概要

非接触空間センサーを使った世界でも珍しい高速スイッチの実験です。非接触スイッチは感染症対策の他、接点が無く壊れ難いので実用的です。また、ドットマトリクスLEDを使った数値表示についても詳しく解説します。
双方向ハンドセンサー https://interactive-hand-sensor.com/root/

動画

※数値のちらつきはビデオのサンプリングが原因です。目視では数値がはっきり見えます。

配線図

フローチャート

ドットマトリクスLEDの数値表示

ドットマトリクスLEDで画像を表示する

Raspberry Pi PicoのMicroPythonでは図のように表示する８ビット数を長さ８の画像リストに保存します。次に行を変化させながら１行ずつ表示関数を実行します。この関数はSPIで２バイトの行、列データをシフトレジスタに送信し１行書き込みます。タイマー割り込みでこれを連続的にコールし、処理を自動化しています。

ドットマトリクスLEDで数値を変化させる

数値の場合は図のように４個の８ビット数で管理すると便利です。画像リストを変更し保存すると上記タイマー割り込みで００〜９９の数値が表示できます。規模が小さいので関数オブジェクト（クロージャ）を使ってまとめています。

プログラム (Raspberry Pi Pico)

非接触高速スイッチ
from machine import PWM
from Sensor_CLED import *
from led8x8LedNum import *

def makePwm(gpio, freq, duty16):
    pwm = PWM(gpio)
    pwm.freq(freq)
    pwm.duty_u16(duty16)

def makeIndi():
    val = True
    def closure(timer):
        nonlocal val
        CLed.setIndi(val)
        val = not val
    return closure

class LedCount():
    led3 = [GPIOOUT(22),GPIOOUT(26),GPIOOUT(27)] #led3/4/5
    SW_CRI = 2000
    CNT_MAX = 100
    lled = []

    def __init__(self, led):
        self.led = led
        self.isOn = False
        self.swCnt = 0
        self.cnt = 0

    def onOff(self, isOn):
        self.led(isOn)
        if self.cnt > 0: self.cnt += 1
        if isOn != self.isOn:
            self.isOn = isOn
            if isOn:
                self.swCnt += 1
                self.cnt = 1
        if self.cnt > self.CNT_MAX:
            self.swCnt = self.cnt = 0
            self.isOn = False
        return self.swCnt

    @classmethod
    def init(cls):
        for l in cls.led3:
            cls.lled.append(LedCount(l))

    @classmethod
    def detect(cls, ad8):
        swCnt = [0,0,0]
        for i in range(3):
            isOn = ad8[3+i] > cls.SW_CRI
            swCnt[i] = cls.lled[i].onOff(isOn)
        return max(swCnt)

# ***************** main ********************
if __name__ == '__main__':
    try:
        # makePwm(pwmCled_gpio, 50, 1<<15)    
        tim2 = Timer()                      # ドットマトリクスLED画像表示タイマー
        tim2.init(freq=400, mode=Timer.PERIODIC, callback=makeWrtPic(led8))
        # ***********************************
        # cled = CLed()
        Sensor.init()
        # print('******************* START ********************')
        # cled.turnOn(5)                    
        # time.sleep(1)                       
        # cled.turnOn(0)                      
        LedCount.init()
        lmax = 0                            # last max value
        led_n99, led_clr = LedNum()         # led_n99: 数値リスト化関数
        led_n99(0)
        while True:
            Sensor.setAd()
            # cled.turnOn(0)                  # CLED(センサーのカラーLED) turn off
            adt = Sensor.getAd()            # AD tuple（センサーの距離データ８個）
            cMax = LedCount.detect(adt)
            if cMax != lmax:
                led_n99(cMax)
                lmax = cMax

    except KeyboardInterrupt:
        print("\nCtl+C")
        # cled.turnOn(0)
        led_clr()

ドットマトリクスLED数値表示ライブラリ
from impQ import *
from machine import Timer
import time

oe8 = getPinOut('OE_I8x8')
fix8 = getPinOut('FIX_8x8')
spi = getPinOut('SPI')              # 6,7,8,9pin

# ********************************* LedNum **********************************
led8 = [0 for _ in range(8)]
def LedNum():
    c0 = (0b01111100,0b10000010,0b10000010,0b01111100)	# 0
    c1 = (0b00000000,0b11111110,0b00000100,0b00000000)	# 1
    c2 = (0b10001100,0b10010010,0b10100010,0b11000100)	# 2
    c3 = (0b01101100,0b10010010,0b10010010,0b01000100)	# 3
    c4 = (0b11111110,0b00100100,0b00101000,0b00110000)	# 4
    c5 = (0b01100010,0b10010010,0b10010010,0b01011110)   # 5
    c6 = (0b01100100,0b10010010,0b10010010,0b01111100)   # 6
    c7 = (0b00001110,0b00110010,0b11000010,0b00000010)   # 7
    c8 = (0b01101100,0b10010010,0b10010010,0b01101100)   # 8
    c9 = (0b01111100,0b10010010,0b10010010,0b01001100)   # 9
    nLst = [c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c9]
    def led8_n99(n):				# max 99
        global led8
        if n > 99: n = 99
        for k in range(2):
            ch = n % 10 if k == 0 else n // 10
            for i in range(4):
                led8[k * 4 + i] = nLst[ch][i]
    def led8_clr():                 # led clear
        global led8
        for i in range(8):
            led8[i] = 0
    return led8_n99, led8_clr

# ********************************** wrtPic **************************************
def makeWrtPic(led):
    row = 0
    def closure(dummy):             # write picture
        nonlocal row
        oe8(True)
        spi.write( bytearray([led[row], ~(1 << row)]) ) # col, row
        fix8(True)
        fix8(False)
        oe8(False)
        row = 0 if row == 7 else row + 1
    return closure

# ********************************** main **************************************
if __name__ == '__main__':
    try:
        led_n99, led_clr = LedNum()
        wrtPic = makeWrtPic(led8)
        tim = Timer()
        tim.init(freq=400, mode=Timer.PERIODIC, callback=wrtPic)

        lst = [1,23,45,67,89]
        for n in lst:
            led_n99(n)
            time.sleep(3)
        led_clr()
        while True:
            pass
    except KeyboardInterrupt:
        print("\nCtl+C")
        led_clr

終わりに

非接触スイッチは自動販売機などの感染症対策だけを考えていましたが、思いついてこの実験をしました。高速スイッチの他、接点が無く機械的に壊れにくいので実用的だと思います。

非接触空間センサーを使った非接触スイッチは世界でも珍しい特徴を持ち、AIカメラより速い処理がマイコンでも実現できます。新しい技術なのでコロナで不景気の今、使って欲しいと思いますが企業とコンタクトが取れません。興味のある方はwebsiteの「お問い合わせ」メニューからご連絡下さい。特許は取らず、回路図とソフトウェアは公開しています。センサー基板は発売中です https://www.switch-science.com/catalog/6495/

外国との競争に勝つには新しい物を考え創るしかありません。非接触空間センサーは魔法をヒントに発明したSFプロトタイピングです。これからも魔法のような斬新な装置を研究しご紹介したいと思います。