M5StackでBluetooth® LE通信を実現するまでの手順メモ⑥センサデータをアドバタイズ発信編

M5CoreS3 SE、M5Stack用カラーセンサユニット（TCS3472搭載）が手元にある。
一度Bluetooth LE通信から離れ、カラーセンサの動作確認を行いたい。

M5Stack用カラーセンサユニット（TCS3472搭載）の詳細は以下のとおりである。
https://docs.m5stack.com/en/unit/color

仕様を以下に示す。
仕様を満たすプログラムコードを提示してほしい。

開発環境
・Arduino IDE

目的
・M5Stack用カラーセンサユニット（TCS3472搭載）の動作を確認する

機能
1.センサデータ取得
・M5StackのPortAに接続する
・電源投入直後から1秒毎にセンシングする

2.ディスプレイ表示
・センシングした値に合わせてディスプレイの色を動的に変更する
・Clear、Red、Green、Blueそれぞれの値をディスプレイにテキスト表示する

ご提示の仕様を満たす、M5CoreS3 SE用のArduinoプログラムを以下に示します。 
このプログラムを利用するには、事前にArduino IDEのライブラリマネージャから
Adafruit TCS34725ライブラリをインストールしてください。

/**
 * @file M5CoreS3_Color_Sensor_Test.ino
 * @author Gemini
 * @brief M5CoreS3 SEとカラーセンサユニット(TCS3472)の動作確認プログラム
 * @version 1.2
 * @date 2025-07-31
 * @copyright Copyright (c) 2025
 *
 * @note
 * v1.2: データ変換処理のコメントを、TCS3472のデータシートの考え方を
 * 参考に、より詳細で正確な記述に修正。
 * v1.1: color888関数に非対応の引数(アルファ値)を渡していたことによる
 * コンパイルエラーを修正。
 *
 * このプログラムを使用する前に、Arduino IDEのライブラリマネージャで
 * "Adafruit TCS34725" を検索し、インストールしてください。
 *
 * 機能:
 * 1. PortAに接続されたカラーセンサから1秒毎にデータを取得する。
 * 2. 取得した色をディスプレイの背景色に反映させる。
 * 3. Clear, Red, Green, Blueの各値をディスプレイに表示する。
 */


#include <M5Unified.h>
#include <Wire.h>
#include "Adafruit_TCS34725.h"


// カラーセンサのインスタンスを作成
// 引数なしの場合、デフォルトの積分時間とゲインが設定されます
Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725();


// 最後にセンサを読み取った時刻を保存する変数
unsigned long lastReadTime = 0;


/**
 * @brief 初期設定
 */
void setup() {
  // M5Stackの初期化
  M5.begin();
 
  // シリアル通信の開始
  Serial.begin(115200);


  M5.Display.setTextSize(2);
  M5.Display.println("Color Sensor (TCS3472) Test");


  // カラーセンサの初期化
  if (tcs.begin()) {
    Serial.println("Found color sensor");
    M5.Display.println("Found color sensor");
  } else {
    Serial.println("No TCS3472 found ... check connections");
    M5.Display.println("No TCS3472 found...");
    while (1); // センサが見つからない場合はここで停止
  }


  // 画面を一度クリア
  delay(1000);
  M5.Display.fillScreen(BLACK);
}


/**
 * @brief メインループ
 */
void loop() {
  // 1秒ごとに処理を実行
  if (millis() - lastReadTime > 1000) {
    lastReadTime = millis(); // 時刻を更新


    uint16_t r, g, b, c; // 各色の値を格納する変数 (16bit)


    // センサから生データを取得
    tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);


    // -----------------------------------------------------
    // 16bit生データ(RGBC)をディスプレイ用の24bit RGBカラーに変換
    // -----------------------------------------------------
    // TCS3472は、Red, Green, Blue, Clear(フィルターなしの光量)の4つの値を
    // 16bitの解像度で出力します。
    //
    // そのまま表示すると、全体の明るさによって色が大きく変わってしまいます。
    // そこで、Clear値を全体の明るさ(1.0)とみなし、各色(R,G,B)が
    // どれくらいの割合を占めるかを計算(正規化)します。
    //
    // 計算式: (各色の値 / Clear値)
    //
    // これにより、照明の強弱に影響されにくい、安定した色表現が得られます。


