前回で Wi-Fi 接続とインターネット疎通が確認できました。AWS に送るデータの中身が決まっていなかったので、今回はセンサーを用意します。
FNK0090 はボード2枚組の製品で、センサーは同梱されていません。手元に別のプロジェクトで買った覚えのないモジュールが4個ありましたが、シルク印刷が読めず何なのか分からない状態でした。
写真で判別しようとしたものの、解像度の限界でお手上げになり、実測で特定することにしました。
目次
手元にあったもの
4個のモジュールを並べてみます。
写真から分かったのは2個だけでした。
- 傾斜センサー（LM393 コンパレータ + 金色のボール式スイッチ）
- DHT11（青い格子状のケースが特徴的で一目で分かる）
残り2個は、シルク印刷から接続方式だけは読み取れました。
- 5ピンの小さな基板。
VCC GND SCL SDA 3.3と読める → I2C - 白い4ピンコネクタが付いた青い基板 → Grove モジュール（アナログ）
型番までは分かりません。ここから実測に入ります。
診断ツールを作る
推測で当てずっぽうに配線するのではなく、ESP32 自身に調べさせることにしました。PlatformIO の環境を分けて、本体のファームウェアを壊さずに使えるようにします。
[env:esp32dev]
build_src_filter = +<*> -<diagnostics/>
[env:sensor-scan]
build_src_filter = +<diagnostics/sensor_scan.cpp>pio run -d firmware -e sensor-scan -t uploadI2C モジュールの特定
まず配線に悩んだ
このボードは幅が広く、ブレッドボードに挿すと GPIO21/22（I2C の既定ピン）側の列が塞がってしまいました。
ここで思い出したのですが、ESP32 の I2C は GPIO マトリクスにより任意のピンに割り当てられます。Wire.begin(SDA, SCL) で指定すればよく、空いている上側の列（GPIO25/26）を使うことにしました。
ただし入力専用ピン（GPIO34-39）は I2C には使えません。SDA は双方向で出力も必要なためです。
スキャンしても何も出てこない
配線して I2C スキャンを実行しましたが、結果はこうでした。
SDA=25 SCL=26 応答なしエラーも出ず、ただ「何もいない」という結果です。配線ミスなのか、電源が来ていないのか、それとも I2C 自体が動いていないのか、この時点では区別がつきません。
プルアップの有無で切り分ける
I2C は正しく配線され電源が入っていれば、モジュール上のプルアップ抵抗によって SDA/SCL が 待機時に HIGH に固定されます。これを利用すれば、「配線されているか」を「機器が応答するか」とは独立に確認できます。
pinMode(sda, INPUT); // 内部プルアップは使わない
pinMode(scl, INPUT);
// 50回読んで HIGH の割合を見る実行結果です。
SDA=25 SCL=26 HIGH率 100% / 100% プルアップ検出 → 配線と電源は生きている配線と電源は生きていました。 つまり原因は別にあります。
VCC ではなく 3.3 ピンから給電する
エラーコードの内訳を見ると、全アドレスがきれいに NACK を返していました。
アドレスに NACK : 126 件これはバスが完全に正常に動作している証拠です。タイムアウトは1件もありません。配線もバスも正常なのに、センサー IC だけが起動していないという状態でした。
この手の基板（GY シリーズ）は、VCC に 5V を入れて、基板上のレギュレータで 3.3V を作る設計のものが多くあります。3.3 と書かれたピンは、そのレギュレータの出力です。
VCC に 3.3V を入れると、レギュレータのドロップアウト分だけ電圧が下がり、センサー IC の動作電圧に届きません。厄介なのは、プルアップ抵抗はレギュレータ出力側に繋がっているため、電圧が足りなくても SDA/SCL は HIGH に見えることです。「配線は生きている」という判定と「IC が動いていない」という実態が両立してしまいます。
対処は単純で、VCC を外し、3.3 ピンに直接 3.3V を入れるだけです。レギュレータを迂回して、IC に必要な電圧をそのまま渡します。
それでも応答しない
配線を直しても、まだ応答がありません。
SDA=25 SCL=26 HIGH率 100% / 100% プルアップ検出 → 配線と電源は生きている
SDA=25 SCL=26 アドレスに NACK : 126 件プルアップは検出できているのに、バススキャンでは何も見つからない。ここでもう一つ、電気的には判別できない罠にはまっていました。
SDA と SCL が逆だった
SDA と SCL を入れ替えても、両方の線にプルアップは見えます。 信号の向きに関係なく、プルアップ抵抗はただの抵抗だからです。プルアップ検出だけでは、配線が正しいのか逆なのかが分かりません。
両方の順序を試すしかないと判断し、スキャンを2回、ピンを入れ替えて実行しました。
SDA=25 SCL=26 応答なし
SDA=26 SCL=25 0x77 応答あり逆でした。 実際の配線は SDA=GPIO26、SCL=GPIO25 です。
チップ ID で機種を確定する
0x77 というアドレスは、BMP180 / BMP280 / BME280 が共有しています。3つとも見た目がほぼ同じで、外観だけでは区別できません。湿度が測れるかどうかも機種によって違うので、ここは確定させたいところです。
