自動開閉ゴミ箱作ってみた。 第2話 「手をかざすだけで開閉するゴミ箱ってこう動くんです！」

こんにちは、たまちゃんです。前回の記事で、「手をかざすと自動で開閉するごみ箱」を製作することに決めました！

ではさっそく、自動開閉ゴミ箱がどのような構造になっているか見ていきましょう。

手をかざすと反応するセンサー

手をかざしたことを検知してくれるセンサーとして、Parallax社の赤外線センサーを用いました。このセンサーは約90°の検知が可能なので、ゴミ箱に手をかざしたときに、バッチリ検知してくれます！

図1. 赤外線センサーについて

ふたの開け閉めはどう行っているの？

モーター&モータードライバー

ふたの開け閉めはモーターで行います。しかし、マイコンの入出力ポートは、モーターを直接駆動できるほどのドライブ能力がないことが多いです。

そこで、マイコンとモーターの間にはモータードライバーを配置するのが一般的なんです！

今回は、Texas Instruments社（以下、TI社）のモータードライバーDRV8870EVMを使用しました。

モータードライバーとマイコンを接続して、マイコンからモータードライバーへ指示をすることでモーターを制御します。どのように指示するかを、表1に記載しています。

 

IN1	IN2	DESCRIPTION
0	0	ストップ
0	1	反転
1	0	正転
1	1	ブレーキ

表1: モータードライバーの制御方法

表1のIN1、IN2はそれぞれモータードライバーの入力、つまりマイコンの出力です。

今回、ふたを開けるときは正転、閉めるときは反転、ふたを動かしていないときはブレーキに該当するIN1, IN2をモータードライバに入力して制御を行います。

開け閉めの範囲はどうやって決めてるの？

『なるほど、マイコンと、モーター&モータードライバーでふたを回すんだ！』

しかし、ここで一つ問題が出てきました。

今、マイコンは「ふたが開いている、閉まっている」などの、ふたの位置情報は持っていません。つまり、もしふたが半分開いた状態でスタートしたりすると、変な制御になってしまいます。ということで、今ふたが閉まっているか、開いているかを外部から監視してマイコンに教えてあげるセンサーが必要になります。

そこで活躍するのが「フォトセンサー」です！

図2のような形のフォトセンサーは、特に透過型フォトセンサーと呼ばれます。発光素子が発する光を直接受光素子に当たるように双方の素子が向かい合う構造になっていて、間に空間部分があります。

図2: フォトセンサーとゴミ箱のふたの関係

今回は、ふたが光を遮ることで発生する信号の変化を読み取り、「ふたが今閉まったorふたが今開いた」とマイコン側に知らせてくれます。フォトセンサーを図3のように配置することで、ふたの開閉を検知する判定が可能になります。

図3: ゴミ箱を上からみたとき

ソフト設計

『ゴミ箱の開閉方法とかハードの設計はわかったけど、じゃあソフトはどう設計するの？』

そのソフト開発を行う際に必要なものは状態遷移図になります。状態遷移図とは、設計するうえでマイコン側が、今どういう状態になっていてその時に入ってくる信号によって、どのような処理を行うかを判断するのにとても重要なものです。今回のごみ箱の状態遷移図を想定したものが、図4となります。

今回の想定されるモードとしては⓪~⑤までの５つのモードがあります。

図4: 状態遷移図

まずは電源を付けると、⓪初期化を行います。ここではディスプレイに表示させる日時の設定を、ボタンを使って設定します。その後、①待機モードに移行します。待機モードはずっとふたが閉まった状態です。基本的に、ふたが開閉を行っていないときは、この①待機モードで待機しています。

手をかざした時のみ、ふたが開かないとものすごく不便ですよね。ということで、②ゴミ交換モードを作りました！OPENボタンを押すと②ゴミ交換モードに移行します。ゴミの交換が終わるまではずっとふたを開いたままにします。CLOSEボタンを押すと④CLOSEモードに移行して①待機モードに戻ります。

①待機モードで手をかざしたときは、OPENモードに移行してふたが開きます。3秒後に、④CLOSEモードに移行して①待機モードに戻ります。

最後に、⑤ゴミの日通知モードです。

月曜日の朝7時にゴミの日をブザーとゴミ箱に取り付けるディスプレイの表示で通知してくれます。これでゴミの日を忘れることもないですね！！ ⑤ゴミの日通知モードで知らせてくれたら、①待機モードに戻ります。

次回予告

次回は実際に製作にとりかかるのですが、そこには様々な壁が立ちはだかります。

では、３話お楽しみに～！

 

自動開閉ゴミ箱作ってみた。

第1話 「何を作ろう？そもそもマイコンって何ができるの。」