    // C (Clear) の値が0の場合は除算エラーを避ける
    if (c == 0) {
      return;
    }


    // 各色の割合を計算し、ディスプレイで扱える8bit(0-255)の階調に変換します。
    // 3つの8bit値を組み合わせることで、最終的に24bitのRGBカラーとなります。
    uint8_t red   = (uint8_t)min(255.0f, ((float)r / c) * 255.0f);
    uint8_t green = (uint8_t)min(255.0f, ((float)g / c) * 255.0f);
    uint8_t blue  = (uint8_t)min(255.0f, ((float)b / c) * 255.0f);


    // 変換した色でディスプレイの背景を塗りつぶす
    M5.Display.fillScreen(M5.Display.color888(red, green, blue));


    // -----------------------------------------------------
    // 各値をディスプレイにテキスト表示する
    // -----------------------------------------------------
    // テキストの背景を不透明の黒にして、可読性を上げる
    M5.Display.fillRoundRect(10, 10, 300, 130, 8, BLACK);
   
    // テキストの色を白に設定
    M5.Display.setTextColor(WHITE);
    M5.Display.setTextSize(2);
   
    // 各値を表示
    M5.Display.setCursor(20, 20);
    M5.Display.printf("Clear: %u\n", c);
    M5.Display.setCursor(20, 50);
    M5.Display.printf("Red:   %u\n", r);
    M5.Display.setCursor(20, 80);
    M5.Display.printf("Green: %u\n", g);
    M5.Display.setCursor(20, 110);
    M5.Display.printf("Blue:  %u\n", b);
  }
}

無事、M5CoreS3 SE、M5Stack用カラーセンサユニット（TCS3472搭載）で、期待する動作を確認することができました。
仕様に、以下の機能を追加したいと思います。

機能
3.BLEアドバタイズ発信
・取得したカラーセンサーのRed、Green、Blue、Clearそれぞれの値をアドバタイズデータに載せて発信する
・1秒毎に取得したカラーセンサー値でアドバタイズデータを更新する
・アドバタイズ周期は100msとする
・アドバタイズ種別はADV_NONCONN_INDとする
・送信出力（TxPower）は日本国内で設定可能な最大値とする
・AdvDataは2つのAD Structureで構成し、以下のとおりとする。
　1)AD Type：0x01（Flags）
　Flag：0x06を指定

　2)AD Type：0x16（Service Data - 16-bit UUID）
　16bit UUID：0xFCBE（リトルエンディアンで指定が必要な場合は注意すること）
　以降のデータは
　010000000030000152RRRR52GGGG52BBBB52CCCC（16進数）とする
　RRRR：Red値（16bit/ビッグエンディアン）
　GGGG：Green値（16bit/ビッグエンディアン）
　BBBB：Blue値（16bit/ビッグエンディアン）
　CCCC：Clear値（16bit/ビッグエンディアン）
　をそれぞれ代入する
　
　これは、（株）ムセンコネクトが提唱しているオープンセンサーサービスを活用しています。
　https://www.musen-connect.co.jp/blog/course/product/howto-16bituuid-ble-beacon-open-sensor-service/

　オープンセンサーサービスの仕様書です。
　必要に応じて確認してください。
　https://www.musen-connect.co.jp/dl/open_sensor_beacon_spec.pdf

/**
 * @file M5CoreS3_Color_Sensor_Test.ino
 * @author Gemini
 * @brief M5CoreS3 SEとカラーセンサ(TCS3472)の値を取得し、BLEアドバタイズするプログラム
 * @version 2.3
 * @date 2025-08-01
 * @copyright Copyright (c) 2025
 *
 * @note
 * v2.3: setServiceDataの引数の型が異なっていたことによるコンパイルエラーを修正。
 * v2.2: BLEUUIDのコンストラクタ呼び出しが曖昧(ambiguous)であることによる
 * コンパイルエラーを修正。
 * v2.1: オープンセンサーサービスの仕様に関するコメントの誤りを修正。
 * v2.0: カラーセンサで取得した値をBLEアドバタイズする機能を追加。
 * v1.2: データ変換処理のコメントを、TCS3472のデータシートの考え方を
 * 参考に、より詳細で正確な記述に修正。
 * v1.1: color888関数に非対応の引数(アルファ値)を渡していたことによる
 * コンパイルエラーを修正。
 *
 * このプログラムを使用する前に、Arduino IDEのライブラリマネージャで
 * "Adafruit TCS34725" を検索し、インストールしてください。
 *
 * 機能:
 * 1. PortAに接続されたカラーセンサから1秒毎にデータを取得する。
 * 2. 取得した色をディスプレイの背景色に反映させる。
 * 3. Clear, Red, Green, Blueの各値をディスプレイに表示する。
 * 4. 取得したRGBC値をオープンセンサーサービスのフォーマットでBLEアドバタイズする。
 */


