車があるかどうかを見ればいいのでは？

久々にModdoreの話です。

Moddoreは、その後も普通に使用しています。ドライブから帰ってきたときに、ガレージに邪魔なものがなくて、車をスムーズに入れられるのはかなり良いですね。Moddoreがなかったとしても、ガレージに入れる前に、車からちょっと降りて排気ガス排出ノズルアタッチメントを壁際まで手で戻せばいいだけのことなのですが、そのちょっとした一手間がないだけで快適に感じます。

ただし、しばらく使ってきて、ちょっと思ったことがあります。それは、ガレージ内でエンジンを掛けていて、いざ出発しようとなったときに、90秒後動作開始の指示(トリガー)を出すのに、リモコンのスイッチを押しているのが、なんか無駄だなあということです。

やりたいことはシンプルで、

・車がガレージにある間、マフラーエンドから排気ガスを排出する、

・ガレージから車がいなくなれば、元の位置に戻る、

という単純なロジックです。少なくとも、ガレージに車がなくなった(＝出発した)にも関わらず、排気ガス排出ノズルアタッチメントを元に戻さなくてよいということは起こりえません。

すなわち、ガレージに車があるかどうかを見ておき、車がなくなれば動作開始トリガーをONにすればいいだけです。そうすれば、スイッチの押し忘れや押し損ねのようなことも起こりえません。

そう思うと、なんか改造したくなってきますね。

なお、ガレージでエンジンを掛けていても、不測の事態でやっぱり出掛けるのをやめざるを得ないことは、もしかすると起こるかもしれません。なので、手動操作で動作開始トリガーを入れる機能は残しておいていいでしょう。したがって、今のModdoreに「車の有無検知トリガー機能」を追加すればいいということになります。

では、どうやって、車がいなくなったことを検知すればよいか？ですね。

すぐにパッと思いつくのは、私の家にも各所にある人感センサーですね。ガレージの照明も玄関の照明も外の照明も、人感センサーを使ったセンサーライトを使っています。

よくある人感センサーは、赤外線を使って温度変化を検知することで、人の"動き"を検出するものです。人と言いつつも熱を発する車にも反応しますので、「止まっていた車が動き出す」場面で使えば、出発したことを見つけられると思います。

しかし、人感センサーは広範囲のエリア内全体を検知するものなので、人と車の区別はつかず、出発前に車から降りてガレージ内を歩くようなことがあると、車が動き出したのと勘違いしてしまいます。それでは不十分ですね。

もっと特定的に、車だけを検知する必要があります。

何かセンサーを床に敷いてタイヤによる荷重を計るとか、車の下から金属の近接有無をチェックするとかの方法もあるかもしれませんが、余計なものをガレージの床に設置したくないので、それらもイマイチです。

天井か壁に固定カメラを付けて車のある場所を撮影し、車の有無を画像処理で判定するのもできそうですが、やりたいことに対してtoo much、機材が複雑で高くなりすぎます。

いろいろ考えると、ある場所からある方向の先にある対象物までの距離を測る距離センサーを使って、ガレージ壁近辺から車までの距離を測るのがちょうど良さそうです。計測した距離を二値化して、一定距離内にものがあるかどうかを判定すれば良いでしょう。有り無しがわかれば良いので、計測精度はそんなに必要なく、計測レンジさえあっていればおそらく十分です。

ということで、安価で使いやすそうな距離センサーにどんなものがあるのか調べてみました。

調べると言っても大したことをしたわけではなく、秋月電子をチェックしただけです。

実は私はほとんど利用したことがないのですけどね。電子工作をする人にとって「みんな大好き秋月電子」です。

距離センサーというカテゴリでいろいろ売っていますね。

ざっとみると、

(1) LEDとレンズを使って光線を出し、対象物に当たったスポット位置をPSDで測り、三角測量の原理で距離を出すもの

(2) 指向性の高い超音波を出して、反射音が返ってくるまでの時間を基に距離を出すもの

(3) 半導体垂直面発光レーザーを使って、反射光が返ってくるまでの時間を基に距離を出すもの

があります。いずれも数百円～千円ちょっとくらいで売っています。

出力形式から、(1)が使いやすそうかなと思います。センサの出力をどのように処理するのかによると思いますが、デジタルI/Fではなく、電圧によるアナログ出力が使いやすそうだからです(理由は後述)。

