でばいすの山小屋

デバイスとかクラウドを実験中。IoTのふもとあたりをうろうろ。

IoTおもちゃを作ってみた

PSoC Advent Calendar 2016の13日目です。

以前、作った「IoTおもちゃ」について書いてみます。

IoTおもちゃ「ハロウィンのお城」

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6cm角のサイコロ型の箱におさまる大きさのペーパークラフトです。 これを、PC やスマホから、照明を操作できるようにしました。

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操作画面です。ブラウザから操作できます。

ペーパークラフト

株式会社さんけい の ペーパークラフトキット「みにちゅあーとmini」を改造して使用しています。 窓ガラス部分を、光りが通るように、プラバンに変え、中に LED を入れ、配線を床下に出しています。
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床下には、PSoC 4 BLE Module (ピンソケットをはずしたもの)と ボタン電池が入っています。

システムの全体構成

通信経路は、下記のようになっています。
f:id:blgkns:20161213031441p:plain PSoC 4 BLE と Android が、BLE 通信。
Android と PC/スマホクラウドを介して、通信できるようになっています。
はじめて見る人は、「なんでー?」って言ってくれる人が少なくないのですが、わかってしまえば簡単です(^^)

Android端末

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BLE通信 と インターネット通信を仲介するために、それぞれに接続できるようになっています。
もちろん、BLE通信だけで、直接、ペーパークラフトを操作できます。

Cloud / Webアプリ

Microsoft Azure 上に、Web Apps をたてています。
WebアプリとAndroid端末は、SignalR を使って通信しています。
Cloud 側は、ほぼ設定だけで、コードといえる物は、ありません。
Webアプリもボタンを押したら、Cloud に、コマンドを投げるだけというレベル。

BLE 通信

BLE の通信もシンプルです。
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Custom Profileにして、Service / Characteristic を1つ作っています。
Characteristic は、uint8 が 1byte です。 Android から、コマンド 1byte 書き込むことで、動作するようにしています。
2つの LED をどのように光らせるかということを設定するだけなので、8bit で十分です。(単純に手抜き)

ひとこと

いろんな技術を使っていますが、どれも入門編レベルです。
IoTブームとか言われますが、まだまだ、インターネットとやりとり出来たらおもしろくなる物は、たくさんあると思います。
なにか作ってみてはいかがでしょうか?

おまけ

今回使用した「みにちゅあーとmini」は、他にもたくさん発売されており、いくつか改造して遊んでみようと思っています。
そこで、勉強がてら、専用基板つくっちゃいました(笑)
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PSoC 4 BLE で基板を作ってしまうと、技適を通す必要が出てくるため、EZ-BLE PSoC を使っています。
しかし、こんな基板を設計して、気軽に発注できるなんていい時代ですよね。

PSoC 4 BLE で、はじめての BLE

PSoC Advent Calendar 2016の4日目の記事です。

Cypress Bluetooth Low Energy Pioneer Kit を入手して、PSoC Creator をインストールすれば、スマホですぐに BLE通信 を試すことができます。

導入後のファーストステップとして、コードも書かず、電子部品も使わずに、BLE の実験してみます。

1. スマホに「CySmart」アプリをダウンロード

BLE に対応した iPhone / Android スマホに、「CySmart」アプリをダウンロードします。
CySmart (iPhone) : App Store からダウンロード
CySmart (Android) : Google Play からダウンロード
(この記事の CySmart のスクリーンショットは、iPhone のものです。)

2. 新規プロジェクトの作成

2-1. PSoC Creator 起動

PSoC Creator を起動します。
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「Create Project」ボタンを押す。

2-2. デバイスの選択(CY8CKIT-042-BLE の場合)

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「Target device」にチェックを入れ、
PSoC 4」「PSoC 4200 BLE」を選択。

2-2. デバイスの選択(CY8CKIT-042-BLE-A の場合)

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「Target device」にチェックを入れ、
PSoC 4」「Launch Device Selector...」を選択。

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「Series」で、「PSoC 4200 BLE」を選択し、「CY8C4248LQI-BL583」を選択して、「OK」を押す。

2-3. テンプレートの選択

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「Code example」を選択し、「Next >」を押す。

2-4. Example Project の選択

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「BLE_FindMe」を選択し、「Next >」を押す。

2-5. 作成するプロジェクトの設定

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ワークスペース名/保存先/プロジェクト名を設定し、「Finish」を押す。

3. 接続/ビルド/実行

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Baseboard を PC と接続します。

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「Program」ボタンを押すと、自動的にビルドが実行され、書き込みが行われます。
書き込みが完了すると、自動的に、実行されます。

