レーザー距離測定でLCDは光学的に特別の性質なのか

色々なターゲットで距離測定しつつ反射光の検出強度を測定してみた。

環境はArduino IDEでも動かせるし、以前のようにM5stackのビルドも遅くないから、使ってみた。

Arduino IDEで使うライブラリはこれ、

距離値はビジュアル化できる、

APIで反射光のセンサー値(検出強度)を読み出せる、強さが1,000以下は不安定と判断してfailにされている

色々なターゲットでの検出強度、特徴的なのはターゲットがLCD面だと値が大きく変動することで、おそらく偏向特性が関連しているように思う

結構検出精度は高いように思います、検出エリアは公称18度ぐらいですが。可視光と赤外線では見え方が違うだろうから、人の目には明らかでもレーザー光では反射率が低下するようなターゲットもあるでしょう。

P.S. 2022/9/26

鏡でやってみても同じ特性を持つから、単にLCDや鏡は反射特性が指向性を持つからだろう。

 

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たぶん今更、(ユニバーサルコントロール)

iPadとMacBookを両方使っているときに、MacのマウスがiPadに行って戻ってこないことが時折、

メニューバーに見慣れないアイコンが、あってiPadと『キーボードとマウスをリンク』になっていたからこの機能を停止。

で、これはユニバーサルコントロールというらしくて、わりと最近の実装のようです。

この機能の設定はシステム環境設定のディスプレイからできて、以下のユニバーサルコントロールをクリックすると、

以下のようなポップアップが出てきて、設定できます。

 

サイドカーの拡張のようなものですが、それほど使うことはないかもしれない、サイドカー自体滅多に使うこともないのは複数画面必要な時はMacBook二台立ち上げだから。

 

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Laser距離センサーを動かしてみた

<距離センサー>

熱中症指数計も要らなくなったので、M5stackの転用先を考えてみた。距離センサーで超音波方式はそれほど精度も出ないし、速度も遅いからレーザー方式を試してみようと。

デバイスは新しめの、

https://www.switch-science.com/catalog/8183/

上記のリンク先は、

https://learn.adafruit.com/adafruit-vl53l4cx-time-of-flight-distance-sensor/arduino

対象の数まで検出可能というところが優れもの。i2cデバイスで、シリアルにデバイスを拡張できるから基板にコネクタが二個付いている。

しかし、VL53L4のライブラリとサンプルコードでは動かない、デバイスの初期化でエラーが帰る。実はQwiicの接続だけでは不足しているような気がする、故に以下のサンプルコードとライブラリで動かした(VL53L1用だけどL4でも機能限定で動くんだとあったから)

https://learn.sparkfun.com/tutorials/qwiic-distance-sensor-vl53l1x-vl53l4cd-hookup-guide/all

APIが載っているので、こちらは使いやすい。

コードは比較的単純、

https://github.com/chateight/PlatformIO/tree/master/laser_dist_01/src

バッテリー残量表示はデフォルトで必要だと思うから入れてます。

 

距離測定中、タブレットの画面までの距離を表示してます。

アタッチメント、モジュールはいつもの両面テープ貼り付け

動いてるとこ、

Fusion360で作成したピース、

<おまけ>

VL53L4のドキュメントを見ると追加ピンが2本あるのでその役割

・GPIOとXSHUTの役割(i2cのアドレス変更で使う)

Qwiic以外の追加のインターフェースです。

The host hardware design must ensure the sensor XSHUT pins can be controlled individually. Each XSHUT pin must be connected to a host MCU GPIO pin.

To change the I2C address, the host must :

1. Put the device in HW standby by setting the XSHUT pin low on all the VL53L4CD devices

2. Raise the XSHUT pin of one of the VL53L4CD (e.g. current_tof)

3. Call VL53LX_SetDeviceAddress(current_tof, newAddress) to program the new address

4. Repeat the steps from [2 to 3] to change the address of all ToFs.

 

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VScodeのPlatfromIOでライブラリ組み込むとエラーになる?

以下のレーザー距離センサーのM5stack用の開発環境準備のために調べてみた結果です。

https://www.switch-science.com/products/8183

① Arduino IDEではライブラリを選択して、Arduino用のデモプログラムを持って来ればコンパイル完了

https://learn.adafruit.com/adafruit-vl53l4cx-time-of-flight-distance-sensor/arduino

もちろんArduino IDEでM5stackを使えるような準備は必要です

 

② PlatformIOではライブラリ無いからソース持ってきてコンパイルしようとしてもエラー

ライブラリのソースは上記のリンク先のGitHubから、

https://github.com/stm32duino/VL53L4CX

デモプロはArduino IDEの時と同じくArduino用をそのまま、

試行錯誤の結果、PlatformIOでM5stackライブラリを組み込むとダメ、ライブラリ使わないようにすればコンパイルはうまくいく、ただしM5stackの機能を使うために、

