定ツールも自作してみよう」の続編です

今回は測定ツールの第２弾としてアプリケーション編を紹介いたします。


免責事項

この記事に書かれている内容は技術的な参考資料として記載しています
端末等の破損や作業上の事故について弊社および記事作成者は責任を持ちません
また設計上の品質についても保証を行っていませんので、作成時は各自で性能確認等を行うようにしてください。

１. 測定ツールの構成について

前回の記事である測定ツール自作編で作成したハードウェアは次のような構成になっていました。

今回の記事ではArduiono MEGA ADK側で動くスケッチとAndroidタブレットで動作するアプリを作成し、測定ツールで検出した電力値をAndroidタブレットに表示できるようにします。
・Arduino
　測定冶具で検出された電流信号をA/D変換しUSB-HOSTからAndroidタブレットにデータを送信
・Androidタブレット
　ADKプロトコルを使用して取得した測定値を画面に数値およびグラフ化して表示する

２．測定アプリ

今回作成したアプリは弊社内のニーズに基づき次のような機能を実装しました。
・ダミーバッテリの供給電圧
・現在の消費電流
・積算電力(積算電流)
・消費電流のグラフ

実際の表示画面はこのようになっています。

2-1. Arduinoのスケッチ

ADK2011(2012)のサンプルコードをベースに独自の機能を追加しました。
実際のコードについてはこちらを参照下さい スケッチ

・タイマー割り込みを使って1msecごとに電圧と電流のA/D変換
・取得した電流値を積算
・ADK経由でデータを送信

なおArduino上で実際の電圧/電流値に計算しようとすると処理時間が間に合わなくなることからAdruino側ではA/D変換とデータ保持のみを行い、実数化はAndroidアプリで行うようにしています。
被検対象となるAndroid端末のカーネルタイマーが1msecなので10倍の0.1msecごとに電流値を取ることができれば、より高精度な測定が可能となりますがアプリ動作の測定に絞るだけなら1msecでも十分評価できると思います。

<Tips> Android 4.1以降の端末でサンプルコードを使うには
公開されている初期のADKのソースコードはADK2011のみしか対応していないことからADK2012をサポートするAndroid4.1以降の端末ではADKを認識することができなくなりました。
その場合、次のようなパッチを当てると動作させることができます。
AndroidAccessory.cpp
bool AndroidAccessory::switchDevice(byte addr)
{
..
-    if (protocol == 1) {
+    if (protocol >= 1) {
        Serial.print("device supports protcol 1\n");
..
ただし今後のバージョンアップにてプロトコルの互換性が失われる場合がありますので使用にあたってはGoogleの動向をチェックするようにしてください

2-2. Androidアプリ

ADK2011のAPIを使い簡単なアプリケーションを作ってみました。
ADK経由でAdruionoからA/D変換値を取得し、アプリ側で電圧/電流/積算(Sum)に変換して表示します。また電流値をグラフ化して表示も行っています。
サンプルとしてアプリのソースコード添付しました ソースコード

Sum値は取得した電流値を積算したもので累積電力の目安として表示しています。
これがあると長時間に渡る消費電力を知ることができスリープ時の省電力を見るのに便利です。この値に電圧値を掛ければ電力値になりますが、今回アプリでは電圧を一定で測定しているので電流のみとしています。またもし表示を時間単位としたい場合はサンプリング時間を測りながら計算するように書き換えるととよいでしょう。

3.使用方法

・測定ツールと被検対象となる端末を接続してからACアダプタを接続します。
・ACアダプタからの給電が始まるとAndroidタブレットにADKのダイアログが表示されますのでOKボタンを押します。
・次にOFFボタンを押すとボタン表示がONに変わり測定が始まります。
・再度ONボタンを押すとOFFに戻り測定が中断します。スクリーンショットを取る場合に利用してください。
・Clearボタンは測定結果をクリアするときに使います、押すと積算値とグラフ時間軸がゼロに戻ります。

４. 少し特殊な使いかた

測定冶具基板に付いている半固定抵抗を回すとダミーバッテリの供給電圧を変えることができます。これによりバッテリ残量が少ないとき特有の挙動も見ることも可能です。電圧を可変させる際は Androidアプリ画面で表示している電圧値を見ながらバッテリ電圧範囲内でゆっくり可変させるようにして下さい。半固定抵抗は機械的接点で抵抗値を変動させているもののため、乱暴に回すと急激に電圧が変動し端末が破損する危険性があります。なお端末側で統計的に残量計算している機種が多いので反映するまでしばらく掛かる場合があります、その場合は一度再起動するとよいでしょう。

