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7.10 リバースアシストシステムの構築

このプロジェクトでは、Raspberry Pi Pico 2 W、超音波センサー、LED、ブザーを使用して リバースアシストシステム を作成します。 このシステムは、実際の駐車センサーがどのように機能するかをシミュレートし、障害物との距離を測定し、近づくにつれて変化する音と視覚的フィードバックを提供します。 このセットアップをリモートコントロールカーに取り付けて、ガレージにバックする体験を模倣できます。

必要な部品

このプロジェクトに必要な部品は以下の通りです。

キットを購入するのが非常に便利です。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

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4

ジャンパーワイヤー

数本

買う

5

トランジスタ

1(S8050)

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6

抵抗器

2(1KΩ, 220Ω)

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7

アクティブ ブザー

1

8

LED

1

買う

9

超音波モジュール

1

買う

コンポーネントの理解

  • 超音波センサー（HC-SR04）: 超音波波を発信し、その反射が帰ってくるまでの時間を測定することで、物体までの距離を測ります。

  • ブザー: 音でフィードバックを提供します。物体が近づくと、より頻繁に音を鳴らします。

  • LED: 視覚的なフィードバックを提供します。物体が近づくにつれて、点滅速度が速くなります。

回路図

sch_reversing_aid

配線

wiring_reversing_aid

コードの作成

以下のMicroPythonスクリプトを作成します：

  • 超音波センサーを使用して距離を測定します。

  • 距離に応じてブザーの音の頻度とLEDの点滅速度を調整します。

  • 物体が近づいたり遠ざかったりする際に、連続的にフィードバックを提供します。

注釈

  • pico-2w-kit-main/micropython から 7.10_reversing_aid.py ファイルを開くか、このコードをThonnyにコピーして、「実行」をクリックするか、F5を押して実行します。

  • 正しいインタープリター「MicroPython（Raspberry Pi Pico）」が右下に選択されていることを確認してください。

import machine
import utime

# ピンの設定
trigger = machine.Pin(17, machine.Pin.OUT)
echo = machine.Pin(16, machine.Pin.IN)
buzzer = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)
led = machine.Pin(14, machine.Pin.OUT)

# 距離を測定する関数
def measure_distance():
    # トリガーを低く設定
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # トリガーに10usパルスを送信
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # エコーパルスの期間を測定
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # cmに変換
    return distance

# ブザーとLEDを制御する関数
def alert(interval):
    buzzer.high()
    led.high()
    utime.sleep(0.1)
    buzzer.low()
    led.low()
    utime.sleep(interval)

# メインループ
try:
    while True:
        dist = measure_distance()
        print("Distance: {:.2f} cm".format(dist))
        if dist < 0:
            print("Out of range")
            utime.sleep(1)
        elif dist <= 10:
            alert(0.2)  # 非常に近い場合、速くアラート
        elif dist <= 20:
            alert(0.5)  # 近い場合、適度にアラート
        elif dist <= 50:
            alert(1)    # それほど近くない場合、ゆっくりアラート
        else:
            alert(2)    # 遠い場合、稀にアラート
except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by User")

コードが実行されると、物体を超音波センサーから異なる距離に置いたときの変化を観察できます。 ブザーの音の頻度とLEDの点滅速度の変化を確認してください。 コンソールには測定された距離が表示されます。

コードの理解

  1. 距離の測定：

    • measure_distance() 関数はTRIGピンに10マイクロ秒のパルスを送信します。

    • その後、ECHOピンがHIGHに変わるまでの時間を測定し、再びLOWになるまでの時間を計測します。

    • 超音波パルスが帰ってくるまでの時間を基に距離を計算します。

    def measure_distance():
    # トリガーを低く設定
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # トリガーに10usパルスを送信
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # エコーパルスの期間を測定
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # cmに変換
    return distance

  2. アラート機能：

    • alert(interval) 関数はブザーとLEDを0.1秒間オンにし、その後オフにします。

    • intervalパラメータは距離に基づいてアラート間の待機時間を調整します。

    def measure_distance():
    # Ensure trigger is low
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # Send 10us pulse to trigger
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # Measure the duration of the echo pulse
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # Convert to cm
    return distance

  3. メインループ：

    • 距離を継続的に測定します。

    • 事前に設定された距離の閾値に基づいてアラートの頻度を調整します。

    try:
    while True:
        dist = measure_distance()
        print("Distance: {:.2f} cm".format(dist))
        if dist < 0:
            print("Out of range")
            utime.sleep(1)
        elif dist <= 10:
            alert(0.2)  # 非常に近い場合、速くアラート
        elif dist <= 20:
            alert(0.5)  # 近い場合、適度にアラート
        elif dist <= 50:
            alert(1)    # それほど近くない場合、ゆっくりアラート
        else:
            alert(2)    # 遠い場合、稀にアラート
except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by User")

安全に関する考慮事項

  • 電圧レベル：

    • 超音波センサーのECHOピンの電圧（5V使用時）には注意してください。

    • PicoのGPIOピンを保護するために、電圧分割器やレベルシフターを使用してください。

  • 電源供給：

    すべてのコンポーネントの電流要求を処理できる電源を使用してください。

さらに実験してみよう

  • 視覚的な表示：

    LCDやOLEDディスプレイを追加して、距離を視覚的に表示しましょう。

  • 複数のセンサー：

    追加の超音波センサーを使用して、より多くの方向をカバーしましょう。

  • 高度なアラート：

    距離に応じて異なるトーンやパターンのブザーを実装してみましょう。

結論

Raspberry Pi Pico 2 Wを使用してリバースアシストシステムを作成しました！このプロジェクトは、センサーを使ってリアルタイムでフィードバックを提供する方法を示しており、ロボティクスや自動化の基本概念を学べます。