ソフトを作成して、どきどきウチワが完成

電子工作入門：4 of 4

電子工作「どきどきウチワ」の最終回。心拍に合わせてサーボモータを動かすソフトウェア（プログラム）を作成して完成です。今年の夏は、これで快適！

前回の連載では、「どきどきウチワ」のハードウェアを組み立てました。このハードウェアを動かす、ソフトウェア（プログラム）を作成しましょう。必要な動作は、心拍センサで「どきどき」を検出して、それに合わせてサーボモータを制御することです。この場合の制御とは、「ドックン」という心拍一回に合わせて、ウチワで「パタッ」と一回あおぐことです。

ウチワであおぐ（風をおくる）ためには、サーボモータを、ある角度動かして、もう一度反対方向に同じ角度を動かします。今回の工作では小型のサーボモータを使用しているので、無理のないように、動かす角度を30度とします。サーボモータの仕様を調べると、30度動くのに約0.1秒かかるようです。

ここで、心拍センサの出力（図1）を見てみましょう。上は平常時の心拍、下が軽い運動後（ドキドキ時）の心拍です。どちらも、出力は、高い電圧を短時間保ち、続いて比較的長時間の低い電圧の区間があります。山と谷のイメージですね。高い電圧の区間（山）をR区間、低い電圧の区間（谷）を非R区間と呼ぶことにしましょう。

心拍に合わせてウチワを振るために、R区間にサーボモータを30度回転させ、非R区間になったら30度戻す制御を行うことにします。

図1：平常時（上）とどきどき時（下）の心拍データ

センサからの出力は、「GR-SAKURA」のマイコンに搭載されているA/D変換器に入力されます。この入力が、ある数値より大きければR区間と判断して、ウチワを動かすための指令をサーボモータに送ります。プログラムの中で、この値は「R_HEIGHT」という定数で定義しています。一方、非R区間は先ほどの値「R_HEIGHT」よりも小さな値が得られた時、とします。ここで反対向きにウチワを動かす指令を出します。

R区間か非R区間かを見分けることでウチワは動きますが、少し工夫を加えましょう。ある向きにウチワを振ったら、目的の角度になる（＝サーボモータが動き終わる）までに約0.1秒が必要です。ウチワを振っている最中に、逆の動作の指令が出ないように、ウチワを振り始めたら（＝サーボモータを動かし始めたら）、0.1秒間は「何もしない」時間を設けることにしましょう。

「GR-SAKURA」では、Webコンパイラを使って簡単にプログラミングを行います。最初に、「HeartBeatFan」という名前で新しいプロジェクトを作りましょう。本連載の第2回目の「ついにGR-SAKURAを起動！～次に、クラウド環境にあるWebコンパイラを準備」の章を参考にして下さい。

続いて、「GR-SAKURA」に用意されている、サーボモータを動かすためのプログラム（ライブラリ）をインポートします。Webコンパイラの上部メニューの「ライブラリ」をクリックし、選択画面から「gr_sakura_servoライブラリ」を選択してインポートします（図3）。これだけの作業で、プログラム（ソースコード）をコンパイルする時に、サーボモータのライブラリがリンクされ、一体化したプログラム（オブジェクトコード）が完成します。「GR-SAKURA」には、他にもさまざまなライブラリが用意されているので、とっても便利です。

図3：サーボモータのライブラリを簡単にインポートする

では、プログラミングを進めましょう。Webコンパイラの画面左側部分にある「gr_sketch.cpp」をクリックします。すると図4のような画面になるはずです。

その後は順番に、

• (1) 「GR-SAKURA」をUSBケーブルでパソコンとつなぐ（←「GR-SAKURA」へ電源が供給される）
• (2) ブレッドボードに電池ボックスからのバッテリースナップをつなぐ（←ブレッドボードへ電源が供給される）

ここでは、ブレッドボードから電源が供給されているサーボモータの誤動作を防ぐために、「GR-SAKURA」の電源を先に入れるようにします。電源供給は制御するコンピュータ（「GR-SAKURA」）を先に、周辺機器（今回はブレッドボードやサーボモータ）を後にして、安全に工作を楽しみましょう。

次に、パソコンにダウンロードした「sketch.bin」ファイルを、ドライブとして見えている「GR-SAKURA」にドラッグします。LEDが消灯し、サーボモータが動けば成功です。ここで、指先に心拍センサを付けましょう。マジックテープを強く結ぶよりも、「センサに余分な光を入れないために巻く」といった軽い巻き方の方が反応が良いようです。

指先にセンサを取り付け、ウチワの場所（サーボモータを固定）が決まったら、青ボタンを1回押します。心拍に合わせてLEDが光り、ウチワが爽やかな風を送ってくれるでしょう！

動作を停止するには、「GR-SAKURA」の赤ボタンを押します。ブレッドボードに供給している電源を抜き、次いで「GR-SAKURA」のUSBケーブルを抜けば、停止作業完了です。停止の際は、電源供給の時とは逆で、周辺機器の電源を先に切ります。

「GR-SAKURA」ではプログラムのことをスケッチと呼び、起動時に一度だけ呼ばれる関数「setup()」と、自動的に繰り返し呼ばれる関数「loop()」で構成します。

プログラムのヒント（1）

「setup()」では、入出力に使うポートの設定、A/D変換器の入力電圧範囲の設定などを行います。今回は、心拍に合わせてLEDも光らせるので、出力先に「LED0」、動作開始を青ボタン（スイッチ）で知らせるため「PIN＿SW」からの入力を宣言しています。そして、サーボモータをスタート位置（75度）にして待機します。青ボタンを押すとプログラムがその先に進むように、青ボタンの値を監視するループが入れてあります。

プログラムのヒント（2）

「loop()」では、心拍を見つけ、ウチワを動かす処理を行います。ここでは2つの関数を使います。一つ目はR区間を見つける「rPulseDetect()」、もう一つは非R区間を見つける「nonRDetect()」です。それぞれの関数は、目的の区間（R区間または非R区間）を見つけると、見つけるまでに掛かったおおよその時間「msec」を返します。戻り値を受けた後、「fanservo.write()」処理でサーボモータを振り、その後一定時間の停止を「delay()」関数で行います。

1. 必要な機能を考えよう！
2. 見て、 触って、準備しよう！
3. いよいよハードを組み立てよう！
4. ソフトを作成して、どきどきウチワが完成