【授業☆しょ~かい 】『IoT不法侵入者警戒システム』をつくろう!~ スマホから遠隔操作~ 電子技術科(都留キャンパス)No.170

2020年02月12日

こんにちは。あんどくんです。
電子技術科をPRしているよ!
みんな、令和2年もリアルに応援よろしくね (*´ω`)/
今日、令和2年2月6日(木)は、3,4限に2年生の『通信工学実習』におじゃましたんだ。この授業では『IoT不法侵入者警戒システム』をつくるために、これに必要な技術を基礎から学んでいるんだよ。

まずは、前回『 IoT化』した『 不法侵入者警戒システム 』(インターネット接続版) を起動させて、動作原理を復習することになったんだ。

 

このシステムでは『リードスイッチ』と『磁石』をセンサとして、引戸に仕掛けているんだよ。下の写真みたいに『リードスイッチ』でスイッチ回路を構成すると、引戸が閉まっているときが 0V (LOW) で、開いているときは 3.3V (HI) の電圧が出力されるんだ。この信号は、デジタル信号なので『ラズパイ』のGPIOポートに直接入力できるんだよ。

 

前回作成したプログラムを実行すると、引戸が閉まってるときは『青色』のが、不法侵入があって、引戸がらひらくと『赤色』のが、グラフィッカルに表示されるんだ。

 

ここで『ラズパイ』がWiFiで無線LANにつながっていることを確認して『VNCサーバ』を立ち上げたんだ。

 

つぎに『スマホ』もWiFiで無線LANにつながっていることを確認して『スマホ』の『VNCビューア』 を立ち上げたんだよ。 ここで『VNCビューア』 で 『VNCサーバ』にリモートログインしたんだ。そうすると『スマホ』に『ラズパイ』のデスクトップが表示されるんだ。

 

なので『スマホ』をつかって、 遠くはなれた場所から、引戸の状態を『モニタリング』できるんだよ。
引戸が閉まってるときは『青色』ので・・・

 

不法侵入があって、引戸がらひらくと『赤色』のが表示されるんだったね!
もちろん、この『VNC』の技術を使えば『遠隔操作』だってできるんだよ。

 

ここで 『VNC』について、南湖 准教授から説明があったんだ。
VNC (Virtual Network Computing) 』っていうのは、コンピュータ (ラズパイ) のデスクトップに、リモートアクセスするための規格のことなんだよ。

 

つぎに『VNC』の構造について説明があったんだ。
PC (ラズパイ) 』上で『VNCサーバを立ち上げて・・・

 

これに『モバイル端末 (スマホ等) 』の『VNCビューア』で インターネットを介してリモートアクセスする構造なんだ。

 

このあと、引戸の状態をグラフィカルに表示する『ラズパイ』のプログラムについての説明があったんだよ。

 

パイソン言語』にはグラフィクの機能はないんだけど『tkinter』っていうライブラリをインポートすると、 グラフィクの機能が使えるようになるんだよ。

 

プログラム中の『tkinter』 の命令による、ウインドウの表示方法について説明しているとこだよ。

 

ここで『ラズパイ』のモニタに『ボタン』を表示して、LEDを点灯/消灯させるプログラムを入力したんだ。

 

プログラムを実行すると、下の写真みたいに『ラズパイ』のモニタに『ボタン』が表示されたんだ。

 

もちろん『スマホ』の画面にも『ボタン』が表示されたんだよ。

 

ラズパイ』のGPIOポートにLEDを接続して、『スマホ』の『ボタン』を押すとLEDが点灯/消灯したんだ。
いまは、LEDの近くで『スマホ』を操作したけど、インターネットに接続さえできれば、どこからでもLEDを『遠隔操作』できるんだよ。

 

こんどは、LEDの明るさを操作するプログラムをつくることになったんだ。 この授業でも前に学んだように、LEDの明るさは、PWM を使うと簡単に変えられるんだよ。
一定周期のパルス電圧 (0V-3.3V) をLEDに加えると、3.3V のときの時間幅が、0V のときの時間幅より長いときは、平均電圧が高くなるんで、LEDが明るく光るんだ。これとは逆に、0V のときの時間幅が長いときは 、平均電圧が低くなるので、LEDが暗くなるんだ。

 

周期に対する 3.3V の時間幅の比を『デューティ比』っていうんだ。 ちなみに『デューティ比』が 0% のときは 0V の直流電圧、50 % のときは 3.3V0V の時間幅が等しいパルス電圧、100% のときは 3.3V の直流電圧になるんだよ。このように『デューティ比』を変化させて使用するパルス信号を『PWM信号』っていうんだ。

 

今度は、LEDを接続した GPIO ポートから、『PWM信号』を出力するんだ。
この信号の『デューティ比』を、ラズパイの画面に表示した『スライダ』で 0% から 100% まで変化させるんだよ。

 

このプログラムコードを入力して実行すると・・・
スライダ』をスライドさせると LEDの明るさが連続的に変化したよ 。もちろん『スマホ』の画面からも操作できたんだよ。

 

ここで、このプログラムコードについての説明があったんだよ。

 

最後にLEDを、下の写真の『サーボモータ』に付け替えて、スマホから遠隔操作することになったんだ。
サーボモータ』は、『PWM信号』を加えて動かすんだよ。普通のモータと違って、ぐるぐると回転するんじゃないんだよ。『PWM信号』の 『デューティ比』で、回転角がきまるんだ。

 

こんな風に『デューティ比』が 5% のとき、 左側に最大回転角、30% のとき 右側に最大回転角となるんだよ。

 

LEDの明るさを変えるプログラムで『スライダ』の数値範囲を 5 ~ 30 までに書き換えて実行すると・・・
スライダ』をスライドさせると『サーボモータ』 の回転角が連続的に変化したよ。

 

スマホの画面からも 『スライ』で『サーボモータ』を操作できたよ!

と、授業はここで。

ここで、これまでの授業をふりかえって『できるようになったこと』をまとめたんだよ。

  1. スマホから遠隔操作できるようになった。
  2. 『ラズパイ』の GPIOポートで、デジタル信号の入出力ができるようになった。
  3. ADコンバータとシリアル通信を使って、アナログ信号を『ラズパイ』に入力できるようになった。
  4. PWM信号を使えるようになった。

 

 

これらを組み合わせた『IoT』の技術を使って、いろんな分野で、いろんなことができるんだよ。

 

次回は『IoT』の技術を『植物栽培』に応用する予定だよ!

 

今日はここまで。
電車』で帰るよ≡3

 

みんな、今日も1日おつかれさま☆彡
次回は『IoT』の技術を『植物栽培』に応用する予定だよ!
今日も『産短大の毎日』をみてくれてありがとう!
また、明日からがんばろっ٩( ‘ω’ )و

それじゃ ≡3 ≡3 ≡3

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