BLEセンサーを用いたセンシング技術
著：月野
１、BLEについて
BLE（Bluetooth Low Energy）は、Bluetoothテクノロジーの一部であり、特に省エネルギーを重視したデザインが特徴です。 この技術は、従来のBluetoothと比較して、より少ないエネルギーで動作することが可能で、これがBLEとBluetoothの主な違いの一つです。
１）BLEとは？
BLEは「Bluetooth Low Energy」の略で、省電力でデータ通信を行うための技術です。
通常のBluetoothと比較して、低電力で長期間の使用を可能にすることを目的としており、
スマートデバイス間の通信に適しています。
２）Bluetoothとの違い
従来のBluetoothは高速なデータ転送を目的として設計されていましたが、その代わりに比較
的多くの電力を消費します。
一方、BLEは低電力で動作することに特化しており、連続した通信が必要ない小規模なデータ
の送受信に最適化されています。
このため、バッテリー寿命を延ばすことができ、特にウェアラブルデバイスやIoT（Internet
of Things）デバイスに適しています。
３）BLEのメリット
省電力性：長期間にわたるバッテリー寿命を提供し、デバイスのメンテナンスコストを削減します。
コスト効率：BLEチップは比較的安価であり、多くのデバイスに組み込むことが可能です。
普遍性：スマートフォンやタブレットなど、多くのデバイスがBLEをサポートしており、広範な互換性を持っています。
設置が簡単：BLEデバイスは、使用場所、条件に対応した、様々な形状や耐久性を備えています。小型でどこにでも設置が可能です。
２、サンプルアプリケーション
BLEセンサーから受信したデータを取得するアプリケーションのサンプルプログラムです。
内容：受信データの内容をコンソールに表示し、データの種類ごとにcsvファイルに書き込む
使用言語：C＃
センサーデバイス：エレックス工業株式会社
μPRISM電池タイプ（CR2032用）
using System;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices.WindowsRuntime;
using System.Text;
using Windows.Devices.Bluetooth.Advertisement;
namespace PrismTest002
{
internal class Program
{
//-----------------------------------------------------------
//BLEセンサー ビーコンモード 受信プログラム
//-----------------------------------------------------------
static BluetoothLEAdvertisementWatcher watcher; //BLEのアドバタイズ（データ）を受信するためのオブジェクトを定義
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Start");
watcher = new BluetoothLEAdvertisementWatcher(); //インスタンス化
watcher.Received += Watcher_Received;
watcher.SignalStrengthFilter.SamplingInterval = TimeSpan.FromMilliseconds(2000); //サンプリング間隔
watcher.ScanningMode = BluetoothLEScanningMode.Passive; //BLEデバイスのスキャンモード
watcher.Start(); //アドバタイズ スキャン開始
Console.ReadLine();
watcher.Stop(); //アドバタイズ スキャン停止
}
private static void Watcher_Received(BluetoothLEAdvertisementWatcher sender, BluetoothLEAdvertisementReceivedEventArgs args)
{
foreach (var dataSection in args.Advertisement.DataSections)
{
byte[] data = dataSection.Data.ToArray();
//--------------------------------------------------------------------------------------
// ここに、受信データをフィルタリングして、受信したいセンサーデータだけ取得する条件が必要
（ペイロード非公開につき、コード公開は不可）
//--------------------------------------------------------------------------------------
Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss") + " : " + "BLEセンサーのビーコンデータを受信しました！");
Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss") + " : " + "BD Address:" + args.BluetoothAddress);
Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss") + " : " + BitConverter.ToString(data));
DisplayData(data); //コンソールに受信データを表示 ＆ ｃｓｖファイルに書き込むメソッド。ペイロード（データ部）非公開につき、コード公開不可
}
}
}
}
コード概要
- オブジェクト定義：
BluetoothLEAdvertisementWatcherオブジェクトを用いて、BLEデバイスからのアドバタイズメント（データ）を受信します。 - インスタンス化：
new BluetoothLEAdvertisementWatcher()でwatcherオブジェクトをインスタンス化し、BLEデバイスのアドバタイズメント受信準備をします。 - 受信イベントハンドラ登録：
watcher.Received += Watcher_Received;で、アドバタイズメント受信時に呼び出されるイベントハンドラWatcher_Receivedを登録します。 - 受信イベントメソッド：
Watcher_Receivedは、実際に受信したデータを分析、内容をコンソールに表示、csvファイルに出力するメソッドですが、今回使用しているセンサーのペイロード（データ構造）が非公開なので、コードは非公開となっています。 - サンプリング間隔設定：
watcher.SignalStrengthFilter.SamplingInterval = TimeSpan.FromMilliseconds(2000);で、サンプリング間隔を設定します。これは、どれくらいの頻度でBLEデバイスの信号を受信するか（サンプルコードでは2000ミリ秒間隔）を設定します。 - スキャンモード設定：
watcher.ScanningMode = BluetoothLEScanningMode.Passive;で、スキャンモードを設定します。サンプルはパッシブを指定しているので、デバイスはアドバタイズメントパケットを受信するだけです。 - スキャン開始：
watcher.Start();で、BLEデバイスのアドバタイズメントスキャンを開始します。 - スキャン停止：
watcher.Stop();で、アドバタイズメントスキャンを停止します。
出力結果例
コンソール
csvファイル
３、取得データの見える化
BLEデバイスから得られたデータは、様々な場面で活用できます。
その中でも最も活用されるのが、分析のためのグラフ化（視覚化）です。
１）BIツールの活用
BIツールとは、データ分析を手軽に行える革新的なソフトウェアです。
膨大なデータからグラフやチャートを生成し、成功点や、改善点を視覚的に
分析することができます。操作性は非常に分かりやすく、専門的な分析スキ
ルがないユーザーでも、データを活用できるよう支援してくれます。
２）グラフ化
先述のアプリケーションは、同一タイミングで温度と湿度を検知するデバイスのデータを、
それぞれ別々のcsvファイルに蓄積します。
実際に収集したデータを簡単にグラフ化してみました。
今回使用したのは、PowerBIというツールです。
左の２つのエクセルのデータを簡単に、右の図のような視覚的なグラフで表現することができます
このように、BLEデバイスとBIツールを上手く活用することで、簡単にデータの比較や分析を行うことができます。
４、BLEの活用例
私たちの生活の中でも、すでに様々な場所や分野でBLEは活用されています。
センサーデバイスの性能も向上しており、取得できるデータも多岐にわたります。
・ウェアラブルデバイス：ワイヤレスイヤホンやスマートウォッチなど、バッテリー寿命が重要とされるデバイスで使用されます。
・ホームオートメーション：スマートライトや温度センサーなど、家庭内の環境デバイスを制御するために利用されています。
・位置情報サービス：店舗内のナビゲーションや、倉庫内の商品の検索など、正確な位置情報が必要な場面で活用されています。
５、BLEの今後
BLEは、その省電力性と広範囲な分野での互換性により、私たちの生活を、より便利でスマートにする多くの製品やサービスを提供できる技術です。
IT技術者から一般消費者まで、多くの人にとって、BLEは日常生活におけるたくさんの可能性を秘めています。
今後、もっと多様な場面で活用されていく技術だと思います。
