動作検出、方向、速度、高さ

赤外線の反射を利用した非接触空間センサーで、手の動き、方向、高さを検出しテープLED、NeoPixelで表示するシステムを創りました。AIカメラより速く３次元で検出する世界でも珍しい動作検出システムについて解説します。
website 動作検出システム Arduino Nano Every(https://interactive-hand-sensor.com/root/motion-detection-arduino-nano-every)

ここに動画が表示されます

原理は赤外線の反射です。約1.2mS毎に出る８個の距離データを分析しています。赤外線LEDを瞬間的に強く発光させ反射光の強さをADコンバータで数値化しています。
参考記事：スイッチングフォトリフレクタ（非接触空間センサー）(https://elchika.com/article/b6785113-f812-4b39-bf32-891fa1cc0da1/)

双方向ハンドセンサーの接続はこちらArduino Nano Every Example(https://interactive-hand-sensor.com/root/arduino-nano-every-example)
カラーLEDはNeoPixel(https://www.switch-science.com/catalog/1861/)を使っています。

センサーの距離データ最大値が基準値を超えると、その最大値とそのインデックス（センサー番号）を配列に保存していきます。最大値が基準値以下になると配列の情報から速度、長さ、色を計算し、テープLED NeoPixelを回します。

遅延時間（１／速度）：配列長さ✕定数　／（インデックス最大値ーインデックス最小値））
長さ　　　　　　　　：インデックス最大値ーインデックス最小値
色　　　　　　　　　：距離データ最大値の平均→６段階の色に変換


IHS11_Nano_Every_Motion.ino
#include "CLED.h"
#include "MotionNeoPixel.h"
#include <SPI.h>

Sensor sensor(0);               // 40:smaller -> high sense
CLED cled(0);                   // IHSxx
MotionNeoPixel mt;
NeoPixel np(1);                 // D1 or TX:NeoPixel
// ************************** setup ********************************
void setup() {
  Serial.begin(57600);
  sensor.init();
  cled.set(5);                 // init blink
  np.clr();
  delay(2000);
}

// *************************** loop ********************************
void loop() {
  sensor.setAd();
  if (mt.exec(sensor)) {
    // mt.pm.print();
    np.drift(mt.pm);
  }
}


MotionNeoPixel.cpp
#include "MotionNeoPixel.h"

int getMaxIdx(int* ary) {
    int rev = 0;
    int Idx = 0;
    for (int i=0; i<COL_LEN; i++) {
        if (ary[i] > rev) {
            rev = ary[i];                   // max Value
            Idx = i;                        // max Index
        }
    }
    return Idx;
}

int ad2val(int ad) {  // div6 true:1~6 false:1~12
    int cri[NEO_CRI_LEN] = {450,700,850,1200,1650,1950};
	for (int i = 0; i < NEO_CRI_LEN; i++)
		if (ad < cri[i]) return i;
	return NEO_CRI_LEN;
}

template <class X> void Sprint(X out, int lf = 0) {
    Serial.print(out);
    Serial.print(", ");
    if (lf)
        Serial.println("");
}
// ******************* class MotionNeoPixel ******************
MotionNeoPixel::MotionNeoPixel(){
    init();
}

void MotionNeoPixel::init() {
    isOn = false;
    idx = 0;
}

bool MotionNeoPixel::exec(Sensor& sen) {
    const int CRI = 300;                    // criteria
    sen.getColAd(adVal);                    // get sensing data
    int max_idx = getMaxIdx(adVal);
    bool isBig = (adVal[max_idx] >= CRI);   // max Value >= CRI
    if (isBig) {                            // continue                    
        isOn = true;                        // starting
        copy2Ary(max_idx);
    } else if (isOn) {                      // stopping
        return result();
    } 
    return false;
}

void MotionNeoPixel::copy2Ary(int max_idx) {
    maxAd[idx] = adVal[max_idx];            // max Value
    maxIdx[idx] = max_idx;                  // max Index
    if (idx < ARY_SIZE)
        idx++;
}

bool MotionNeoPixel::result() {             // direction length delay(ms) RGB
    int plus = 0;
    int minus = 0;
    for (int k=1;k<idx;k++) {
        int delt = maxIdx[k] - maxIdx[k - 1];
        if (delt > 0)
            plus++;
        else if (delt < 0)
            minus++;
    }
    bool dir = (plus > minus);               // direction true: Cw
    int deltIdx = maxIdx[idx - 1] - maxIdx[0];
    if (deltIdx < 0)
        deltIdx *= (-1);
    bool isEdge = (deltIdx==0) && ((maxIdx[idx - 1] == 7) || (maxIdx[idx - 1] == 0));
    if (isEdge) {
        deltIdx = 2;
        dir = (maxIdx[0] == 0);
    }
    if ((idx <= 2) || (deltIdx==0)) {
        init();
        return false;
    }
    int len = deltIdx;
    const int RATIO = 2;
    int waitMs = idx * RATIO / deltIdx;
    int color = ad2val(getAvg(maxAd));
    pm.set(dir, waitMs, len, color);
    init();
    return true;
}

int MotionNeoPixel::getAvg(int* ary) {
    long addVal = 0;
    for (int i=0; i<idx; i++) {
        addVal += ary[i];
    }
    return addVal / idx;
}


