### 4.6 プロジェクト：スマート給餌システム


このプロジェクトでは、超音波モジュールが動物が給餌エリアにいるかどうかを検出し、Servoが自動的に家禽用の給餌箱を開きます。さらに、IoTを組み込むことで、このような給餌システムのリモート監視が可能になり、非常に便利になります。

全体として、自動化とリモート操作により、このシステムの給餌プロセスが最適化されます。

![img](../media/cout6.png)

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#### 4.6.1 フロー図


![image-20230607085516167](../media/image-20230607085516167.png)

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#### 4.6.2 Servo


**説明:**

**Servo**は、**RC Servo Device**とも呼ばれ、フィードバック付きのモーターです。一般的に、Servoは正確な位置制御と高いトルクを出力し、ロボットプロジェクト、RCカー、飛行機、航空機で最もよく使用されます。

![img](../media/cou64.png)

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**内部構造:**

![img](../media/cou61.png)

-  ① Signal(S): マイクロコントローラーからの制御信号を受信します。
-  ② Potentiometer: Servoのフィードバック部分。出力軸の位置を測定します。
-  ③ Embedded board (Internal controller): Servoのコア。外部制御信号と位置のフィードバック信号を処理し、Servoを駆動します。
-  ④ DC motor: 実行部分。速度、トルク、位置を出力します。
-  ⑤ Gear system: モーターからの出力を、特定の伝達比に応じて最終出力角度にスケーリングします。

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**Servoの駆動:**

Signal(S)はPWMを受信してServoの出力を制御し、**出力軸の位置はPWMのデューティサイクルに直接依存します**。

例えば：

-  パルス幅1.5msの信号をServoに送ると、その軸（ホーン）は中央位置（90°）に回転します。
-  パルス幅が`0.5ms`の場合、軸は最小（0°）に回転します。
-  パルス幅が`2.5ms`の場合、軸は最大（180°）に回転します。

**注：最大角度はServoの種類によって異なります。170°のものもあれば、90°のものもあります。それにもかかわらず、Servoは通常、パルス幅1.5msの信号を受信すると、半分（最大値の）動きます。**

![img](../media/cou62.png)

Servoの周期は通常20msで、`50Hz`の周波数でパルスを生成します。ほとんどのServoは40〜200Hzで正常に動作します。

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**配線図:**

**Servoをio26に接続します。**

**注意：黄色をS（信号）、赤をV（電源）、黒をGNDに接続してください。逆に接続しないでください！**

![img](../media/couj61.png)

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**テストコード:**

-  シリアルポートを初期化し、変数**item**を80で定義します。

![img](../media/st78.png)

-  **item**をServoの角度80°から180°に設定し、15msごとに1°回転させます。

![img](../media/st79.png)

-  Servoは15msごとに1°回転し、180°から80°まで動きます。

![img](../media/st80.png)

完全なコード：

![img](../media/st81.png)

**テスト結果:**

給餌箱はゆっくりと開閉し、制御可能です。

**注：SG90サーボは180°回転できます。給餌箱が小さいため、100°の
回転で箱を完全に閉じるのに十分です。**

-  80°：全開
-  120°：半開
-  180°：閉じる

![img](../media/cou63.gif)

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**注意**

**指を箱に入れないでください。挟まれる可能性があります！**

**Servoを損傷する可能性があるため、ドアを物で塞がないでください！**

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#### 4.6.3 超音波センサー


**説明:**

![img](../media/cou65.png)

**回路図:**

![img](../media/couy61.png)

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人間が聞くことができる音波の周波数は20Hz〜20KHzですが、超音波はその範囲を超えています。

**超音波:**

![img](../media/cou66.png)

超音波モジュールは、圧電効果によって電気と超音波を相互に変換し、超音波を送受信します。

この種の波は、指向性、強い透過性、音響エネルギーの集中が容易という特徴があります。

![img](../media/cou67.png)

この超音波測距システムでは、まずMCU（ESP32開発ボード）で40KHzのオリジナル方形波を生成し、超音波モジュールを駆動してそれを放出するようにプログラムします。すぐに、モジュールは増幅および整形された反射波（Echo）を受信した後、物体までの距離を計算します。ここで、放出と反射の持続時間を記録し、時間差に基づいて距離を計算します。

簡単に言えば、MCUはモジュールを制御して超音波を放出し、それが障害物に遭遇した後に跳ね返ってモジュールによって受信されます。それらの間の時間差は、距離を計算する上で重要な要素です（空気中の音速は340m/sです）。

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**配線図:**

**超音波モジュールのEchoをio13に、Trigをio12に接続します。**

**注意：黄色をS（信号）、赤をV（電源）に接続してください。逆に接続しないでください！**

![img](../media/couj62.png)

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**テストコード:**

正しいピンを設定します：Trigをピンio12に、Echoをピンio13に。

![img](../media/st83.png)

**テスト結果:**

このキットでは、検出範囲は3〜8cm以内です。

シリアルモニターを開いて観察します。

![img](../media/st82.png)

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#### 4.6.4 スマート給餌システム


**説明:**

スマート給餌システムは、超音波モジュールとサーボを介して家禽にインテリジェントに給餌します。前者は動物までの距離を検出し、後者は給餌箱の開閉を制御します。ペットが箱の近くで検出されると、サーボが箱を開けて給餌します。

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**配線図:**

**超音波モジュールのEchoをio13に、Trigをio12に接続します。サーボをio26に接続します。**

**注意：黄色をS（信号）、赤をV（電源）、黒をGNDに接続してください。逆に接続しないでください！**

![img](../media/couj63.png)

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**テストコード:**

コードフロー：

![img](../media/flo6.png)

コード：

-  シリアルポートを初期化します。変数を定義し、180を割り当てます。

![img](../media/st84.png)

-  ピンを正しく設定し、受信した値を表示します。

![img](../media/st85.png)

-  検出された距離値を判断します。2cm〜7cm以内であれば、給餌箱が開きます。

![img](../media/st86.png)

完全なコード：

![img](../media/st87.png)

**テスト結果:**

動物が検出されると、給餌箱が開きます。

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**注意**

**指を箱に入れないでください。挟まれる可能性があります！**

**Servoを損傷する可能性があるため、ドアを物で塞がないでください！**

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#### 4.6.5 FAQ


Q: Servoが動作しません。

A: 底板を取り付ける際に、Servo自体またはワイヤーが引っかかっている可能性があります。取り付ける前に、Servoをまず180°に調整してください。方法については、取り付けガイドを参照してください。

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Q: 検出距離が不正確です。

A: 検出する際は、送信ヘッドから測定してください。このモジュールは高精度検出器ではないため、誤差が生じる可能性があります。

![img](../media/cou69.png)

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