#include <M5Unified.h>
#include <Wire.h>
#include "Adafruit_TCS34725.h"
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEAdvertising.h>
#include <esp_bt.h> // 送信出力設定用


// カラーセンサのインスタンス
Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725();


// BLE関連の定義
#define SERVICE_UUID_16BIT 0xFCBE
BLEAdvertising *pAdvertising = nullptr;


// 最後にセンサを読み取った時刻
unsigned long lastReadTime = 0;


/**
 * @brief BLEアドバタイズデータを更新する
 * @param r Red値 (16bit)
 * @param g Green値 (16bit)
 * @param b Blue値 (16bit)
 * @param c Clear値 (16bit)
 */
void updateAdvertisement(uint16_t r, uint16_t g, uint16_t b, uint16_t c) {
  if (pAdvertising == nullptr) return;


  // アドバタイズを一度停止
  pAdvertising->stop();


  // アドバタイズデータを作成
  BLEAdvertisementData oAdvertisementData = BLEAdvertisementData();


  // 1) AD Structure: Flags
  oAdvertisementData.setFlags(0x06);


  // 2) AD Structure: Service Data - 16-bit UUID
  // ペイロードを構築: [Schema][ID][DataType][Data][SensorData]...
  uint8_t payload[20];
  // --- オープンセンサーサービス ヘッダー部 ---
  payload[0] = 0x01; // Data Schema Version (Fixed to 0x01)
  payload[1] = 0x00; // Individual Identification Number (Fixed to 0x00000000)
  payload[2] = 0x00;
  payload[3] = 0x00;
  payload[4] = 0x00;
  
  // --- データ部1: バージョン情報 ---
  payload[5] = 0x30; // Data Type: Version (0x30)
  payload[6] = 0x00; // Version Number (0x0001)
  payload[7] = 0x01;


  // --- データ部2: カラーセンサー値 ---
  // Red
  payload[8] = 0x52; // Sensor Data Type: Color
  payload[9] = (r >> 8) & 0xFF; // R (Big-Endian)
  payload[10] = r & 0xFF;


  // Green
  payload[11] = 0x52; // Sensor Data Type: Color
  payload[12] = (g >> 8) & 0xFF; // G (Big-Endian)
  payload[13] = g & 0xFF;


  // Blue
  payload[14] = 0x52; // Sensor Data Type: Color
  payload[15] = (b >> 8) & 0xFF; // B (Big-Endian)
  payload[16] = b & 0xFF;


  // Clear
  payload[17] = 0x52; // Sensor Data Type: Color
  payload[18] = (c >> 8) & 0xFF; // C (Big-Endian)
  payload[19] = c & 0xFF;


  // ★修正点: std::stringではなく、ArduinoのString型でデータを渡す
  oAdvertisementData.setServiceData(BLEUUID((uint16_t)SERVICE_UUID_16BIT), String((char*)payload, sizeof(payload)));


  // アドバタイズデータをセット
  pAdvertising->setAdvertisementData(oAdvertisementData);


  // アドバタイズを再開
  pAdvertising->start();
  Serial.println("Advertisement data updated.");
}


/**
 * @brief BLEの初期設定
 */
void setupBLE() {
  BLEDevice::init("M5-ColorSensor");


  // 送信出力を最大(+9dBm)に設定
  esp_ble_tx_power_set(ESP_BLE_PWR_TYPE_ADV, ESP_PWR_LVL_P9);


  pAdvertising = BLEDevice::getAdvertising();
  // アドバタイズ種別を接続不可に設定
  pAdvertising->setAdvertisementType(ADV_TYPE_NONCONN_IND);


  // アドバタイズ周期を100msに設定 (160 * 0.625ms = 100ms)
  pAdvertising->setMinInterval(160);
  pAdvertising->setMaxInterval(160);


  // 初回のアドバタイズを開始（データは後で更新）
  updateAdvertisement(0, 0, 0, 0);
  Serial.println("BLE Advertising started.");
}




/**
 * @brief 初期設定
 */
void setup() {
  M5.begin();
  Serial.begin(115200);


  M5.Display.setTextSize(2);
  M5.Display.println("Color Sensor (TCS3472) Test");