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このプロジェクトが正常に動作すると、右上のLEDが緑色に点灯します。
緑色に点灯している間は、BLE接続できる状態で、一定時間で、接続出来ない状態(赤色点灯)になります。
Baseboard の Resetボタンを押すことで、再度、接続出来る状態になります。

4. スマホで、BLE 通信する

スマホ側で、CySmartを起動します。
うまく動作していれば、「Find Me Target」がみつかります。

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※見つからない場合は、Baseboard の Reset ボタンを押してみてください。

4-1. 接続する

「Find Me Target」をタッチすると、接続され、通信が確立します。

4-2. Find Me

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メニューを左右にスライドさせて、「Find Me」を正面にもってきてタッチします。

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「Select」を押す。

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「No Alert」「Mid Alert」「Hige Alert」のいずれかを選択すると、Baseboard の LED の光り方が変わります。
スマホと、PSoC 4 BLE が通信できていることが確認できたでしょうか?

5. ひとこと

今回の Find Me 以外にも、たくさんの Example Project がありますので、お好みの物を試してみてください。

PSoC Creator 4.0 をインストールしてみる

PSoC Advent Calendar 2016の2日目の記事です。

PSoC Creator 4.0 を Windows10 にインストールします。
PSoC 4、PSoC 4 BLE、PRoC BLE、PSoC 5LP、EZ-BLE (PRoC/PSoC) 開発する際のインストール手順になります。
PSoC 3 開発をする場合は、Keil のライセンス認証が必要になります。認証登録については扱いません。)
(FM系MCU 開発をする場合は、PDLのインストールが必要になります。この記事では扱いません。)

ログイン

PSoC Creator をダウンロードするには、Cypress のホームページにログインする必要があります。
https://www.cypress.com/user/login
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上記ページよりログイン(アカウントがない場合は、アカウントを作成します)

ダウンロード

PSoC Creator のページに行き
http://japan.cypress.com/products/psoc-creator-integrated-design-environment-ide
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右側の「PSoC Creator for Windowsのダウンロード」をクリックし、ダウンロードします。

Akamai ダウンロードマネージャがインストールされてない場合は、こちらの画面が表示されます。
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Akamai ダウンロードマネージャをインストールする場合は、表示に従って、ダウンロード/インストールして、再度、上記URLにアクセスします。

直接、PSoC Creatorをダウンロードする場合は、ダイアログを閉じて、「download the file without using the download manager」を選択します。
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インストール

インストーラ ( PSoCCreatorSetup_4.0_es100_b432.exe ) (2016/12/01時点) を実行する。

.NET Framework 3.5」がインストールされていない場合
下記のような表示が出てインストールが中止されます。
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.NET Framework 3.5」をインストールします。
「コントロールパネル」の「Windowsの機能の有効化または無効化」で、
.NET Framework 3.5(.NET 2.0 および 3.0を含む)」にチェックをつけて、「OK」
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.NET Framework 3.5」のインストールが終わったら、再度、PSoC Creator のインストーラを実行します。


画面に従いインストールしていきます。
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名前とメールアドレスを入力

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FM系MCU開発用なので、Cancelを選択

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Cypressのウェブサイトでログインした時のメールアドレスおよびパスワードを入力

インストール完了!

開発キット

持っている開発キット(ハードウェア)にあったパッケージをインストールすることで、PSoC Creator をより便利に使うことができます。

たとえば、「PSoC 5LP Prototyping Kit」の場合、
CY8CKIT-059 PSoC 5LP Prototyping Kit With Onboard Programmer and Debugger
このページの「Related Files」の
「CY8CKIT-059 Kit Only (Kit Design Files, Documentation, Examples) 」をダウンロードし、インストールします。

新規プロジェクト作成時に、対象のキットが表示されるようになります。
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BLE Pioneer Kit の場合も下記からダウンロードして、インストールしてください。
※キットによっては、別のソフトウエアのインストールを要求されることがあります。

CY8CKIT-042-BLE Bluetooth Low Energy (BLE) Pioneer Kit
「Download CY8CKIT-042-BLE Kit Only Package (Kit Design Files, Documentation, Examples)」

CY8CKIT-042-BLE-A Bluetooth Low Energy 4.2 Compliant Pioneer Kit
「CY8CKIT-042-BLE-A Kit Only (Kit Design Files, Documentation, Examples) 」

その他、たくさんの開発キットがありますので、お持ちのキットのページからダウンロードしてください。
また、キットによっては、回路図やBOMを置いてあるので、いろいろ参考になります。

Keil ライセンス取得ダイアログについて

しばらく使っていると、Keil のライセンス取得を求められるようになります。
以下の手順で、ダイアログ表示を止めることができます。
(※PSoC 3 で開発する方は、ライセンスを取得してください。本記事では扱いません。)
メニューの「Tool」「Options」で、
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「Don't show Keil registration....」に、チェックをつけます。

さて準備は出来ました!

