無線IoTセンサを片っ端から比較してみた（温湿度センサ編）

# IoTと無線通信

IoTといえばセンサ！RaspberryPi！
というわけで実際に使ってみると分かるのですが、

**とにかく配線が邪魔！**（画像は我が家のタコ足）
![takoashi.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/cd445a9e-2088-1521-a387-894b4d688c67.jpeg)

ちょっと数が増えるとハッカーの部屋みたいな見た目になりますし、コードに引っかかる危険も‥
無線化すれば見た目も安全も損なう事なく、たくさんのセンサをRaspberryPiで管理できます！

# 無線IoTセンサの比較
では無線センサはどれを買えばいいの？と思い調べましたが、実際に比較したサイトはほぼ皆無。
というわけで人柱の精神で、Bluetooth Low Energy（BLE）接続のセンサを実際に購入し、比較してみました

## 比較に使用したセンサ
最も需要が多そうな温湿度センサ、かつAPIでデータ取得が可能なものを選びました。
・[Omron 環境センサBAG型（2JCIE-BL01）](https://www.fa.omron.co.jp/products/family/3723/)
・[Omron 環境センサUSB型（2JCIE-BU01）](https://www.fa.omron.co.jp/products/family/3724/)
・[Inkbird IBS-TH1 mini](https://www.amazon.co.jp/Inkbird-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%88%E3%82%A5%E3%83%BC%E3%82%B9-%E6%B8%A9%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC-Android-IBS-TH1/dp/B07D74CQLJ)
・[Inkbird IBS-TH1](https://www.amazon.co.jp/Inkbird-IBS-TH1-Bluetooth-%E5%A4%96%E9%83%A8%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%96%E4%BB%98%E3%81%8D-%E3%82%B9%E3%83%9E%E3%83%9B%E3%81%A8%E9%80%A3%E6%8E%A5%E3%81%A7%E3%81%8D/dp/B07D75H734/ref=pd_aw_sbs_201_3/356-7389076-5979439?_encoding=UTF8&pd_rd_i=B07D75H734&pd_rd_r=184465e6-f0d9-4e16-8524-c984893af9bd&pd_rd_w=Ip0MD&pd_rd_wg=lcDuD&pf_rd_p=bff3a3a6-0f6e-4187-bd60-25e75d4c1c8f&pf_rd_r=939W116VQ9B4YV5DQ69A&psc=1&refRID=939W116VQ9B4YV5DQ69A)（使用感が良かったので2台目も購入して比較しました）
・[SwitchBot温湿度計](https://www.switchbot.jp/meter)
（※比較用：[Nature Remo](https://nature.global/jp/nature-remo)‥Wifi接続のスマートリモコン）

### Omron 環境センサBAG型（2JCIE-BL01）
![オムロン環境センサ.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/e0f17e76-010a-2e43-8847-a92994fc50b0.png)
（左が2JCIE-BL01）

価格：¥9,350＠[チップワンストップ](https://www.chip1stop.com/view/dispDetail/DispDetail?mpn=2JCIE-BL01&partId=OMRO-0134726&keyword=%E3%82%AA%E3%83%A0%E3%83%AD%E3%83%B3%E3%80%80%E7%92%B0%E5%A2%83%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5)※価格は全て税込
サイズ：46×39×15mm
重量：19g（電池含）
電池：CR2032（ボタン電池）
コメント：日本が世界に誇るオムロン製！価格はちょっとお高め

### Omron 環境センサUSB型（2JCIE-BU01）
![オムロン環境センサ.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/e0f17e76-010a-2e43-8847-a92994fc50b0.png)
（右が2JCIE-BU01）
価格：¥10,902＠[Digikey](https://www.digikey.jp/product-detail/ja/omron-electronics-inc-emc-div/2JCIE-BU01/Z11673-ND/9603172)
サイズ：29×14×7mm
重量：3g
電源：USB供給
コメント：世界のオムロンその2！こちらは電源供給のみ有線（USB）です

