【SPRESENSE2024】ハートフル✨なトランポリン

こんにちは！
本記事は、2024年 SPRESENSE™ 活用コンテストの応募記事です。
「Spresenseのサンプルもらえるぞ！」という仕事仲間の甘いささやきに乗って応募しました。

ジャンプに合わせて♡が浮かび上がるトランポリンを作成しました。

ここにPOSTが表示されます

娘（3歳）がダンスが好きなので音ゲー的なものを作りたいと考えていました。
DANCERUSH STARDOM的なものを作りたいと考えました。
そんな中、家にトランポリンがあったので、Spresenseとトランポリンを組み合わせて、近しいものを作りたいと考えました。
そこで考えたのが、インタラクティブなトランポリンです。
ジャンプすると♡マークが浮かび上がる魔法のトランポリンだよ！と娘には説明しています。

全体的なシステム構成は下記の通りです。

加速度センサで、ジャンプを検出し、LEDテープを光らせます。

使用した部材は以下の通りです。

部材リスト
- Spresenseメインボード※1
- Spresense 拡張ボード※1
- SONY SPRESENSE用6軸加速度計・ジャイロスコープセンサ (BMI270) Addonボード
- 超極細 3535NeoPixel MiniテープLED 1m/60LED [9095]
- DAISO コンサート用デコうちわ（ハート、ブラック）
- DAISO ミニビニールケース
- 適当なユニバーサル基板
- 拡張ボードに5V3A給電可能な電源

※1 メインボードと拡張ボードはコンテスト運営様よりご提供いただきました。この場を借りて感謝申し上げます。

ピンアサインは以下の通りです。
こちらのNeoPixelの仕様を見て決めています。
電源については、Neopixelが3.3Vでは足りないので、拡張ボードから5Vを引いています。
信号についても、メインボードだと基準電圧が足りないので、拡張ボードから引いています。

実機はこんな感じになりました。

ユニバーサル基板を付けると、Addonボードで浮いてしまうので、Addonボード部分をくり抜いています。

LEDテープの端子をグルーガンで固定しました。

基板が完成したので、構築していきます。

DAISOで購入したうちわとケースです。

このケース、拡張ボード込みでほぼピッタリサイズです。
Spresenseを持ち運びするにはちょうどよいです。

うちわに貼り付けて完成です！

最後に、トランポリンに装着していきます。
１回、トランポリンの裏面に貼り付けようとしたのですが、相当な粘着力がないと厳しかったので、あきらめました。
そこで、クッションの上に置くことで、対応しました。
ローテクですが良い感じです。

コードはこちらに格納しています。
main.cppを以下に貼っておきます。

ポイント
- 加速度センサの値を取得するコードはAddonボードの販売者のexampleを利用しています。
- ジャンプのような躍動感を表現したかったので、シーケンシャルに光らせています。
- スレッドを利用し、ジャンプを検出したらシーケンシャルに光らせる関数を非同期で実行しています。


main.cpp
#include <SpresenseNeoPixel.h>
#include <BMI270_Arduino.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

const uint16_t PIN = 9;         // NeoPixelの信号線用のデジタルピン番号
const uint16_t NUM_PIXELS = 60; // NeoPixelのLEDの数
SpresenseNeoPixel<PIN, NUM_PIXELS> neopixel;

// IMUの設定
BMI270Class BMI270;

// 加速度のしきい値
const float JUMP_THRESHOLD = 12.0; // Z軸加速度のしきい値

// 不感時間（ミリ秒単位）
const unsigned long DEBOUNCE_TIME = 300; // ms
unsigned long lastJumpTime = 0;          // 最後にジャンプを検出した時間

// スレッドの引数用構造体
struct TaskParams
{
  uint8_t r;
  uint8_t g;
  uint8_t b;
  uint8_t activeLEDCount; // １回のジャンプで光らせるＬＥＤの数
  uint16_t speedDelay;    // 光の移動速度（ミリ秒単位）
};

// LEDの色のパレットを定義
const uint8_t colorPalette[][3] = {
    {255, 0, 0},     // 赤
    {0, 255, 0},     // 緑
    {0, 0, 255},     // 青
    {255, 255, 0},   // 黄
    {0, 255, 255},   // シアン
    {255, 0, 255},   // マゼンタ
    {255, 128, 0},   // オレンジ
    {128, 0, 255},   // パープル
    {0, 128, 255},   // 水色
    {255, 192, 203}, // ピンク (ライトピンク)
    {255, 105, 180}, // ホットピンク
    {255, 182, 193}  // ライトサーモンピンク
};