PSoC Creator でいろいろ作ってみましょう!

PSoC 4 BLE で、シリアル通信してみる

PSoC 4 BLE で USBシリアル変換モジュールを使ってシリアル通信してみました。

使ったもの

・Cypress Bluetooth Low Energy Pioneer Kit (PSoC 4 BLE)
・USBシリアル変換モジュール

1. USBシリアル変換モジュール

秋月電子通商 超小型USBシリアル変換モジュール
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08461/
こちらを使用しました。3.3V でも 5V でも使用できます。
3.3V対応のものであれば、他のモジュールでもそのまま使えるかと思います。

2. プロジェクトの準備

メニューから「File」「Example Project」を選択
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Device Family を PSoC 4200 BLE、
Keyword を UART にして、
SCB_UartComm を選択し、「Create New Workspace」を押す。
プロジェクトの保存先を指定して、「OK」を押す。
プロジェクトが生成され、データシートが表示されます。

3. ピンアサインを変更

データシートに、Bluetooth Low Energy PIONEER KIT (CY8CKIT-042 BLE) の場合、ピンアサインを変更するように書かれています。
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UART:rx を P1[4] に、UART:tx を P1[5] につなぎ変えます。

4. 書き込み

「Build」「Generate Application」を押します。
Program ボタンを押します。

5. 配線

一度、 Baseboard の USB ケーブルを抜いた上で、下記のように配線します。
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PSoC 4 BLE USBシリアル変換モジュール
GND - GND
P1[5] UART:tx - RxD
P1[4] UART:rx - TxD

また、USBシリアル変換モジュールと PC をUSBケーブルで、つなぎ、Baseboard と PC を USBケーブルでつなぎます。

6. シリアル通信してみる

ターミナルソフトを起動する。今回は、Tera Term を使用しました。
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「シリアル」を選択し、対象のCOMポートを選択し、「OK」を押します。
※環境によって、COMポートは変わります。
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「設定」「シリアルポート」において、シリアルポートの設定を変更します。
PSoC 4 BLE のシリアルポート設定にあわせます。データシートに記述されています。

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Baseboard のリセットボタンを押すと、Tera Term 上にメッセージが表示されます。また、PC 側でキー入力を行うと、そのまま表示されます。

7. コードについて

PSoC Creator で、main.c を見てみると、起動後、5行のテキストを、UART に吐きます。
その後、UART から受けた文字をそのまま UART に返します。PC でターミナルソフト上で、入力された文字は、いったん PSoC 4 BLE に送られた文字が帰ってきたものであることがわかります。

EZ-BLE で、Lチカしてみる

EZ-BLE 小さくていいですね。1cm角のモジュールに、CPU / BLEモジュール / チップアンテナが載ってます。 今回は、EZ-BLE PRoC Evaluation Board が入手出来たので、これでLチカしてみます。

1. Baseboardの準備

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Bluetooth Low Energy Pioneer Kit の Baseboard に、EZ-BLE PRoC Evaluation Board をセットします。

2. プロジェクトの準備

メニューから「File」「New」「Project」を選択
PSoC 4100 BLE / PSoC 4200 BLE Design を選択
プロジェクト「EZ-BLE_LED01」とし、
Project templete を「Empty schematic」にして、「OK」を押す

3. プロジェクトの対象デバイスの変更

参照:
yamagoya.hatenablog.jp

  1. Components タブを選択します。
  2. Project を選択、右クリックから、Device Selector を呼び出します。
  3. Family のフィルタで、PSoC 4 BLE のチェックをはずし、PRoC BLE のチェックをつけます。
  4. CYBLE-022001-00 を選択し、OK を押します。
    f:id:blgkns:20150909120739p:plain:w320

4. コンポーネントを配置する

4-1. コンポーネントの配置

TopDesign.cysch を開き、 Component Catalog から、Digital Output Pin を3つ配置する。

4-2. Digital Output Pinコンポーネントの設定

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写真のように、LED_R を設定する。
同様に、LED_G、LED_B を設定する。

4-3. 配置・設定完了 ####

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5. 配線する

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EZ-BLE_LED01.cydwr を開き、
LED_R を P3[4] に
LED_G を P3[6] に
LED_B を P3[7] につなぐ。
「Generate Application」ボタンを押す

