Windows 10 UWP向けPM2.5/PM10大気質検知アプリの設計

必要な部品と材料

SDS011 PM2.5 & PM10センサー	×1
HC-06 Bluetoothモジュール	×1
ミニブレッドボード	×1
Lumia 1520またはWindows Phone 10対応デバイス	×1
ORICO Bluetoothモジュール	×1
Arduino UNO	×1
Raspberry Pi 2 Model B	×1

使用するアプリとオンラインサービス

• Microsoft Windows 10 IoT Core

プロジェクト概要

はじめに

大気汚染は世界中の国々が無視できない深刻な課題です。PM2.5とPM10（微小粒子状物質）は人体に健康被害をもたらす主要な汚染物質です。本プロジェクトでは、Windows 10ユニバーサルプラットフォーム（PC用Windows 10、Mobile用Windows 10、Windows 10 IoT Core）で動作するPM2.5/PM10検知システムを構築します。アプリケーションはUWPテンプレートを基盤として開発されます。

まず、SDS011センサーとHC-06 Bluetoothモジュールを組み合わせてリアルタイムデータを取得し、Bluetoothで送信します。次に、Bluetoothモジュールを搭載したWindows 10デバイスでデータを受信し、接続画面に表示します。

前提条件

SDS011はレーザー散乱の原理を用い、0.3〜10ミクロンの浮遊粒子濃度を安定かつ信頼性高く測定できます。Bluetooth通信には低コストで小型のHC-06モジュールを使用します。Surface ProやLumia 1520などの内蔵Bluetooth搭載デバイスなら追加モジュールは不要ですが、Raspberry PiやMBMなどのWindows 10 IoTデバイスではBluetoothドングルが必要です。環境構築については、MVPのDavid Jones氏による「Generic Serial Bluetooth with Win 10 IoT-Core RPI2」を参照してください。

注: Windows 10とVisual Studio 2015が未セットアップの場合、前提条件の完了に2〜3時間かかりますが、その大半は無人作業時間です。

必要なもの

パーツ:

• SDS011 PM2.5 & PM10センサー
• HC-06 Bluetoothモジュール
• オス-オスおよびオス-メスジャンパーワイヤー
• ミニブレッドボード
• Lumia 1520またはWindows Phone 10対応デバイス
• ORICO Bluetoothモジュール
• Arduino Uno R3
• Raspberry Pi 2

プロジェクト手順

ステップ1: HC-06モジュールをSDS011センサーに接続

所要時間: 5分

必要な部品: 5V電源、HC-06、SDS011、ジャンパーワイヤー、ミニブレッドボード

SDS011の元々の出力はTTL-USBで、無線接続には不向きです。そこでHC-06をBluetoothモジュールとしてデータ送信に用います。これはSparkFunのBlueSMiRF Silverよりも安価です。また、5V DC電源で検知器を駆動します。

まずBluetoothモジュールをブレッドボードに差し込み、配線を容易にします。Arduinoの5V電源レールからモジュールのVccピンへジャンパーを接続し（他の5V電源でも可）、モジュールのGNDピンをArduinoの任意のGNDピンに接続します。シリアル通信を確立するため、BluetoothモジュールのTXピンをSDS011のRXピンに、RXピンをSDS011のTXピンにそれぞれ接続します。

ステップ2: BluetoothモジュールとWindows 10デバイスをペアリング

所要時間: 5分

必要な部品: Bluetoothモジュール、Windows 10デバイス、ORICO Bluetoothモジュール（オプション）

BluetoothモジュールはSPP（Serial Protocol over Bluetooth）プロトコルで動作するため、SPP対応デバイスなら接続可能です。Windows 10では仮想COMポートとして認識されます。接続前にモジュールが電源投入済みでペアリング待機状態か確認してください。モジュールの赤色LEDが点滅なら「ペアリング待機」、点灯なら「ペアリング済み」を示します。

Windows 10 PCの場合

「設定」→「デバイス」→「Bluetooth」へ進み、Bluetoothをオンにすると「HC-06」が表示されます。タップしてペアリングし、ペアリングコードを入力します。デフォルトは1234、デフォルトのシリアルポート速度は9600ボーレートです。

Windows 10 Mobileの場合

同様に「設定」→「デバイス」→「Bluetooth」でペアリングします。

Windows 10 IoT Coreデバイス（Raspberry Pi 2など）の場合

オンボードBluetooth非搭載のRaspberry Pi 2やMBMでは、Bluetooth USBドングルが必要です。ハードウェア互換性リストで検証済みのドングルを選んでください。本プロジェクトではORICO BTA-403を使用します。Dragon Board 410cはオンボードBluetooth搭載のためドングル不要です。

ORICO BTA-403をRaspberry Pi 2のUSBポートに挿すと、Windows 10 IoT Coreのデフォルトアプリ画面にメッセージが表示されます。Bluetoothペアリングについては「Pairing a BLE Device and GATT Attribute Table Dump Tool」ページの「Pairing the Sensortag」セクションのStep 1〜6に従い、SSHでWindows IoT Coreに接続してコマンドラインツールで設定します。

注: メインメニューでBRモードを選択してください。デフォルトのペアリングコードは1234です。

ステップ3: コードのダウンロードと展開

所要時間: 10分

まず5V DC電源を接続し、PM2.5/PM10検知器（HC-06付き）を稼働させます。1秒ごとにデータが取得されます。

次にGitHubから「GenericBluetoothSerialUWApp」プロジェクトをダウンロードし、Visual Studio 2015 Update 1で読み込みます。このアプリはMVP David Jones氏の「Generic Serial Bluetooth with Win 10 IoT-Core RPI2」を参考に設計されています。ターゲットによりデバッグ設定を変更します：

• PCで実行：x86またはx64、ローカルデバッグ
• Windows 10 Mobile：ARM、デバイスデバッグ
• Windows 10 IoTデバイス（Raspberry Pi 2等）：リモートデバッグをデバイスに設定

HC-06とWindows 10デバイスのペアリング完了後、Visual StudioでF5を押してUWPアプリを起動します。「HC-06」シンボルをダブルタップすると、IDと名前がアプリ上部に表示されます。間もなくHC-06のLEDが点滅から点灯に変わり、「Start Rev」ボタンが有効になります。クリックしてデータ受信を開始すると、「Stop Recv」と「Start Process」ボタンが有効になります。「Start Process」をクリックしてデータ処理アルゴリズムを実行します。

PM2.5とPM10の値がTextBlocksに表示されます。

コード

PM25Detector

Windows 10 UWP App
https://github.com/shijiong/PM25Detector

回路図

この図ではSparkfun ZigBeeモジュールがPM2.5センサー（SDS011）を表しています。使用ピンは5V、GND、Tx、Rxです。
PM25Detector.fzz