thunder5178 2020年03月28日作成 (2020年04月01日更新)

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【IoT電子工作】obnizで測距センサーを使おう！【前編：LED調光】

前回記事「【IoT電子工作】obnizでサーボモーターを動かそう！」に続いての投稿となります。

この記事では、obnizという開発ボードに測距センサーを接続し、測距センサーからの距離に応じてLEDの光を変化させたいと思います。
なお、測距センサーとは対象物との距離を測定できるセンサーです。

この記事でできること
obnizに接続した測距センサーの値を取得し距離に応じてLEDを調光させる

測距センサーを扱う記事は２部構成とし、この記事を前編としてLED点灯、後編としてサーボモーターを動作させます。

obnizに関する説明やobnizの動作確認用プログラムについては、前回記事の「【IoT電子工作】obnizでサーボモーターを動かそう！」も合わせてご覧ください。

まずは用意する物を紹介します。

この記事では下記の部材を用意します。

部材一式

obniz(開発ボード)
USB A - USB micro Bケーブル(obniz電源共有用)
測距センサー「GP2Y0A21YK(SHARP)」(以下、測距センサー)
抵抗内蔵赤色LED(5V用)(以下、LED)
ジャンパーワイヤー(オスーオス)(以下、ジャンパーワイヤー)
小型クリップ付コード(以下、クリップコード)

用意する部材	購入先の例
obniz	obniz公式ストアなど
測距センサー	秋月電子通商など
LED	秋月電子通商など
ジャンパーワイヤー	秋月電子通商など
クリップコード	秋月電子通商など

開発ボードのobniz

対象物との距離を測定する測距センサー

出力確認用のLED

obniz端子接続用のジャンパーワイヤー

測距センサーとジャンパーワイヤーをつなぐクリップコード

下記の図のようにobniz、測距センサー、LEDを接続します。

実際に接続した様子がコチラです。

obnizに測距センサーと抵抗内蔵の赤色LEDを接続します。
測距センサーと測定物との距離に応じて、LEDの光量を変化させます。

【抵抗内蔵LEDを使用する理由】抵抗なしでLEDを使用すると電流が流れすぎてしまい、LEDが破損する恐れがあります。今回使用するLEDは抵抗内蔵されているため、そのまま使用することができます。

測距センサーとobnizは下記の様に接続します。
測距センサーとobnizの接続

測距センサピン番号	信号名	センサ付属の線	クリップ&ジャンパー	obniz io
1	Vout	白	緑	2
2	GND	茶	黒	1
3	Vcc	黒	赤	0

下記の順番で接続します。
接続手順

測距センサー付属の線とクリップコードを接続する
反対側のクリップコードにジャンパーワイヤーを接続し、obnizに接続する
LEDをobnizに接続する

測距センサー付属の線にクリップコードを挟みます。
秋月電子通商から測距センサーを購入すると、測距センサー付属のコードが同梱されていますが、片側は芯線むき出しの状態です。

このままではobnizの端子に挿しにくいので、ミノムシクリップとジャンパーワイヤーをつないでobnizへ接続します。

今回使用する測距センサー「GP2Y0A21YK」のピンアサインは下記のようになります。
センサーの端子は、センサー正面から見て左から1番、2番、3番となります。

測距センサピン番号	信号名	センサ付属線	クリップコード
1	Vout	白	緑
2	GND	茶	黒
3	Vcc	黒	赤

データシートはシャープの公式サイトからダウンロードできます。

白線(Vout)には緑のクリップ、茶線(GND)には黒のクリップ、黒線(Vcc)には赤のクリップをつなぎます。

測距センサーの線を接続した反対側のクリップにはobniz接続用のジャンパー線をつなぎます。

クリップコードには同じ色のジャンパーワイヤーを接続します。
そしてobnizの0番ポートに赤色のVcc、1番ポートに黒色のGND、2番ポートに緑色のVoutを接続します。

信号名	線色	obnizポート番号
Vcc	赤	0番
GND	黒	1番
Vout	緑	2番

LEDをobnizに接続します。LEDにはプラス（アノード）とマイナス（カソード）があります。LEDの足が長い方がプラス（アノード）、短い方がマイナス（カソード）です。
今回はアノード（足が長い方）をobnizの5番ポート、カソード(足が短い方)をobnizの6番ポートに接続します。

LEDの極性	obnizのポート番号
アノード(足が長い)	5
カソード(足が短い)	6

距離センサーとの距離に応じてLEDを調光させたいと思います。
距離センサーから離れるほど明るく、近づくほど暗くなるプログラムです。

距離センサとの距離に応じてLEDを調光
<html>
<head>
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
  <script src="https://unpkg.com/obniz@3.3.0/obniz.js" crossorigin="anonymous"></script>
</head>
<body>
    <!-- obnizデバッグ表示 -->
    <div id="obniz-debug"></div>
    <!-- センサ距離表示 -->
    <p>距離：<span id="text-distance">000</span>mm</p>
<script>
  // Obnizクラスのインスタンス化
  const obniz = new Obniz("OBNIZ_ID_HERE");
  // obnizオンライン
  obniz.onconnect = async function () {
    // 距離センサ「GP2Y0A21YK0F」の定義
    const sensor = obniz.wired("GP2Y0A21YK0F",  
    {
      vcc:0,
      gnd:1,
      signal:2
    });
    // 未使用のPWMを取得
    const pwm = obniz.getFreePwm();
    // obnizポート5番でPWMスタート
    pwm.start({io:5});
    // obnizポート6番をGND
    obniz.io6.output(false);
    // 距離センサ常時測定
    sensor.start(function (distance) {
      // 距離センサとの距離をmm単位で取得
      document.getElementById("text-distance").textContent = distance;