Bosch のセンサーは、レジスタ 0xD0 にチップ ID を持っています。1バイト読むだけです。
Wire.beginTransmission(addr);
Wire.write(0xD0);
Wire.endTransmission(false); // リピートスタートのため stop を送らない
Wire.requestFrom(addr, (uint8_t)1);
const uint8_t id = Wire.read();結果はこうでした。
チップ ID 0x55 → BMP180（気圧・温度）| ID | 機種 | 測定できるもの |
|---|---|---|
| 0x55 | BMP180 | 気圧・温度 |
| 0x58 | BMP280 | 気圧・温度 |
| 0x60 | BME280 | 気圧・温度・湿度 |
BMP180 と確定しました。 湿度は測れませんが、温度の精度は ±0.5℃ と DHT11（±2℃）より高く、気圧から高度も算出できます。
Grove モジュールの特定
黄色い線を SIG に繋いだが反応しない
Grove ケーブルは色ごとに役割が決まっています。標準的な対応は「黄 = SIG」です。これに従って GPIO34 に繋ぎましたが、値は 0〜4095 の間を乱高下するばかりでした。
未接続のピンは電荷が保持されないため、読むたびに値がばらつきます。これは典型的な「フローティング」の挙動で、信号が来ていないことを示しています。
4本を全部監視する
どの線が SIG なのかを当てずっぽうで探すより、候補になる線を複数同時に監視して比較する方が確実です。黄と白をそれぞれ別のアナログピンに挿し、GPIO32/33/34/35 の4本を同時に読みました。
GPIO34 平均 1001 ばらつき 4095 乱高下 → 未接続
GPIO35 平均 2259 ばらつき 40 安定した中間値 → 接続あり
GPIO32 平均 343 ばらつき 1901 乱高下 → 未接続
GPIO33 平均 824 ばらつき 1600 乱高下 → 未接続GPIO35（白線）だけが安定した値を示しました。 SIG は黄ではなく白だったということです。ケーブルの色は当てにならない、という前提で挑むべきでした。
電源も来ていなかった
線は特定できましたが、値は動いているのに刺激（光や音）に反応しません。直流成分がゆっくりドリフトするだけで、はっきりした変化がないのです。
BMP180 と見比べると、給電しているブレッドボードの区画が違うことに気づきました。フルサイズのブレッドボードは、+ と − のレールが中央で分断されていることがあります。ESP32 から給電した区画と、Grove を挿した区画が別だと、電気が届きません。
Grove の電源線を、BMP180 の電源線と同じ列に挿し直しました。
スマートフォンのライトで確定
配線を直してから連続測定すると、はっきり反応しました。
0 ( 0 mV) 覆った状態
1272 (1025 mV) スマートフォンのライトを当てた状態手をかざす程度では反応が乏しく、判断に迷いました。光を強く当てる・完全に遮るという極端な刺激で試すのが確実です。
基板の印字を見ると LIGHT と書かれていました。Grove - Light Sensor です。
特定結果
4個すべて判明しました。
| # | センサー | 測定項目 | 接続 |
|---|---|---|---|
| 1 | 傾斜センサー（SW-520D 系） | 傾き（二値） | デジタル |
| 2 | DHT11 | 温度・湿度 | デジタル1線 |
| 3 | BMP180 | 気圧・温度 | I2C 0x77 |
| 4 | Grove Light Sensor | 照度 | アナログ |
最終的な配線です。
BMP180 ESP32
------ -----
3.3 ───────────────── 3V3 ← VCC ではなくこちら
GND ───────────────── GND
SDA ───────────────── GPIO26 ← 当初の想定と逆
SCL ───────────────── GPIO25
Grove Light Sensor ESP32
------------------ -----
赤 (VCC) ─────────────── 3V3
黒 (GND) ─────────────── GND
白 (SIG) ─────────────── GPIO35 ← 黄ではなく白2箇所とも、最初に想定した配線と食い違っていました。
今回作った診断ツール
同じ切り分けを毎回手で書くのは無駄なので、汎用の診断ツールとしてリポジトリに残しました。
pio run -d firmware -e sensor-scan -t upload
.venv/bin/python firmware/tools/serial_monitor.py -d 30やっていることは4つです。
- I2C バスの電気的状態 — プルアップの有無で配線と電源を確認
- I2C スキャン — 応答の内訳を出し、SDA/SCL の入れ替えも自動で試す
- チップ ID の読み出し —
0x76/0x77に応答があれば0xD0を読んで機種を確定 - アナログ入力の監視 — ADC1 の複数ピンを同時に見て、フローティングと信号を区別する
次に型番不明のモジュールに当たったときは、このツールから始めるつもりです。
次回
センサーが2個、実際に動くところまで確認できました。次はこれを使って気圧・温度・照度を継続的に読み、AWS へ送る準備に入ります。DHT11 を追加すれば湿度も揃います。
AWS 側のアーキテクチャ（IoT Core を使うか、API Gateway + Lambda にするか）もそろそろ決める必要があります。