【プログラミング教育研究-11】ふりこカウンター:明るさ受取とカウント

皆さんこんにちは。もはやお馴染みUGOKのやねこ🐈です。

日付を見て11月が死んだことを知り軽く絶望しました。なぜ死んだ

失っても失っても生きていくしかないので、己を鼓舞しながら研究頑張ります……！(息をするように鬼滅ネタ)

さて、今回は前回書いた「ふりこカウンター」について、全体の設計計画と

今進めているプログラムについて記していこうと思います。

(前回の記事はこちら↓)

◎ふりこカウンター全体図

ふりこカウンターの全体図として、今考えているものを簡単に図にしました。↓

用意するものは、

・micro:bit 2台
・サーボモーター 1台
・電池
・ふりこ

micro:bit①は、明るさセンサーとしてだけ使用し、明るさの変化を感知したとき、

micro:bit②に無線を送ります。

micro:bit②は、カウント用として使用し、micro:bit①からの無線を受け取ったとき、

カウントを1増やします。

また、スムーズに繰り返しカウントできるよう、Bボタンを押したときカウントが０に戻るプログラムにします。

さらに、サーボモーターに対し、「カウントが1以上かつ10以下」のとき回転、

そうでなければ停止というプログラムを行います。(※カウント10のとき5往復)

サーボモーターについてはまだ具体的にどう学びに結び付けるか思案中なので、

仮に「回転」「停止」だけのプログラムとしています。

ちなみに明るさの変化を感知し、カウントするだけならmicro:bit1台でも十分可能です。

しかし明るさセンサーで実装が上手くできない場合、他のセンサーに代替して試作しなければなりません。

研究をスムーズにすため、また実験の可能性を広くするため、今回は「センサー用」と

「カウント用」で2つのmicro:bitに分けた設計にしました。

サーボモーターをmicro:bit①(センサー用)ではなくmicro:bit②(カウント用)に接続するのも同じ理由です。

◎明るさ読み取り用のプログラム(micro:bit①)

micro:bit①(明るさ読み取り用)のプログラムとして、私はまず

「スタート時の明るさの値を変数に入れ、その変数と常時の明るさとの差異を調べる」

というプログラムを考えました。

例えばスタート時の周囲の明るさが120だった場合、変数には「120」が代入され、

「周囲の明るさがスタート時(120)より5以上暗くなった場合」無線を送信する、という流れです。

以下のようなプログラムにしました。

<備考>

※赤の「明るさ」(変数)→[明るさ]と表記
※紫の「明るさ」(入力)→【明るさ】と表記(＝周囲の明るさを示す)

○最初に「変数[明るさ]を【明るさ】にする」というプログラムにすると、０に近しい値が代入されてしまい、正常にカウントできない

→変数[明るさ]の最初の値は0とし、「ゆさぶられたときに、変数[明るさ]に周囲の明るさの値を代入」というプログラムに変更

○プログラムの処理が速いためバグが生じる、変化を読み取れない

→「無線で数値を送信」のあとに「0.5秒一時停止」のプログラムを追加

<問題点>

●「最初の明るさ」との違いを感知するので、ずっと暗い状態になったときでも反応し、カウントしてしまう(柔軟に“明るさの変化”を読み取ることができない)

●「最初だけ」しか基準の値を取らないので、最初が極端に明るい場所であったりすると、感知に誤差が生じる

以上の点を踏まえ、さらにプログラムを改良しました。↓

このプログラムでは、「最初だけ」でなく「ずっと」周囲の明るさの値を変数に代入する手法を取りました。

変数を[明るさ1][明るさ2]の２つ用意し、[明るさ1]には常時の周囲の明るさの値を、

その0.1秒後に[明るさ2]に周囲の明るさの値を代入します。

すなわち、「今その瞬間の明るさ」と「次の瞬間の明るさ」の値が変数で取れることになります。

この２つの変数の値の差異を調べることで、より柔軟に「明るさの変化」を感知できます。

常に変数の値を更新するので、ずっと暗い状態になったとしてもカウントはされません。

◎カウント用のプログラム(micro:bit②)

カウント用プログラムは、それほど難しい処理をしていません。

最初に変数[カウンター]を0とし、無線を受信したとき1だけ増やすというプログラムです。

この処理をカウンターが10になるまで繰り返します。

Bボタンを押すと変数[カウンター]は0となり、初めからカウントできます。

まだサーボモーターのプログラムを組み込んでいないので、micro:bit②のプログラムは現在途中段階といったところです。

◎今後の課題

●サーボモーターのプログラムを追加する

●一瞬で通り過ぎると変化を認識できないことがあるので、プログラムやセンサーの位置を工夫する

●「カウンター」の数値を表示させることによるタイムラグが生じる

●できればふりこを製作し、カウンターが実際に使えるか試す

今回はここまで。引き続き、プログラムの試作を重ねていきます。

お読み下さった皆様、誠にありがとうございました！！

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