### Inkbird IBS-TH1 mini
![Inkbird_mini.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/8e3af87b-bd69-28cc-f885-5c63666159e7.jpeg)
価格：¥2,899＠[Amazon](https://www.amazon.co.jp/Inkbird-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%88%E3%82%A5%E3%83%BC%E3%82%B9-%E6%B8%A9%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC-Android-IBS-TH1/dp/B07D74CQLJ)
サイズ：35×35×10mm
重量：13g
電池：CR2032（ボタン電池）
コメント：コンパクトさが魅力

### Inkbird IBS-TH1
![Inkbird_IBS-TH1.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/ad6bb611-253b-5f94-03f3-1f1190d3c5f8.jpeg)
価格：¥3,399＠[Amazon](https://www.amazon.co.jp/Inkbird-IBS-TH1-Bluetooth-%E5%A4%96%E9%83%A8%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%96%E4%BB%98%E3%81%8D-%E3%82%B9%E3%83%9E%E3%83%9B%E3%81%A8%E9%80%A3%E6%8E%A5%E3%81%A7%E3%81%8D/dp/B07D75H734/ref=pd_bxgy_3)
サイズ：56×56×17mm
重量：31g
電池：単4電池
コメント：プローブ付き。プローブなしでも使用可能です

### SwitchBot温湿度計
![switchbot.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/27c86c07-0302-67cd-8c70-1ad344d78a60.jpeg)
価格：¥1,980＠[Amazon](https://www.amazon.co.jp/SwitchBot-%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%83%83%E3%83%81%E3%83%9C%E3%83%83%E3%83%88-%E3%82%B9%E3%82%A4%E3%82%B9%E8%A3%BD%E3%82%BB%E3%83%B3%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%82%B9%E3%83%9E%E3%83%9B%E3%81%A7%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E6%B9%BF%E5%BA%A6%E7%AE%A1%E7%90%86-GoogleHome-IFTTT%E5%AF%BE%E5%BF%9C/dp/B07L4QNZVF)
サイズ：55×55×24mm
重量：69g
電池：単4電池×2
コメント：画面付きにも関わらず圧倒的コスパ

# 比較方法
下記の性能を比較するため、実験を行いました。
データの取得方法については、**[こちらの記事を参照ください](https://qiita.com/c60evaporator/items/283d0569eba58830f86e)**
## 無線センサで考慮すべき性能
下記6項目で比較しました
### 1.測定精度
精度が悪いとセンサとしての役割を果たせません。
**温湿度の全センサ平均との差**を測定しました

### 2.信頼性
データ取得に失敗して欠損値だらけとなっては、分析が難しくなります。
**何%の確率で正しくデータを取得できるか**（欠損値とならないか）を測定しました
※停止しにくさ=可用性も課題でしたが、[こちらの記事](https://qiita.com/c60evaporator/items/283d0569eba58830f86e)である程度クリアできたので、割愛します

### 3.応答時間
1回の測定に10分も掛かるようだったら、まともにロギングできません。
**RapsberryPiでのデータ取得に何秒かかるか**を、基準として測定しました

### 4.電池の持ち
電池が2週間で切れてしまっては、交換が大変、電池代もかさみ長期運用などできません。
**電池が切れるまで何ヵ月かかるか**を測定しました（随時更新します）

### 5.サイズ
大きすぎるセンサでは無線の意味がありませんね！
**3辺の大きさ**を記載します
※電源供給が有線のOmron_USB型は、その分の評価をマイナスとしておきました

### 6.価格
どんなに良いセンサでも、お値段10万円！と言われたら、「温湿度測るだけでそれはちょっと‥」となりますね！
**2020/6時点での価格**を記載します

## 実験方法
・期間：6/2～7/10（電池交換、ルータ買替等のため中断あり）
・測定間隔：1回/5分
・測定点数：8834点
・測定場所：下図のように、室内に設置した箱の中で測定、場所依存性が出ないよう1日1回センサの位置をランダムに交換
![sensors_in_box2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/17b3417a-cd74-d558-ff65-18fc8f862c96.jpeg)

