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。

4.6.1 フロー図

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。

内部構造:

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。

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。

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。

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！

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。

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。

Servoは15msごとに1°回転し、180°から80°まで動きます。

完全なコード：

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

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！

4.6.3 超音波センサー

説明:

回路図:

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:

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。

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）。

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！