6. コードを書く

Workspace Explorer から main.c を、開いて下記のようにコードを書きます。

#include <project.h>

int main()
{
    int count = 0;
    
    CyGlobalIntEnable;

    for(;;)
    {
        LED_R_Write( count & 0x01 ? 0:1 );
        LED_G_Write( count & 0x02 ? 0:1 );
        LED_B_Write( count & 0x04 ? 0:1 );
        CyDelay(500);
        
        count++;
        if(count > 7)
            count = 0;
    }
}


7. 実行

Programボタンを押して、実行。
うまく動けば、LED が0.5秒ごとに、色を変えていきます。

8. 参考

Bluetooth Low Energy Pioneer Kit に挿した時、LED と User Switch は、下記のようになっています。

  PSoC 4 BLE / PRoC BLE EZ-BLE
LED (R) P2[6] P3[4]
LED (G) P3[6] P3[6]
LED (B) P3[7] P3[7]
User Switch P2[7] P3[5]

PSoC 4 BLE を、BLE Broadcaster にしてみる

PSoC 4 BLE を、BLE Broadcaster にして、値を変えつつ発信させて、それを PC で受信します。
PC は、Windows10 になって、BLE のアドバタイズパケットを、アプリ側で見ることが出来るようになったので、それも一緒に試します。
なので、機材的にちょっとハードルが高いです。

用意するもの

・Cypress Bluetooth Low Energy Pioneer Kit
・PC (Windows10 / Bluetooth 4.0 LE対応)
PSoC Creator
Visual Studio 2015 (無償のCommunity版でも可)

1. UWP アプリケーションサンプルを準備する

1-1. サンプルのダウンロード

Windows10 の新しいアプリケーションプラットフォーム Universal Windows Platform (UWP)のサンプル集が Github にあります。
https://github.com/Microsoft/Windows-universal-samples から
Windows-universal-samples-master.zip をダウンロード。

1-2. サンプルのビルド

c:\Projects\ に解凍
※この時、すべての sample を解凍してください。BluetoothAdvertisement のみ解凍しても動作しません。
C:\Projects\Windows-universal-samples-master\Samples\BluetoothAdvertisement\cs\BluetoothAdvertisement.sln
Visual Studio 2015 で開く
※UWP 開発に必要なパッケージがインストールされていない場合は、インストールするように言ってくれます。
ソリューションを開く時に、「セキュリティ警告」が表示されますが、「OK」を押します。

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ソリューションプラットフォームを「x64」もしくは「x86」にします。
ソリューションエクスプローラーから、Scenario1_Watcher.xaml.cs を開く
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※ここで、やたら赤線だらけになってしまう場合は、Visual Studio を再起動するとなぜかなおる....

下記のようにコンストラクタの真ん中あたりの6行をコメントアウトします。

public Scenario1_Watcher()
{
    // <snip>

    //var manufacturerData = new BluetoothLEManufacturerData();

    //manufacturerData.CompanyId = 0xFFFE;

    //var writer = new DataWriter();
    //writer.WriteUInt16(0x1234);

    //manufacturerData.Data = writer.DetachBuffer();

    //watcher.AdvertisementFilter.Advertisement.ManufacturerData.Add(manufacturerData);

    // <snip>
}

該当部分は、BLE デバイスのフィルタ指定です。これを切らないと、PSoC 4 BLE が見えません。
※見やすいようにコメント行を削っています。

「ビルド」メニューから「bluetoothadvertisement のリビルド」を実行します。

2. PSoC 4 BLE のサンプルを準備する

2-1. サンプルのダウンロード

https://github.com/cypresssemiconductorco/PSoC-4-BLE から
PSoC-4-BLE-master.zip をダウンロード

2-2. サンプルのビルド/実行

c:\Projects\ に解凍
C:\Projects\PSoC-4-BLE-master\100_Projects_in_100_Days\Day009_Dynamic_Broadcaster\Dynamic Broadcaster\Dynamic Broadcaster.cywrk
PSoC Creatorで開く

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PSoC Creator のメニューから、「Build」「Clean and Build Dynamic Broadcaster」を実行し、Build します。
Program ボタンで、実行します。
無事に実行されると、定期的に、アドバタイズパケットを発信している状態(ブロードキャスト)で動き始めます。

3. スマホで確認(任意)

CySmart で、PSoC 4 BLE が、発信しているか確認します。

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発信していれば、このように表示されます。発信しかしていないためタッチしても、接続は出来ません。