※なお、実験時の受信側RaspberryPiとセンサの距離は0.5m前後となっており、これより**距離が離れると信頼性や応答時間が悪化するのでご注意ください**。
**[どれくらい悪化するかも記事の最後で評価しています](https://qiita.com/c60evaporator/items/675452d5de9587eed25c#%E8%BF%BD%E5%8A%A0%E6%A4%9C%E8%A8%BC%E8%B7%9D%E9%9B%A2%E3%81%AB%E3%82%88%E3%82%8B%E6%88%90%E5%8A%9F%E7%8E%87%E3%81%A8%E5%BF%9C%E7%AD%94%E6%99%82%E9%96%93%E3%81%B8%E3%81%AE%E5%A4%89%E5%8C%96)**


# 結果
比較結果を詳説します。要点だけ知りたい人は「結論」のみ読んでいただければ十分かと思います。
※Inkbird IBS-TH1以外は1個しかテストしていないため、個体差が考慮できていないことにご留意ください
## 結論
各センサごとに星取表を作成しました。
◎：2点
〇：1点
△：-1点
×：-3点
で採点しています（マイナスを大きめに評価）

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|測定精度(温度)|◎|◎|◎|◎|○|(△)|
|測定精度(湿度)|◎|〇|△|◎|◎|(◎)|
|測定成功率|◎|◎|○|◎|△|(◎)|
|応答時間|〇|◎|〇|〇|〇|(〇)|
|電池の持ち|〇～|◎|**×**|〇～|〇～|(◎)|
|サイズ|◎|△|◎|〇|〇|(×)|
|価格|△¥9,350|△¥10,902|〇¥2,899|〇¥3,399|◎¥1,980|(△¥9,900)|
|**総合判定**|**〇(9点)**|**〇(7点)**|**△(3点)**|**◎(10点)**|**〇(7点)**|(判定外)|

・**Inkbird IBS-TH1mini以外はどれも、「特に問題なく使える」という印象**（Inkbird IBS-TH1miniは電池の持ちが‥）
・**イチオシはInkbird IBS-TH1**（miniじゃない方）
・**サイズの小ささや5m以上離しての使用ならOmron BAG型**
・**お買い得感を求めるならSwithbot**
・**電池の持ちを極限まで追求するならOmron USB型（+モバイルバッテリー）**
・応答時間はBroadcastモードよりもConnectモードの方がやや速い、ただし電池の持ちとトレードオフ
・近くで**WiFiルータ**を使用している場合、**5GHzをメインで使用した方がBluetoothが安定する**（2.4GHzはBluetoothと干渉する）

## 各性能ごとの比較詳細

### 1.測定精度
**温湿度の全センサ平均との差**を測定しました

**・温度**
全期間における平均との温度差が下記となります。

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|平均との温度差|+0.122℃|+0.08℃|+0.10℃|+0.11℃(1個目), +0.04℃(2個目)|-0.123℃|-0.32℃|
|判定|◎|◎|◎|◎|○|(△)|

上記の差がセンサの個体差によるものかを判断するため、
1日ごとに平均との温度差を集計して箱ひげ図にしました。
![温度箱ひげ図.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/ec6743ca-77d4-a7e6-8e79-ea7e968cc7f9.png)


Nature_Remo_1が他のセンサから大きく外れ、SwitchBot_Thermo_1も少し外れています。
これらは箱ひげ図のばらつきを超えた差となっており、センサの個体差と言えそうです。

いずれにせよNature_Remo以外は四分位点でも温度差が0.2℃以下に収まっており、
アナログ温度計でも絶対温度±1℃程度の保証が主流であることを考えると、
**かなり信頼できる値**となっていそうです
（Nature_Remoはそもそも温度測定の分解能が0.7℃前後となっており、他センサと比べやや不足は否めません）

**・湿度**

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|平均との湿度差|+0.77%|+1.96%|+3.20%|-0.82℃(1個目), -1.12%(2個目)|-1.35%|+1.53%|
|判定|◎|〇|△|◎|◎|(◎)|

こちらも温度と同じく、1日ごとに平均との温度差を集計して箱ひげ図にしました。
![湿度箱ひげ図.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/7b9d4220-ca27-e12d-15bd-6e657d1677c6.png)