  // カラーセンサの初期化
  if (tcs.begin()) {
    Serial.println("Found color sensor");
    M5.Display.println("Found color sensor");
  } else {
    Serial.println("No TCS3472 found ... check connections");
    M5.Display.println("No TCS3472 found...");
    while (1);
  }


  delay(1000);
  M5.Display.fillScreen(BLACK);


  // BLEの初期設定とアドバタイズ開始
  setupBLE();
}


/**
 * @brief メインループ
 */
void loop() {
  // 1秒ごとに処理を実行
  if (millis() - lastReadTime > 1000) {
    lastReadTime = millis();


    uint16_t r, g, b, c;
    tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);


    // BLEアドバタイズデータを更新
    updateAdvertisement(r, g, b, c);


    // -----------------------------------------------------
    // ディスプレイ表示処理
    // -----------------------------------------------------
    if (c == 0) {
      return;
    }
    uint8_t red   = (uint8_t)min(255.0f, ((float)r / c) * 255.0f);
    uint8_t green = (uint8_t)min(255.0f, ((float)g / c) * 255.0f);
    uint8_t blue  = (uint8_t)min(255.0f, ((float)b / c) * 255.0f);


    M5.Display.fillScreen(M5.Display.color888(red, green, blue));


    M5.Display.fillRoundRect(10, 10, 300, 130, 8, BLACK);
    M5.Display.setTextColor(WHITE);
    M5.Display.setTextSize(2);
    
    M5.Display.setCursor(20, 20);
    M5.Display.printf("Clear: %u\n", c);
    M5.Display.setCursor(20, 50);
    M5.Display.printf("Red:   %u\n", r);
    M5.Display.setCursor(20, 80);
    M5.Display.printf("Green: %u\n", g);
    M5.Display.setCursor(20, 110);
    M5.Display.printf("Blue:  %u\n", b);
  }
}

では、さらに手元にあるM5Core Grayを用いて、M5CoreS3 SEがアドバタイズ発信している内容を受信し、M5CoreS3 SEのディスプレイ表示と同じような表示を行いたい。

仕様を以下に示す。 
仕様を満たすプログラムコードを提示してほしい。

開発環境 
 ・Arduino IDE 

 目的 
 ・先ほどのM5CoreS3 SEが発信しているアドバタイズデータを受信し、自身のディスプレイ表示に反映させる

機能 
 1.アドバタイズデータ取得 
 ・Bluetooth LEのアドバタイズをスキャンする 
 ・アドバタイズデータを以下の条件でフィルタリングする

　（株）ムセンコネクトが提唱しているオープンセンサーサービスを利用していること
　https://www.musen-connect.co.jp/blog/course/product/howto-16bituuid-ble-beacon-open-sensor-service/

　オープンセンサーサービスの仕様書です。
　必要に応じて確認してください。
　https://www.musen-connect.co.jp/dl/open_sensor_beacon_spec.pdf

　AD Type：0x16（Service Data - 16-bit UUID）
　16bit UUID：0xFCBE（リトルエンディアンで指定が必要な場合は注意すること）
　オープンセンサーサービスのヘッダー部の個体識別番号が0x00000000であること
　カラーセンサー値としてデータ種別0x52が4つ続き、ペイロードが20byteであること


 2.ディスプレイ表示 
 ・フィルタリングしたアドバタイズデータのカラーセンサ値に合わせてディスプレイの色を動的に変更する 
 ・Clear、Red、Green、Blueそれぞれの値をディスプレイにテキスト表示する

お使いの環境（M5Core Grayのハードウェア、ESP32ボードパッケージ、M5Unifiedライブラリ）において、
BLEのバックグラウンド処理とメインループとの間の連携が、根本的に機能していないことを示しています。

この非常に稀で解決が困難な状況を打開するため、これまでのアプローチを全面的に見直し、
タスク間の連携に一切依存しない、全く新しい構造のプログラムとして反映しました。

/**
 * @file M5Core_Gray_OSS_Scanner.ino
 * @author Gemini
 * @brief M5Core Grayでオープンセンサーサービスのアドバタイズデータを受信・表示する
 * @version 5.0
 * @date 2025-08-01
 * @copyright Copyright (c) 2025
 *
 * @note
 * v5.0: 永続的なタスク間通信の問題を解決するため、アーキテクチャを全面的に見直し。
 * BLEコールバックを廃止し、メインループ内で同期スキャンを実行する方式に変更。
 *
 * 機能:
 * 1. オープンセンサーサービス(UUID:0xFCBE)のアドバタイズをスキャンする。
 * 2. 指定された条件(ID, データ種別, ペイロード長)でデータをフィルタリングする。
 * 3. 受信したカラーセンサ値をディスプレイの背景色とテキストで表示する。
 */


