はじめに

昨年、LTE-M を活用したイベント駆動型 IoT カメラの試作をご紹介しました。常時映像は要らないけれど、何かが起きたときの現場の様子だけはすぐ見たい。そんな用途に向けた、電源工事の要らないカメラです。

透明ケースの上段が手作りの拡張基板。左の赤い基板がシリアルカメラです。

前回は、当社の LTE-M 基板の初代（v1）を使った、コンセプトを確かめるためのデモでした。今回は、当社で開発中の ELmote® LTE-M モデル（当社 LTE-M v2 基板） をベースに、より製品化しやすい構成で作り直しました。

いちばんの違いは、カメラ専用に部品を組むのではなく、汎用の基板に拡張基板を 1 枚載せるだけでカメラになることです。

前回の試作との違い

画素数では前回のほうが上です。今回の狙いは画質ではなく、「同じ基板の上で、拡張基板を替えれば用途が替わる」ことを、いちばん重いデータである画像で確かめることにあります。

今回の構成

カメラ：Grove Serial Camera Kit

カメラには、Seeed 社の Grove Serial Camera Kit を使いました。UART でコマンドを送ると撮影し、JPEG を小分けにして返してくれます。解像度は 160x120 / 320x240 / 640x480 の 3 段階です。※すでに製造中止品かもしれません。

拡張基板：シリアル+SD カードスロット（ハンドメイド）

LTE-M v2 基板に載せる拡張基板は、ユニバーサル基板で手作りしました。載せたのは次の 4 つです。

• SD カードスロット：撮った画像を、送る前にいったん保存する
• 3.3V → 5V の昇圧 DC-DC コンバータ：カメラは 5V で動くため
• 3.3V ↔ 5V のロジックレベル変換回路：基板側の 3.3V とカメラの 5V をつなぐ
• 5V 出力とシリアル接続用の端子台（5V・GND・RxD・TxD）と、ロジックレベルの切替ジャンパ（3.3V / 5V）

端子台と切替ジャンパがあるので、この拡張基板はカメラ専用ではありません。5V や 3.3V で動くシリアル機器なら、同じ拡張基板でつなげます。

端子台にカメラの 4 本線（5V・GND・RxD・TxD）をつないでいます。

  [シリアルカメラ]
        │  UART (5V)
        ▼
  [シリアル+SD 拡張基板]
    ├─ 昇圧 3.3V → 5V
    ├─ レベル変換 3.3V ↔ 5V
    └─ SD カード
        │
        ▼
   [LTE-M v2 基板]
        │  LTE-M
        ▼
  [MQTT ブローカー]
        │
        ▼
   [スマホアプリ]

推し① 1 回の起床で、撮って・送って・また眠る

LTE-M v2 基板は、ふだん deep sleep で眠っています。起きるたびに次の流れを 1 回だけ実行し、また眠ります。

1. カメラで撮影し、JPEG を SD カードに保存する
2. LTE-M のモデムを起こして、ブローカーにつなぐ
3. まず画像の「メタ情報」（画像番号、サイズ、解像度、分割数）を送る
4. 続けて、画像本体を 1KB ずつに分けて送る
5. モデムを落として、再び眠る

640x480 で撮影したときの実測です。

640x480 では、起床してから画像を送り終えるまで約 22 秒でした。そのうち約 12.6 秒はモデムの起動待ちで、解像度を 640x480 に上げたことによる増加は、撮影と送信で合わせて 5 秒足らずです。

JPEG の大きさは写すものによって変わります。同じ 640x480 でも、今回の撮影では 15,603 B から 22,985 B まで幅がありました。

推し② 画像を欠けずに届ける工夫

画像はセンサー値に比べて桁違いに大きく、1 回の送信には収まりません。そこで次の 2 つの工夫をしています。

送る前に SD カードに保存する。 撮影と送信を切り離しておけば、メモリの少ないマイコンでも大きな画像を扱えます。

分割した 1 つずつに、画像番号と連番を付ける。 受信側は、届いた分割を連番順に並べ直して JPEG に戻します。どれかが欠けても、「何番が欠けたか」がわかります。

今回の試験では、320x240（6 分割）でも 640x480（23 分割）でも、1 つも欠けずに届きました。

画像 #29、640x480、16,524 B、欠落なし。

スマホでどう見えるか

受信した画像は、テスト用のスマホアプリのカードに表示されます。画像の下には、画像番号・解像度・サイズ・欠落の有無を小さく出しています。

640x480 は、スマホのカードに収めると小さく見えます。そこで、画像をタップすると全画面になり、ピンチで拡大・ドラッグで移動・ダブルタップで元に戻るようにしました。

タップで全画面に。拡大すると細部を確認できます（拡大すると画素も見えてきます）。

ハマりどころ：通信は正常なのに、画像が真っ白

実装の途中で、一度はまったことがあります。カメラの電源が 3.3V だと、通信はすべて正常に終わるのに、届く画像が真っ白になるのです。

原因は、カメラの中で「通信や JPEG 変換を担うデジタル部」と「光を受けるイメージセンサー」とで、必要な電圧が違うことでした。3.3V ではデジタル部だけが動いてしまうため、コマンドへの応答も転送も、見かけ上はすべて成功します。

人の顔に向けて撮り比べた結果です。

3.3V では、画面全体がまったく同じ 1 色でした。通信ログを見ても異常がないので、気づきにくい症状です。今回の拡張基板に 5V の昇圧回路とレベル変換回路を載せているのは、このためです。

撮影のきっかけは、時間だけじゃない

今回のデモは、一定時間ごとに起きて撮影します。これに加えて、LTE-M v2 基板のメイン基板側にある DI（デジタル入力）インタフェースを使えば、扉の開閉や漏水センサーの接点をきっかけに起きて撮影する構成も取れます。

今回のデモにはこの仕組みを組み込んでいませんが、接点の変化で基板を即座に起こす仕組みそのものは、ブレーカー監視ですでに実機で動かしています。「扉が開いたら、そのときの様子を 1 枚送る」といった使い方が、基板を替えずに実現できます。

画像を送るなら、LoRaWAN と LTE-M のどちら？

当社では以前、LoRaWAN で画像を送れる Dragino AIS01-LB もご紹介しました。画像という点で比べると、次のようになります。

「数字が読めればよい」なら LoRaWAN、「その場の様子を人が見て判断したい」なら LTE-M、というのが素直な使い分けです。

正直な課題

• 画質の上限は 640x480 です。細かい文字を読むような用途には向きません
• 画像は 1 枚あたり十数 KB になるので、撮影の頻度がそのまま通信量に効いてきます

まとめ

参考情報

• LTE-M を活用したイベント駆動型 IoT カメラの開発（前回の試作）
• LoRaWAN で画像転送！？ Dragino AIS01-LB の魅力
• 見張りの電波はキャリアに任せる ― 自社 LTE-M v2 基板でつくる、ゲートウェイなしのブレーカー監視
• 当社 IoT シリーズ「ELmote®」に LTE-M モデル登場
• Grove Serial Camera Kit（Seeed Studio Wiki）
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