// パレットのサイズ
const size_t paletteSize = sizeof(colorPalette) / sizeof(colorPalette[0]);

// カウンター変数（現在の色のインデックス）
size_t currentIndex = 0;

// 順番に虹色を取得
void getColor(uint8_t &r, uint8_t &g, uint8_t &b)
{
  // 色を設定
  r = colorPalette[currentIndex][0];
  g = colorPalette[currentIndex][1];
  b = colorPalette[currentIndex][2];
  // インデックスを次に進める（範囲を超えたらリセット）
  currentIndex = (currentIndex + 1) % paletteSize;
}
// ハート型の中心から外側に光るシーケンス（非同期タスク）
void *lightUpHeartTask(void *parameters)
{
  TaskParams *params = (TaskParams *)parameters;
  uint8_t r = params->r;
  uint8_t g = params->g;
  uint8_t b = params->b;
  uint8_t activeLEDCount = params->activeLEDCount;
  uint16_t speedDelay = params->speedDelay;

  // LEDが60連結しているが、♡の中央上部から下部に向かってシーケンシャルに光らせたいので、LEDテープの真ん中から光らせる。
  uint8_t heartPattern[30][2] = {
      {29, 30}, {28, 31}, {27, 32}, {26, 33}, {25, 34}, {24, 35}, {23, 36}, {22, 37}, {21, 38}, {20, 39}, {19, 40}, {18, 41}, {17, 42}, {16, 43}, {15, 44}, {14, 45}, {13, 46}, {12, 47}, {11, 48}, {10, 49}, {9, 50}, {8, 51}, {7, 52}, {6, 53}, {5, 54}, {4, 55}, {3, 56}, {2, 57}, {1, 58}, {0, 59}};

  // 光る動作（上部から下部に広がる）
  for (int i = 0; i < 30 + activeLEDCount; i++)
  {
    for (int j = 0; j < activeLEDCount; j++)
    {
      int index = i - j; // 現在の位置から遡って点灯
      if (index >= 0 && index < 30)
      {
        neopixel.set(heartPattern[index][0], r, g, b);
        neopixel.set(heartPattern[index][1], r, g, b);
      }
    }

    // 消灯する処理
    if (i >= activeLEDCount)
    {
      int indexToTurnOff = i - activeLEDCount;
      if (indexToTurnOff < 30)
      {
        neopixel.set(heartPattern[indexToTurnOff][0], 0, 0, 0);
        neopixel.set(heartPattern[indexToTurnOff][1], 0, 0, 0);
      }
    }

    neopixel.show();
    // 光の移動速度を調整

    usleep(speedDelay * 1000);
  }

  // 最後の残りを消灯
  neopixel.set(heartPattern[29][0], 0, 0, 0);
  neopixel.set(heartPattern[29][1], 0, 0, 0);
  neopixel.show();

  delete params;
  return NULL;
}

void setup()
{
  // デバッグ用にシリアル通信を開始
  Serial.begin(115200);
  neopixel.clear();

  // IMUの初期化
  int8_t rslt = BMI270.begin(BMI270_I2C, BMI2_I2C_SEC_ADDR);
  BMI270.IMU_print_rslt(rslt);
  rslt = BMI270.IMU_configure_sensor();
  BMI270.IMU_print_rslt(rslt);

  Serial.println("Setup complete");
}

void loop()
{
  struct bmi2_sens_float sensor_data;
  int8_t rslt = BMI270.bmi2_get_sensor_float(&sensor_data);
  if (rslt == BMI2_OK)
  {
    float IMU_z = sensor_data.acc.z;
    Serial.printf("IMU_z: %f\n", IMU_z);

    // 現在の時刻を取得
    unsigned long currentTime = millis();

    // ジャンプ検出条件と不感時間の確認
    if (IMU_z > JUMP_THRESHOLD && (currentTime - lastJumpTime > DEBOUNCE_TIME))
    {
      // 最後にジャンプを検出した時間を更新
      lastJumpTime = currentTime;
      uint8_t r, g, b;
      getColor(r, g, b);

      // スレッドパラメータの設定
      TaskParams *params = new TaskParams{r, g, b, 5, 1};

      // 非同期スレッドの起動
      pthread_t thread;
      pthread_create(&thread, NULL, lightUpHeartTask, params);
      pthread_detach(thread); // メインスレッドから独立して実行
    }
  }

  delay(10); // センサー読み取り間隔
}