#include <M5Unified.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLEScan.h>
#include <BLEAdvertisedDevice.h>


// スキャン対象のサービスUUID
#define SERVICE_UUID_16BIT 0xFCBE
#define SCAN_TIME_SECONDS 1 // 1秒ごとにスキャン


BLEScan* pBLEScan;


/**
 * @brief 初期設定
 */
void setup() {
    M5.begin();
    Serial.begin(115200);


    M5.Display.setTextSize(2);
    M5.Display.println("Open Sensor Scanner");


    // BLEの初期化
    BLEDevice::init("");
    pBLEScan = BLEDevice::getScan();
    pBLEScan->setActiveScan(true);
    pBLEScan->setInterval(100);
    pBLEScan->setWindow(99);


    Serial.println("Setup complete. Starting scan loop...");
    M5.Display.println("Scan started...");
    delay(1000);
}


/**
 * @brief メインループ
 */
void loop() {
    Serial.printf("Starting %d second scan...\n", SCAN_TIME_SECONDS);
    
    // 指定した時間だけ同期的にスキャンを実行し、結果を取得する
    BLEScanResults foundDevices = pBLEScan->start(SCAN_TIME_SECONDS, false);
    
    Serial.printf("Scan done! Found %d devices.\n", foundDevices.getCount());


    // 見つかったデバイスを一つずつチェック
    for (int i = 0; i < foundDevices.getCount(); i++) {
        BLEAdvertisedDevice advertisedDevice = foundDevices.getDevice(i);


        // 1. Service Data (UUID: 0xFCBE) が含まれているか確認
        if (advertisedDevice.haveServiceData() && advertisedDevice.getServiceDataUUID().equals(BLEUUID((uint16_t)SERVICE_UUID_16BIT))) {
            
            std::string serviceData = advertisedDevice.getServiceData();


            // 2. ペイロード長が20バイトであるか確認
            if (serviceData.length() != 20) continue;


            const uint8_t* payload = (const uint8_t*)serviceData.c_str();


            // 3. 個体識別番号が0x00000000であるか確認
            if (payload[1] != 0x00 || payload[2] != 0x00 || payload[3] != 0x00 || payload[4] != 0x00) continue;


            // 4. カラーセンサー値(データ種別0x52)が4つ続いているか確認
            if (payload[8] != 0x52 || payload[11] != 0x52 || payload[14] != 0x52 || payload[17] != 0x52) continue;


            // --- 全てのフィルタリング条件をクリア ---
            Serial.println(">>> Found matching device! Processing data...");
            
            // データを抽出
            uint16_t r = (payload[9] << 8) | payload[10];
            uint16_t g = (payload[12] << 8) | payload[13];
            uint16_t b = (payload[15] << 8) | payload[16];
            uint16_t c = (payload[18] << 8) | payload[19];


            // -----------------------------------------------------
            // ディスプレイ表示処理
            // -----------------------------------------------------
            if (c > 0) {
                uint8_t red   = (uint8_t)min(255.0f, ((float)r / c) * 255.0f);
                uint8_t green = (uint8_t)min(255.0f, ((float)g / c) * 255.0f);
                uint8_t blue  = (uint8_t)min(255.0f, ((float)b / c) * 255.0f);
                
                M5.Display.fillScreen(M5.Display.color565(red, green, blue));
            } else {
                M5.Display.fillScreen(BLACK);
            }


            M5.Display.fillRoundRect(10, 10, 300, 130, 8, BLACK);
            M5.Display.setTextColor(WHITE);
            M5.Display.setTextSize(2);
            
            M5.Display.setCursor(20, 20);
            M5.Display.printf("Clear: %u\n", c);
            M5.Display.setCursor(20, 50);
            M5.Display.printf("Red:   %u\n", r);
            M5.Display.setCursor(20, 80);
            M5.Display.printf("Green: %u\n", g);
            M5.Display.setCursor(20, 110);
            M5.Display.printf("Blue:  %u\n", b);


            // 複数の候補が見つかった場合でも、最初の1つだけ処理してループを抜ける
            break; 
        }
    }


    // スキャン結果をクリアして次のスキャンに備える
    pBLEScan->clearResults();


    // M5Unifiedではボタン状態の更新などに必要
    M5.update();
}