4. UWP アプリケーションサンプルを実行する

Visual Studio に戻り、「 ローカル コンピューター」を押して、アプリケーションを実行します。
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アプリケーションが起動したら、「Run」を押します。
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アドバタイズパケットが観測でき、デバイス名や受信したデータ(Manufacturer Specific Data)が表示されています。

5. 動作の説明(ざっくり)

PSoC 4 BLE は、定期的に、ひたすらアドバタイズパケットを発信します。PC側では、アドバタイズパケットを受信するだけです。1対多 の一方向通信です。BLE的には、発信する側を Broadcaster、受信する側を Observer といいます。
PSoC 4 BLE側(Broadcaster)のこのサンプルでは、送信する値を定期的に変更しています。(main.c:219あたりから)
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また、送信しているアドバタイズパケットは、BLE コンポーネントの「GAP Settings」「Advertisement packet」に、定義されています。
Manufacturer Specific Data の Data を、「00 00 00」にするとどうなるか、PC側でどうなるかやってみてください。
ちなみに、このアドバタイズパケットの Local Name を削って、Manufacturer Specific Data を最大にとったものが、iBeacon です(ざっくり)。

6. 参考:CyBle_GapUpdateAdvData()

PSoC 4 BLE でアドバタイズパケットを CyBle_GapUpdateAdvData() で、更新していますが、サンプルを使わずに、書くとなぜか動きませんでした。
調べてみると、BLE コンポーネントのバージョンに依存しているようで、新しいコンポーネントでは、CyBle_GapUpdateAdvData() は、CyBle_GetBleSsState() が、CYBLE_BLESS_STATE_ACTIVE の時は、使えないようです。
※たしかに STATE_ACTIVE の時にアップデートしたら、問題が起こりそうですよね....

if( CyBle_GetBleSsState() == CYBLE_BLESS_STATE_ACTIVE )
{
    ....
}
else if(( CyBle_GetBleSsState() == CYBLE_BLESS_STATE_EVENT_CLOSE )&&(updated == 1))
{
    CyBle_GapUpdateAdvData(...);
    updated = 0;
}

こんな感じの対応が必要でした。

PSoC 4 BLE で、BLE 通信してみる

Cypress BLE Pioneer Kit で、すぐにBluetooth Low Energy (BLE) の実験ができます。
今回は、サンプルプロジェクトを使って、スマホと BLE 通信をしてみます。

1. スマホに「CySmart」アプリをダウンロード

BLE に対応した iOS / Android スマホに、「CySmart」アプリをダウンロードします。
App StoreGoogle Play で見つかります)
PC でも、BLE Pioneer Kitに、同梱されているドングルを使って、BLE 通信できますが、今回は使用しません。
(この記事の CySmart のスクリーンショットは、iPhone のものです。)

2. プロジェクトファイルのダウンロード

Cypressさんが、github上に、PSoC 4 BLE のサンプルプロジェクトを置いてくれています。
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https://github.com/cypresssemiconductorco/PSoC-4-BLE

たくさんのサンプルがあり、かなり参考になります。
このページ右下の Download ZIP を押し、PSoC-4-BLE-master.zip をダウンロードします。

3. サンプルプロジェクトを開く

ダウンロードした zip ファイルを、日本語を含まないフォルダに展開します。
例: c:\projects
C:\projects\PSoC-4-BLE-master\100_Projects_in_100_Days\Day003_Custom_Profile_CapSense_RGB_LED\Custom Profile\Custom Profile.cywrk
上記のファイルをダブルクリックで、ワークスペース(プロジェクト)を開きます。
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PSoC Creator のメニューから、「Build」「Clean and Build Custom Profile」を実行し、Build します。
Program ボタンで、実行します。
無事に実行されると、BLE 通信ができる状態になります。

4. スマホで、BLE 通信する

スマホ側で、CySmartを起動します。
すると、CapSense Slider LED がみつかります。

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※見つからない場合は、Baseboard の Reset ボタンを押してみてください。

4-1. 接続する

CapSense Slider LED をタッチすると、接続され、通信が確立します。

4-2. RGB LED

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メニューを左右にスライドさせて、RGB LED を正面にもってきてタッチします。

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カラーチャート上のマーカーをスライドさせると、そこの色情報が、PSoC 4 BLE に送られ、LED の色が変わります。

4-3. CapSense Slider

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メニューに戻り、次は、CapSense Slider を選択します。

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Baseboard の CapSense Slider 部分をタッチして、指をスライドさせると、スマホ側に、タッチ位置情報が伝わります。

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5. ひとこと

PSoC-4-BLE-master.zip には、50本のサンプルがあって(8/10現在)、BLE Pioneer Kit だけでも、いろんな実験ができそうです。