［SwiftUI + CoreBluetooth］感染症対策・熱中症対策に iPhone や MacBook Air（M1）で温度・湿度を測定する #Swift

記事の内容

ソニーが販売している IoT タグ MESH を利用して、温度・湿度を測定する。

動機

感染症対策・熱中症対策として、部屋の温度・湿度を測定したい

「感染症対策・熱中症対策には温度と湿度の管理が大切」ということはわかっていたが、実際の温度・湿度は把握していなかった。

単純に温度計・湿度計を購入して測定すればいいが、自動的に一定間隔で測定データを記録して、そのデータを可視化したり機械学習で活用できるのではないか。

また以前、BLE通信を利用してセンサと接続できる iOS アプリを開発するプロジェクトに参画していた。その際の内容を思い出すためにも、温度・湿度を測定できる iOS アプリの開発に挑戦した。

開発環境

PC
MacBook Air（2020,M1）メモリ：16GB ストレージ：1TB

言語
Swift

フレームワーク
SwiftUI

MESH
温度・湿度ブロック

測定できる温度の範囲： -10℃ 〜 50℃
測定できる湿度の範囲： 0% 〜 100%
充電： Micro-USB

アプリの要件

MESH 温度・湿度ブロック 1台と MacBook Air を BLE 通信を利用して接続する
MESH 温度・湿度ブロックは接続後、0.5秒ごとに温度・湿度の測定データを PC に送信する
iOS アプリで現在の温度と湿度を確認する
今回は　MacBook Air をセントラル MESH 温度・湿度ブロックをペリフェラル とする（※セントラル・ペリフェルについては後述）

BLE 通信

BLEとは

近距離無線通信の規格 Bluetooth を省電力化した通信形式
PC、スマートフォンなど通信の親機に相当する機器のことを セントラル と呼ぶ
MESH や忘れ物防止タグなど通信の子機に相当する機器のことを ペリフェラル と呼ぶ

BLE通信の流れ

※ 説明をわかりやすくするため、簡略化しています

ペリフェラルが通信待ちの状態では、周囲の不特定多数の機器を対象に無線信号を送信（アドバタイズ）
セントラルがスキャンを実行することで、アドバタイズを受信
セントラルが１対１で通信したいペリフェラルに対して、接続を要求
ペリフェラルがセントラルからの接続要求を受信し、１対１の通信（GATT通信）に切り替える
ペリフェラルからセントラルへ通信データを送信する ※
セントラルがペリフェラルに対して、切断を要求

※ GATT 通信の特徴
サービス と キャラクタリスティック の形で測定データをやり取りする

コード

ポイント

CoreBluetooth を利用する

つまづいたところ

センサと接続が完了した際に、ペリフェラルのデリゲートを設定する

peripheral.delegate = self を記載が必要であることを気づかず、時間を浪費した

DeviceManager.swift

  func centralManager(_ central: CBCentralManager, didConnect peripheral: CBPeripheral) {
        guard let peripheral = devices.first?.peripheral else { return }
        peripheral.delegate = self
        peripheral.discoverServices(services)
        print("centralManager did connect peripheral: \(peripheral.name?.description ?? "unnnamed")")
    }

ペリフェラルにブロック機能の有効化・温度や湿度、測定頻度の設定コマンドを送信する

必要な知識：リトルエンディアン・16進数の足し算（チェックサムの値を算出するために必要）
16進数の足し算： MacBook Air にプリインストールされている「計算機」アプリで対応

DeviceManager.swift

    func peripheral(_ peripheral: CBPeripheral, didDiscoverCharacteristicsFor service: CBService, error: Error?) {
        let byteArray: [UInt8] = [0x00, 0x02, 0x01, 0x03]
        let data = Data(byteArray)
        let batteryLevelArray: [UInt8] = [0x00,0x03,0x00,0x03]
        let batteryLevelData = Data(batteryLevelArray)
        
        let modeSettingArray: [UInt8] = [0x01,0x00,0x01,0xF4,0x01,0xFF,0x9C,0x64,0x00,0x00,0x00,0x11,0x11,0x20,0x38]
        let modeSettingData = Data(modeSettingArray)
        
        guard let characteristics = service.characteristics else { return }
        
        for characteristic in characteristics {
            peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)
            peripheral.writeValue(data, for: characteristic, type: .withResponse)
            peripheral.writeValue(data, for: characteristic, type: .withoutResponse)
        }
        print("did Discover Characteristics for executed")
        
        for characteristic in characteristics {
            peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)
            peripheral.writeValue(batteryLevelData, for: characteristic, type: .withResponse)
            peripheral.writeValue(batteryLevelData, for: characteristic, type: .withoutResponse)
        }
        
        for characteristic in characteristics {
            peripheral.setNotifyValue(true, for: characteristic)
            peripheral.writeValue(modeSettingData, for: characteristic, type: .withResponse)
            peripheral.writeValue(modeSettingData, for: characteristic, type: .withoutResponse)
        }
        
    }

実際にアプリを動かす

iPhone SE （2nd Generation）を使って、MESH センサと接続する様子を収録した。

１日中動かすと、室内の湿度が１日で10〜20%前後変動することがわかった。特に、朝は感染症のリスクが高くなる湿度40%以下になる傾向があるため、部屋で洗濯物を干す・湯を沸かす等の対策が取れた。

（部屋のサイズや人数にもよるが、もしかしたら加湿器をわざわざ購入しなくても良いかも ... ）

このアプリの使い所

感染症対策
熱中症対策
ペットがいる家庭での温度管理
職場の温度・湿度管理

今後したいこと

WidgetKit を利用して、アプリを立ち上げなくても温度・湿度を確認する。

App Store での配信開始

2023/01/09 配信開始 🎉

2023/01/10 ver 1.2.0 で測定したデータを保存できるようにした
・当初 CoreData を利用する予定だったが、Xcode でのアーカイブ時にエラーが発生
・上記エラーを解決するのに時間がかかりそうだったため Realm を採用した

参考資料

MESH 技術ドキュメント
MESH の操作方法・通信仕様がまとめられている。

Qiita
下記記事がとてもわかりやすい。

Speacker Deck （2023/04/04 追記）
この記事の取り組みをスライドにまとめました。