５. 今後の展開 -- 高機能版への進化

弊社ではこの測定ツールを進化させた商用版を準備しております。
本ブログで公開したものに比べてさらに次のような機能がパワーアップしています。
1. サンプリングの高速化
2. 取得データを収集サーバーへ転送
　サーバー側にデータを逐次送信することにより長期間の測定が可能になりました
3. 複数端末のデータ取得
　複数の測定ツールを同時使用することにより多くのデータを蓄積することができます
4. データの分析
　サーバー側で蓄積したデータを用いて統計的なデータ評価が可能となりました
　１台だけの評価に比べて試験環境による誤差が少なくなります

まとめ

今回で測定ツール自作編は終了となります。
ツールを自作することにより本ブログ開始時に使っていた機材に比べて小型軽量化され安価に消費電力が測れるようになりました。

蛇足ではありますが「あのスマホ」もダミーバッテリの作成を行い、端末の電力測定できるようにしました。弊社端末アプリ開発チームのところで重宝しております。

目的を絞ったツールを自作すれば測定器を揃えるよりも小型で安上がりに消費電力を確認することができることがご理解頂けたかと思います。
これで読者の方々のところでもツールを自作してみようという気風が高まれば幸いです。

ブランド戦略部 - 中村和貴

〔番外編〕 電力測定ツールも自作してみよう

はじめに

アプリ配布を始めた途端に「あなたのアプリ入れたらバッテリの持ちが悪くなった」なんて話をよく耳にします。そんなことにならないよう配布アプリにあっても開発段階から省電力を心がける時代になってきたのではないでしょうか。
スマートフォンの電力測定というと高価な測定器が必要なイメージがありますが、用途を絞れば安価に入手が可能になります。今回は番外編としてソフトウェア開発者向けに安価で電力測定が行えるツールの自作方法について紹介いたします。

Keon端末向けダミーバッテリの作りかた

※以前の記事を纏めました。

Firefox OS端末での電力測定を行うにあたり計測機器として使用できるダミーバッテリの作成を行いました。
今回はその作成方法について紹介致します。

Samsung端末向けダミーバッテリの作りかた

スマートデバイスの消費電力を測るためには内蔵バッテリの代わりとなるダミーバッテリ作りが必須となります。今回は広く流通しているSamsungスマートフォン向けダミーバッテリの作成法を紹介いたします。SamsungのバッテリにはNFC等の付加機能が付いており、ダミーバッテリでもこれらの機能を残しておきたかったことから今回は純正バッテリの回路を流用する方法を使いました。

1Ωの抵抗とオシロスコープ接続

1.1Ωの抵抗

オシロスコープで消費電力を計測するために、1Ωの抵抗をつなげました。

はんだ付けが苦手で、ちょっと雑になってしまいました。

2.オシロスコープを接続

1Ωの抵抗につづき、オシロスコープを接続しました。

電気回路図で示すと以下のようなシンプルな接続となります。

Wifi設定をONにして接続時の波形を計測中の写真です。

次回から、この機材を利用して消費電力の計測を行います。

消費電力計測用のダミー電池作成 part3

3.配線

電池と端末本体と接する箇所に金具があたるように配線を行いました。

本体に嵌め込むと以下のような感じ。

安定化電源と接続して、電気を流してみました。
みごと、起動に成功！！

ようやく、計測の準備が整いました。

消費電力計測用のダミー電池作成 part2

2.パテの流し込みと整形

流し込みもできる超低粘度のポリパテ、パテ革命「ドロドロ」を使用しました。


型取りした台に流し込み。

乾燥させること二日間、無事に固まりました。

荒々しい電池のようなモノが出来上がりました。

でこぼこしている箇所を削り取った後。

Nexus Sにぴったり嵌るようになりました。

消費電力計測用のダミー電池作成 part1

消費電力の測定用にダミー電池の作成を行いました。
工作が苦手なため、かなり四苦八苦しました。
でも、楽しかったので記事として残します。

0.はじめに

今回、使用する端末はNexus S。

新品のNexus Sです。
まだオリジナルの保護シートが張られた状態です。

1.型取りを行う

まずは電池の型取りを行います。

型取り用の粘土をコネコネ開始。
手際が悪く、なかなか上手に混ざらなかったのですが、
慣れてきたころにいきなり固まり始め、慌てて電池を押し込みました。

数10分放置して電池を取り出すと、型ができました。
(※はじめての型取りで汚くてすみません)