IBS-TH1mini、Omron_USBが他のセンサから外れており、
特にIBS-TH1miniは4%近い差があり、絶対精度としてやや不安を感じる結果となっています。

**・温度と湿度の精度比較**
温度の四分位点の差0.2℃÷温度の絶対値20℃ = 1%オーダー
湿度の四分位点の差4%÷湿度の絶対値40% = 10%オーダー
のように、湿度の方が1ケタ個体差が大きく、精度が悪いと言えそうです。
湿度の精度が求められる場合は、キャリブレーション（高精度な湿度計や、上記のような平均との差を利用して補正）が必要となりそうですね。

### 2.信頼性
**何%の確率で正しくデータを取得できるか**（欠損値とならないか）を測定しました

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|試行|8834|8834|8834|8834(1個目), 5444(2個目)|8834|8834|
|成功|8816|8808|8791|8823(1個目), 5439(2個目)|8717|8831|
|失敗|18|26|43|11(1個目), 5(2個目)|117|3|
|成功率|99.80%|99.71%|99.51%|99.88%(1個目),99.94%(2個目)|98.68%|99.97%|
|判定|◎|◎|○|◎|△|(◎)|

全体的には値段の差が如実に出ていますが、比較的安価なInkbird IBS-TH1の健闘が目立ちます。
Amazonで3000円で売っているセンサが、産業向けの目安と言われる99.9%を超えているのはビックリです。

**・WiFiとの干渉の影響**
なお、今回の実験中、6/15にルータを交換して家の中のWiFi回線を2.4GHz帯メイン→5GHz帯メインに変更しましたが、
下図のように6/15を境に成功率（縦軸）が上昇する傾向（特にOmronの2個のセンサ）が見えます。
![成功率折れ線グラフ.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/74d4d135-744a-1db3-c9af-7ed134a14003.png)

ルータ交換前後での成功率を集計すると下記のようになります。
ほぼ変化のないInkbird IBS-TH1miniを除くと、明らかに成功率が上昇しています（太字は99.9%を超えたもの）

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|試行数|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|ルータ交換前(2.4GHz)成功率|99.50%|99.29%|99.53%|99.79%(1個目),-(2個目)|97.88%|**99.91%**|3390|
|ルータ交換後(5GHz)成功率|**99.98%**|**99.96%**|99.50%|**99.93%**(1個目),**99.94%**(2個目)|**99.17%**|**100.0%**|5444|

[こちらのサイト](https://houwa-js.co.jp/blog/2018/06/20180629/#:~:text=%E3%81%BE%E3%81%9F%E9%9B%BB%E6%B3%A2%E5%88%B0%E9%81%94%E8%B7%9D%E9%9B%A2%E3%82%82,%E3%81%95%E3%81%9B%E3%82%8B%E3%81%93%E3%81%A8%E3%81%8C%E5%87%BA%E6%9D%A5%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82)に記載されているように、
2.4GHzのWiFiとBluetoothは干渉を起こしやすいそうですが、その影響が本実験の成功率にも表れていると考えられます。

というわけで、センサの信頼性向上のためには、
**「Bluetoothセンサと同じ場所でWiFiルータを使用している場合、5GHzをメインで使用した方が良い」**
と言えそうです

### 3.応答速度
**RapsberryPiでのデータ取得に何秒かかるか**を、基準として測定しました

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|平均応答時間|4.08秒|0.84秒|2.85秒|2.75秒(1個目), 2.78秒(2個目)|4.36秒|2.36秒|
|判定|〇|◎|〇|〇|〇|(〇)|

Omron USB型の応答が速く、タイムアウト値を待たないといけないOmron BAG型およびSwitchbotがやや遅めです。
いずれにせよ、数分に1回ロギングする目的なら十分な応答速度だと思います

### 4.電池の持ち
**電池が切れるまで何日かかるか**を測定しました（随時更新します）

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|電池切れまでの日数|80日|有線|26日(1回目), 18日(2回目), 14日(3回目), 12日(4回目)|-|-|有線|
|判定|〇|◎|**×**|〇～|〇～|(◎)|

