長時間動作＆低消費IoT開発のためのWiFiマイコン活用

タイマによる割り込み処理で，動きを必要最小限に

センサ値読取りとOLED表示を3秒周期で，Ambient送信とグラフ化を1分周期で


図1　小型軽量化が求められるIoTエッジは小容量電池で動き続ける必要がある．マイコンの消費電力を極限まで小さく抑えるために，タイマによる割り込み処理は必要条件だ．［著・提供］後閑哲也．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．．詳細は［VOD/KIT/Book］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ会話型IoTエッジ開発超入門

図1　小型軽量化が求められるIoTエッジは小容量電池で動き続ける必要がある．マイコンの消費電力を極限まで小さく抑えるために，タイマによる割り込み処理は必要条件だ．［著・提供］後閑哲也．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．．詳細は［VOD/KIT/Book］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ会話型IoTエッジ開発超入門

Wi-Fi対応マイコンを使ったIoTシステムでは，センサ・データの周期的な取得と，クラウド・サービスへの送信が重要な役割を果たします．

システムの安定動作には周期的なタイミング管理が不可欠です．Pico Wは，内部の64ビット・カウンタを用いて1μs周期でカウントし，各タイマが割り込み処理を発動することができます．この機能を利用して次のタスクは実現します．

タイマの割り込み処理により，センサ・データ取得と表示が同じ3秒周期で同期され，Wi-Fi通信は1分間隔で行われます．こうすることでシステム負荷を抑え，安定した運用が可能です．

Ambientは，IoT向けクラウド・サービスで，取得したデータをリアルタイムで可視化できます．登録は無料で，最大8チャネルのデータを管理可能です．各チャネルごとにグラフを設定し，温度や湿度の変動を直感的に理解できる点が特徴です．

データはHTTP POSTリクエストで送信し，チャネルごとに設定された「ライト・キー」を使って認証します．これにより，センサ・データのグラフ化や，リアルタイム監視がスムーズに行えます．

紹介するIoTエッジは，BME280センサを使用して気圧，温度，湿度を取得します．このデータは，I$^2$C通信を介して有機EL表示器（SSD1306ドライバ搭載）に3秒ごとに表示されます．次のフォーマットで画面に出力します．

``` Room Environment Pres= 1023 hPa Temp= 24.5 DegC Humi= 56.3 %RH ```

このように数値データを整理して表示することで，使用者は環境の変化を即座に把握できるようになります．

3つのタイマを活用することで，デバイスの処理効率が向上し，無駄のないタスク管理が実現します．

例えば，3秒間隔のタイマがOLEDへの表示更新とセンサ・データ取得を同時に管理し，余計な遅延を防ぎます．一方で，1分ごとのWi-Fi通信はAmbientサーバへの負荷を最小限に抑えながら，必要なデータを確実に送信します．

このようなマイコン制御は，周期的なタスクが多いIoTシステムに非常に適しています．

Pico Wの内部タイマはハードウェア・タイマを基盤とし，これを利用してソフトウェア・タイマを無制限に生成できます．これにより，タスクごとの周期割り込みが柔軟に設定可能です．例えば，`3秒`や`1分`といった異なる周期を正確に扱えます．

マイコンをWi-Fiネットワークに接続するには，ステーション・モードが利用されます．`wlan.connect（）`関数でアクセス・ポイントに接続し，通信が安定するまでループ処理で待機します．この接続が確立されると，Ambientへのデータ送信が可能になります．

温湿度センサ（BME280）と表示器（OLED）はどちらもI$^2$Cバスで接続され，共通の通信経路を使用します．これにより，複数デバイスとの通信がシンプルに実装できます．

このようなシステム構成により，周期的なデータ取得・表示・クラウド送信が効果的に実現されます．ラズベリー・パイ Pico Wのような低消費電力のマイコンを活用することで，IoTシステムの構築がより簡単かつ効率的になります．〈著：ZEPマガジン〉