注釈

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2.10 人間の動きを検出する

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2 Wを使用して パッシブ赤外線（PIR）センサー を使い、人間の動きを検出する方法を学びます。PIRセンサーは、セキュリティシステム、オートマチックライティング、その他動きの検出が必要な用途でよく使用されます。これらのセンサーは、暖かい物体（人間や動物など）から放射される赤外線を検出します。

PIR（受動赤外線）モーションセンサーモジュール

必要な部品

このプロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

全ての部品がセットになったキットを購入するのが便利です。こちらのリンクをご覧ください：

名前

このキットのアイテム

リンク

Pico 2 Wスターターキット

450+

Pico 2 W Kit

また、以下のリンクから部品を個別に購入することもできます。

SN

コンポーネント

数量

リンク

1

Pico 2 Wの概要

1

2

マイクロUSBケーブル

1

3

ブレッドボード

1

買う

4

ジャンパーワイヤー

数本

買う

5

PIR（受動赤外線）モーションセンサーモジュール

1

買う

回路図

sch_pir

PIRモジュールが人が通り過ぎるのを検出すると、GP14がHIGHになります。それ以外の場合はLOWになります。

注釈

PIRセンサーには2つのポテンショメーターがあります：

  • 感度調整: 検出範囲を制御します。

  • 時間遅延調整: 動きが検出された後、出力がHIGHのままでいる時間を制御します。

初期テストでは、両方のポテンショメーターを反時計回りに最小位置に設定してください。これにより、センサーは最も感度が高く、最短の遅延設定になります。これで、すぐに反応を観察できます。

img_PIR_TTE

配線

wiring_pir

コードの記述

動きを検出するために割り込みを使用し、動きが検出されるとメッセージを表示するMicroPythonプログラムを作成します。

注釈

  • pico-2w-kit-main/micropython の 2.10_detect_human_movement.py ファイルを開くか、以下のコードをThonnyにコピーします。次に「実行」をクリックするか、F5を押して実行します。

  • Thonnyの右下に「MicroPython（Raspberry Pi Pico）.COMxx」のインタープリタが選択されていることを確認してください。

import machine
import utime

# GP14を入力ピンとして初期化
pir_sensor = machine.Pin(14, machine.Pin.IN)

def motion_detected(pin):
    print("Motion detected!")

# 立ち上がりエッジで割り込みを設定
pir_sensor.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=motion_detected)

# メインループは何もしません。割り込みが動作を処理します。
while True:
    utime.sleep(1)

コードを実行すると、次の現象が観察されます：

  • PIRセンサーの前で動きます。

  • 動きが検出されると、「Motion detected!」というメッセージがコンソールに表示されます。

コードの理解

  1. モジュールのインポート：

    • import machine: ハードウェア関連の関数にアクセスします。

    • import utime: 時間関連の関数を使用します。

  2. PIRセンサーピンの初期化：

    • pir_sensor = machine.Pin(14, machine.Pin.IN): GP14を入力ピンとして設定します。

  3. 割り込みハンドラの定義：

    • def motion_detected(pin): 動きが検出されたときに呼ばれる関数。

    • print("Motion detected!"): コンソールにメッセージを出力します。

  4. 割り込みの設定：

    • pir_sensor.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=motion_detected): PIRセンサーの信号の立ち上がりエッジで割り込みを設定します。

  5. メインループ：

    • while True: 無限ループを開始します。

    • utime.sleep(1): ループは1秒間スリープし、割り込みが動作を処理します。

動作時間を測定するためのコード例

コードを変更して、動作検出の時間と検出間隔を測定することができます。

import machine
import utime

pir_sensor = machine.Pin(14, machine.Pin.IN)

last_trigger_time = utime.ticks_ms()

def pir_triggered(pin):
    global last_trigger_time
    current_time = utime.ticks_ms()
    duration = utime.ticks_diff(current_time, last_trigger_time)
    last_trigger_time = current_time

    if pir_sensor.value():
        print("Motion detected! Duration since last detection: {} ms".format(duration))
    else:
        print("Motion ended. Duration of motion: {} ms".format(duration))

# 立ち上がりエッジと下降エッジの両方で割り込みを設定
pir_sensor.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING | machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=pir_triggered)

while True:
    utime.sleep(1)

  • 両方のエッジでの割り込み： machine.Pin.IRQ_RISING | machine.Pin.IRQ_FALLING を使用して、立ち上がりエッジと下降エッジで割り込みを設定します。

  • 時間の追跡：

    • utime.ticks_ms() を使用して、現在の時間をミリ秒単位で取得します。

    • トリガー間の時間を計算して、PIRセンサー出力が HIGH または LOW の状態でいる時間を測定します。

実用的な応用

  • セキュリティシステム: 不正侵入者や許可されていない動きを検出します。

  • 自動照明: 動きが検出されたときにライトをオンにします。

  • 省エネルギー: 一定時間動きが検出されない場合にデバイスをオフにします。

トラブルシューティングのヒント

  • 誤動作：

    • PIRセンサーは温度変化や日光などの環境要因に敏感です。

    • センサーを熱源や窓に向けて設置しないようにしましょう。

  • センサーが動きを検出しない：

    • センサーが初期化するまでに時間がかかる場合があります（一部のセンサーでは最大60秒かかることがあります）。

    • 感度ポテンショメーターを調整します。

  • 干渉：

    • センサーを電子機器から離して設置し、電磁干渉を避けます。

結論

PIRセンサーをRaspberry Pi Pico 2 Wに統合することで、プロジェクトに動作検出機能を追加する方法を学びました。センサー入力を読み取り、割り込みを処理する方法を理解することで、反応的で効率的なプログラムを作成できます。