(1)の計測原理としては、こういう感じのものです。

PSD上でのスポット位置で奥行きがわかります。

このデバイスって、シャープが作っているんですね。そう言えば、うちの冷蔵庫はシャープ製で、前に人が立っていると話しかけてきます。冷蔵庫上部に小さい窓があってそこで人の有無を検知しているのですが、この距離センサーが使われているのかも知れませんね。

さて、測れる距離のレンジ違いでいくつかのモデルがあるようです。

上のGP2Y0A21YKだと、5cmくらいから80cmくらいまで、下のGP2Y0A710Kだと、50cmくらいから500cmくらいまでが測れるようです。

出力は距離に反比例(距離の逆数に比例)した電圧となるようです。最大値は3.3V以下ですね。

GP2Y0A21YK

GP2Y0A710K

Moddoreが設置してあるガレージの後ろの壁際にセンサを設置するとして、駐車中の車の後までの距離は1.1〜1.5mくらいです。

したがって、2m程度以内にものがあるかどうかを判定すれば良さそうです。それくらいの距離の感度が良いセンサーを選ぶとすると、GP2Y0A710Kですね。出力が1.8Vを超えるか否か辺りで判定すればちょうど良さそうです。

ということで、このセンサーを使って、車がいなくなったことを判定してトリガーをONにする回路を考えてみました。

まず、このセンサーの出力が最大3.3Vとなっているのは、3.3V駆動のマイコンにADコンバータを使って値を入力するようなことを想定しているためでしょう。マイコンに入力して、簡単なプログラムを書いて判定するというのが王道的なやり方かなぁと思います。PICマイコンでも十分でしょうし、Arduinoやラズパイを使ってもいいかも知れません。やったことはないんですけどね。

マイコンで処理すれば、値(距離)の推移を考慮して判定するようなことも柔軟にできるので、何か問題があったとしても、つぶしが効きそうでもあります。

でも、それだとちょっと違うなぁと思うわけです。

マイコンを使う電子工作にチャレンジしてみるのもいいなぁとも思うのですが、安いマイコンを使ったとしても、何だかんだ部品代も掛かりそうです。それなりに大仰なシステムにもなるでしょう。そして、もしマイコンを使うのだったら、この追加の「車の有無検知トリガー機能」だけではなくて、Moddoreの電気系の制御全般をマイコンでやりたくなります。マイコンがあるのに別のデジタル遅延タイマーを使うなんて無駄ですからね。かなりチグハグです。

なので、センサーのアナログ出力をアナログのまま使って、電子部品でディスクリートに回路を組んで処理するのがいいかなと思います。ICも使わずに。その方が、Moddoreの既存回路の設計にも合うかなと思うので。I/Fがアナログの方がいいというのもこれが理由です。

それで考えた回路がこちら。

う～む、小さくて見えないかも。割と、一生懸命考えました。

ざっくりと言えば、ディスクリートに組んだコンパレータ、ラッチ、遅延回路、NOR回路などから成っています。

ネットで勉強して、ICを使わなくても、コンパレータもラッチもトランジスタで組めることがわかり、それらをいろいろと組み合わせて回路を考えました。

今までとは違って、NPNトランジスタだけではなく、PNPトランジスタも使っています。NPNだけでも無理やり組めそうなのですが、やっぱり適材適所ですね。

少なくとも今日は詳細の説明をしませんが、コンパレータに付けたポテンシオメータ(3端子の可変抵抗器)を使って、有り無しを判定する距離の閾値と、車がいなくなった継続時間とを調整できるように設計してみました。

（需要がなさそうな気もしますが、おいおい回路の説明なんかも、気が向いたらするかもしれません。）

また、一応、KiCadを使って、設計と同時に電子回路のシミュレーションができるようになったので、シミュレーションしまくりながら設計しています。

こちらも詳細は説明しませんが、車が出ていくところを想像して距離センサーの出力値波形を作り(橙)、車がいなくなったとき(≒電圧が安定して下がったとき)にトリガーが出力できることまで確認できました。

シミュレーションがちゃんとできると、実物が影も形もないのに、なんかもうできた気になりますね。試行錯誤しながら回路を考えて結果が思った通りになると、それがゴールでもいいような錯覚を覚えます。まったく何にもないのにね。

さて、部品はまだ買ってもいないし、ユニバーサル基板で作るのも大変そうだし、ホントに作る必要があるのかと自問すればその必要性は低いし(^^;、まだどうするか何も決めていませんが、355にドラレコを設置した後に、どうしようか考えようかなと思います。

《つづく‥‥のか!?》

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