      // 60mm～1,000mmの範囲でLED調光
      if(distance >= 60 && distance <= 1000)
      {
          // PWMのデューティー比 = 距離 
          pwm.duty(Math.floor(distance/10));
      }
      else
      {
          pwm.duty(0);  // 60mm～1,000mmの範囲外では消灯
      }
    })
  };
</script>
</body>
</html>

上記のプログラムをHTML形式で保存したら、お使いのブラウザで実行してください。

下記のコードについては、前回記事の「【IoT電子工作】obnizでサーボモーターを動かそう！」に説明しておりますので、今回は割愛させていただきます。

<script src~(省略)></script>
<div id="obniz-debug"></div>
const obniz = new Obniz("OBNIZ_ID_HERE");
obniz.onconnect = async function () {};

今回新しく使用する部分について説明します。

<p>距離：<span id="text-distance">000</span>mm</p>の説明
測距センサーからの距離をブラウザ上に表示するためのHTMLを記述しています。

「000」と記載している部分に<span>タグでID名「text-distance」と名前を付けています。
距離センサーとの距離に応じて、ここの数字を変化させるためです。

const sensor = obniz.wired("GP2Y0A21YK0F", {vcc:0,gnd:1,signal:2});の説明
距離センサ「GP2Y0A21YK0F」を使用するための設定です。
obnizと距離センサは下記のように配線しましたが、こちらを記述しています。

信号名	線色	obnizポート番号
Vcc	赤	0番
GND	黒	1番
Vout	緑	2番

const pwm = obniz.getFreePwm();の説明
今回、PWMと呼ばれる機能でLEDの光を変化させます。

PWMとは、「Pulth Width Modulation」の頭文字をとったもので、ONとOFFの組み合わせにより、電流や電圧を制御します。

PWMにはデューティー比というものがあります。
パルス幅(ON時間)から、1周期(ONとOFFの合算)を割り、100を掛けた値です。

デューティ比＝1パルス(ONの時間)÷1周期(ONとOFFの時間)×100
このデューティー比を変化させる、つまりON時間を変化させることで、LEDの光量を変化させます。

なお、obnizで使用できるPWM信号は6つあり、その中で使用されていないPWMを呼び出して使用します。

pwm.start({io:5});の説明
呼び出したPWM機能は5番ポートに割り当てます。
LEDは下記の様に接続しました。

LEDの極性	obnizのポート番号
アノード(足が長い)	5
カソード(足が短い)	6

LEDのアノード(プラス側)を5番ポートに接続し、5番ポートからPWM出力することで、LEDに電流が流れます。
デューティー比を変化させることで、LEDに流れる電流が変化し、LEDの光量が変化します。

obniz.io6.output(false);の説明
LEDのカソード（マイナス側）は6番ポートに接続しました。
obniz.io6.output(false);
と記述することで、obnizの6番ポートが0V出力され、GNDとして使用しています。

sensor.start(function (distance) {};の説明
この関数を使用することで、距離センサーの測定を開始します。
この関数では返り値として、距離センサーとの距離「distance」をmm単位で受け取ります。
この「distance」の値に応じて、LEDを調光させます。

document.getElementById("text-distance").textContent = distance;の説明
sensor.start関数で取得した「distance」をブラウザ上に表示させます。
ここで、HTMLタグで下記のように記述しました。

<p>距離：<span id="text-distance">000</span>mm</p>

ID名を「text-distance」と名付けたspanタグのテキストを測距センサーとの距離「distance」に書き換えています。
これにより、ブラウザ上で測距センサーとの距離が表示されます。

pwm.duty(Math.floor(distance/10);の説明
if文で60mm～1,000mmの範囲内のとき、LEDを調光させるプログラムとしています。
60mm～1,000mmの範囲のとき、PWMで説明したデューティー比を変化させています。
距離を10で割った値をPWMのデューティー比に代入しています。
距離「distance」は小数点1桁単位で受け取るので、Math.floorにて小数点以下を切り捨てています。

distance	デューティー比
60.0mm～1,000.0mm	6%～100%

測距センサーとの距離が近づくほどデューティー比が高くなる、つまりON時間が長くなるのでLEDは明るくなります。
反対に距離センサーからの距離が遠ざかるほどデューティー比は下がるので、LEDは暗くなります。

今回は測距センサーとの距離に応じてLEDを調光させるプログラムを紹介しました。

次回は測距センサーとの距離に応じて、サーボモーターを動かすプログラムを紹介したいと思います。

thunder5178

はじめまして。プロフィールをご覧いただき、ありがとうございます。本業はメーカーの電気・システム設計をしており、趣味で電子工作やプログラミングをしています。ご覧いただいた皆様の参考になれば幸いです。また、個人では電子工作や電気関連のブログを運営しております。ご一読いただけると嬉しいです。 https://thunderblog.org/

thunder5178 さんが 2020/03/28 に編集をしました。 (メッセージ: 初版)
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【IoT電子工作】obnizで測距センサーを使おう！【前編：LED調光】

用意するもの

obnizに測距センサーと抵抗内蔵赤色LEDを接続する

接続手順

1.測距センサー付属の線とクリップコードを接続する

2.反対側のクリップコードにジャンパーワイヤーを接続し、obnizに接続する

3.LEDをobnizに接続する

距離センサーの距離に応じてLEDを調光させるプログラム

プログラムの説明

まとめ