運用開始から2.5ヵ月ほど経っていますが、Inkbird IBS-TH1mini以外はまだ電池切れしていません。
※追記：Omron BAG型が80日(3ヵ月弱)で電池切れしました

一方で**Inkbird IBS-TH1miniは4回も電池切れ**、平均3週間足らずで電池が切れてしまっています。
同じCR2032ボタン電池を使っているOmron BAG型の1/4以下の期間です。
Amazonのレビューでも「電池がすぐ切れる」と書かれてますし、
この事実のみで、Inkbird IBS-TH1miniは選択肢として微妙だと感じてしまいました

### 5.サイズ
**3辺の大きさ**を記載します
※電源供給が有線のOmron_USB型は、ここを評価をマイナスとしておきました

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|3辺サイズ(mm)|46×39×15|29×14×7(有線)|35×35×10|56×56×17|55×55×24|74x74x18(有線)|
|判定|◎|△|◎|〇|〇|(×)|

有線電源供給のOmron USB型以外は、特に邪魔になるような大きさではないと思います

### 6.価格
**調査時(2020/6)の最安価格**を記載します

||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1|Switchbot|(Nature Remo)|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|価格|¥9,350|¥10,902|¥2,899|¥3,399|¥1,980|¥9,900|
|判定|△|△|〇|〇|◎|(△)|

安心と信頼のオムロンはやはり高いです。保証とサポセン代と思って納得するしかなさそうです。
最安なのに液晶表示付きのSwitchbotはコスパの良さが際立っていますね。

## 追加検証：距離による成功率と応答時間への変化
実際は受信側のRaspberryPiと距離を離して使用することが多そうなので、成功率・応答時間への距離・障害物の影響を実験してみました。
【実験条件】
・期間：7/11～7/17（電池交換のため中断あり）
・測定間隔：1回/5分
・測定点数：1462点

### 成功率
||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1 1個目|Inkbird IBS-TH1 2個目|Switchbot|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|距離|5m|(0.5m(上記実験と同場所))|4m|2m|5m|4m|
|障害物|ガラス戸&カーテン(屋外)|(木箱)|なし|ソファー|木製ドア|なし|
|離した後の成功率|**99.93%**|**99.93%**|**98.70%**|**99.04%**|**98.43%**|**99.17%**|
|離す前の成功率|99.98%|99.96%|99.50%|99.93%|99.94%|99.17%|

※Omron BAG型とSwitchbotはタイムアウト値を4秒→5秒に長くした(4秒のままだと成功率が95%を切るレベルまで激減したため)のでご注意ください。

軒並み成功率は悪化しており、距離・障害物ともに影響を受けていそうです。
一方でBroadcastモードのOmron BAG型とSwitchbotはタイムアウト値を伸ばすという裏技を使ってはいますが、
成功率が悪化していません。
**距離や障害物の制約が厳しい場合は、タイムアウト値で調整可能なBroadcastモードのセンサを選択する**のが良いかもしれません。

### 取得時間
||Omron BAG型|Omron USB型|Inkbird IBS-TH1mini|Inkbird IBS-TH1 1個目|Inkbird IBS-TH1 2個目|Switchbot|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|距離|5m|(0.5m(上記実験と同場所))|4m|2m|5m|4m|
|障害物|ガラス戸&カーテン(屋外)|(木箱)|なし|ソファー|木製ドア|なし|
|離した後の平均応答時間|**5.15秒**|**0.78秒**|**3.09秒**|**3.14秒**|**3.25秒**|**5.45秒**|
|離す前の平均応答時間|4.08秒|0.84秒|2.85秒|2.75秒|2.78秒|4.36秒|

![取得時間箱ひげ図_離した後.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/610167/f3b54e69-c52f-6ebd-32a8-d4d9dbe83973.png)

タイムアウト値を長くしたOmron BAG型とSwitchbotはもちろん、それ以外も距離に応じて長くなっています。
とはいえ**数分に1回ロギングするには問題ないレベル**だと思います

本記事は以上です。
最後まで見て頂きありがとうございました！