MotionNeoPixel.h
#ifndef MOTION_NEOPIXEL_H
#define MOTION_NEOPIXEL_H
#include "Sensor.h"
#include "NeoPixel.h"

class MotionNeoPixel {
	public:
        MotionNeoPixel();
        bool exec(Sensor& sen);
        Param pm;

    private:
        static const int ARY_SIZE = 1024;
        int maxAd[ARY_SIZE];
        int maxIdx[ARY_SIZE];
        int adVal[COL_LEN];
        bool isOn;
        int idx;                // 0 ~ ARY_SIZE
        void init();
        void copy2Ary(int max_idx);
        bool result();
        int getAvg(int* ary);
};

#endif


NeoPixel.cpp
#include "NeoPixel.h"
NeoPixel::NeoPixel(uint16_t pin) : pixels(NUMPIXELS, pin, NEO_GRB + NEO_KHZ800) {
	#if defined(__AVR_ATtiny85__) && (F_CPU == 16000000)
		clock_prescale_set(clock_div_1);
	#endif
	pixels.begin(); 				// INITIALIZE NeoPixel strip object (REQUIRED)
}

void NeoPixel::drift(int idx) {
	idx = idx % NUMPIXELS;
	pixels.clear();
	pixels.setPixelColor(idx, pixels.Color(150, 150, 0));
	pixels.show();					// Send the updated pixel colors to the hardware.
}

void NeoPixel::drift(Param& p) {
	int delta = 0;
	for (int i = 0; i < NUMPIXELS+p.len; i++) {
		pixels.clear();
		int idx = (p.isCw) ? i : -i;
		if (i >= NUMPIXELS)
			delta++;
		for (int k = 0; k < p.len - delta; k++) {
			int m = (idx + NUMPIXELS +((p.isCw) ? -k : k)) % NUMPIXELS;
			pixels.setPixelColor(m, pixels.Color(p.r(), p.g(), p.b()));
		}
		pixels.show();   			// Send the updated pixel colors to the hardware.
		delay(p.mSec);
	}
}

 void NeoPixel::clr() {
	pixels.clear();
	pixels.show();
 }


NeoPixel.h
#ifndef NEO_PIXEL
#define NEO_PIXEL
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#ifdef __AVR__
  #include <avr/power.h> // Required for 16 MHz Adafruit Trinket
#endif

const int NUMPIXELS = 60;	                    // NeoPixel ring size
const int NEO_CRI_LEN = 6;

struct Param {
	bool isCw;				                          // direction
	int mSec; 				                          // delay(mS)
	int len;				                            // length
  int colIdx;

  const int ColorAry[NEO_CRI_LEN][3] = {
      {255,0,0},                              // Red
      {100,100,0},                            // Yellow
      {0,255,0},                              // Green
      {0,100,100},                            // light blue
      {0,0,255},                              // blue
      {150,0,50}                             // purple
  };
	uint8_t r() {return ColorAry[colIdx-1][0];}	  // Red
	uint8_t g() {return ColorAry[colIdx-1][1];}		// Green
	uint8_t b() {return ColorAry[colIdx-1][2];}	  // Blue
  void set(bool cw, int ms, int le, int col) {
    isCw = cw;
    mSec = ms;
    len = le;
    colIdx = col;
  }
  void print() {
    int ary[4] = {isCw, mSec, len, colIdx};
    for (int i=0; i<8; i++) {
      if (i % 2)
        Serial.print(", ");
      else {
        Serial.print(ary[i >> 1]);
      }
    }
    Serial.println("");
  }
};

class NeoPixel {
  public:
    NeoPixel(uint16_t pin);
    void drift(int idx);
    void drift(Param& p);
    void clr();

  private:
    Adafruit_NeoPixel pixels;
};
#endif

双方向ハンドセンサーは約２年前に開発し発売しました。現在まであまり売れていませんが、電機産業が総崩れとなりつつある現状でこのような世界でも珍しいセンサーが突破口となる期待をこめて投稿しました。一人で開発しましたが今まで品質問題など致命的な問題がありません。特許は取らず、回路図、ソフトウェアはユーザーガイド(https://interactive-hand-sensor.com/root/user-guide)から公開しています。動作検出の他、非接触スイッチ、非接触タッチパネル、動的展示、侵入検知、マウスなど応用範囲が広く清潔です。世界に売れる現代的な製品を創りたい。みなさんも協力してもらえませんか。

双方向ハンドセンサーwebsite：https://interactive-hand-sensor.com/root/
双方向ハンドセンサー発売中：https://www.switch-science.com/catalog/6495/

download(双方向ハンドセンサーArduino Nano Every Example)：https://drive.google.com/drive/folders/1apqLGDlBQQrGnEpgINgA0En2ZdTqqJnb
download(動作検出システム Arduino Nano Every)：https://drive.google.com/drive/folders/1nEYjUnJgwbNl6JxprOL8BeTMk-m_75uz
Instagram：https://www.instagram.com/3duilab/?hl=ja
ツイッター：https://twitter.com/TakahiroMaeda3

3duilab

赤外線フォトリフレクタを利用した次世代の非接触空間センサー「双方向ハンドセンサー」を開発しています。電子回路と組込みソフトウェアのエンジニアです。事故で指先を失いました（冬山で凍傷になって）😁 動画まとめ　https://imgur.com/user/3duilab/posts　 website　https://interactive-hand-sensor.com/root/