#include<M5Stack.h>
を追加するとM5stackライブラリ無しでは当然コンパイルできないし、include文を追加すればコンパイルエラーも出ない。従ってArduino専用のサンプルプログラムの時(M5stackライブラリ不要時)にはM5stackライブラリをPlatformIOに組み込んではいけないということになります。おそらくArduino.hとM5Stack.hでコンフリクトしている(多分中身はかなり共通)んじゃないか想像できます。M5stackではArduino.hは不要だからArduino.hを削除してM5Stack.hだけ残しても問題なくコンパイルできるから。

 

コンパイル結果ですが、メモリ少ないデバイスでは動かないよと言われるように、結構メモリを消費しています。

 

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includePathが見つからない(Intel Mac)他

久々にIntelMacとM1MacでVScode環境でc++コンパイルしようとしたらいくつかのエラー発生。IntelMacは問題が二箇所で、M1Macは一箇所だけでしたが

— Intel Mac —

<問題1:includePathが見つからない>

以下を参考にパスを追加

https://jpdebug.com/p/151056

% g++ -v -E -x c++ –

で検索されたパスをc_cpp_properties.jsonに追記してコンパイルはできるようになったけど波線(つまり見つからないエラー)は消えないので、以下を追加

c_cpp_properties.jsonの、

“compilerPath”: “/usr/bin/clang”,

“compilerPath”: “/usr/bin/g++”,

に変えたら解決したようだ、これは即ち

% where g++ 

/usr/bin/g++

で示されるパスですが

<問題2:無限にXcodeコマンドラインツールをインストールしろメッセージ>

Xcodeコマンドラインツールをインストールしろと怒られて、何回インストールしても直らない

https://qiita.com/arks22/items/bb1a70a4803881c4e4e1

が該当していて、エラーメッセージの中に確かに解決案が提示されてます

~~~~~

Please ensure Xcode packages are up-to-date — try running ‘xcodebuild -runFirstLaunch’.

~~~~~

で以下の実行で解決したようです

% xcodebuild -runFirstLaunch

どこかのOSのアップデート、恐らく至近、で問題が出るようになったんでしょう

 

— M1Mac —

MacBook Air(M1)ではg++の版数を再指定(古い版数でコンパイルされたので)しなければいけなかったし、これもアップデート影響なのか

感覚的にはかりそめの解決のような気もするけれども、元々開発環境とはそういうものだろう

 

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co2センサー(MH-Z19)のキャリブレーション

測定値が、風通しの良い場所でも800ppmとか高い値になっていて、場所を変えてもダメだったのキャリブレーションしてみた。

https://github.com/UedaTakeyuki/mh-z19/wiki/CALIBRATION-&-detection-range

Pythonライブラリ関連の情報の中にキャリブレーションツールも用意されているのでそれを使いました。

co2センサーはシリアルでRaspberry PIとつながっているのでroot権限で実行しないといけませんが、

$ sudo python -m mh_z19 –zero_point_calibration

Call Calibration with ZERO point.

で実行できました。多少低すぎの感もありますが、いずれまたズレていくんじゃないか(以下の③によって)と思います。

ソースを見ると、以下で規定されるゼロキャリブレーション方法の②のコマンドによって実行しています。

https://www.winsen-sensor.com/d/files/MH-Z19B.pdf

ゼロキャリブレーションには① ハード的にピンを一時的に短絡、② コマンド送信、③ 自動キャリブレーションの三つの方法があるとなっていますが③の有効/無効化もコマンドで対応できるのでライブラリから指定できるようになっています。

また、コマンドパラメータに-hでヘルプ、何も付けないと辞書型({“co2”: 414} のように)で測定値が返ります。

ゼロキャリブレーション以外にスパンキャリブレーションというのもありますが、これはスケール精度、つまり1000ppmや2000ppmの値の倍率(スケール)精度用ですが、正確な1000ppm環境など作れないから省略。

P.S. 2022/9/18

限りなく外気に触れる場所で測定値の収束時間を見てみました。

 

保存していた部屋(おそらくco2濃度1000ppm近く)から無人の部屋の窓を開けて、窓辺に放置して時間経過と測定値。おそらく最初は部屋のガスが取り込まれて高い値を示していますが、徐々に大気の値に近づいていきます。おおむね20分放置しろとデバイスのマニュアルに書かれてますから、初期値が高かったらその程度の放置時間は必要そうです。

 

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iPad Air(5代目)

素のiPadも購入後3年経過して、ssd(32GB)も七割ぐらい消費、それ以外の性能(scribbleが反応遅いとか)あるので買い替え。

期待値は以下の3点、

① Apple siliconの処理性能、特にneural engineに期待

② SSD容量、まあ64GBあれば3年持ちそう

③ Apple Penci 1の充電方法がイマイチだし、新機能の消しゴムにも期待

Pencil使うのは画面が指紋だらけになるのが嫌だからというのも大きな理由

 

本体に遅れて、ペンとケースも届いたので必要なものは揃いました。旧iPadからの移行はApple ID/MicroSoft/Googleのログオンするだけで完了です。旧iPadのデータ消去はMacBookと比べて初期化手順は簡単でした。画像とか音声の大容量ファイルは無いから。

<第一印象>

・Scribbleは明らかに高速になってます

・Pecil 2の充電楽チン(本体の電池容量はiPadより小さいんだ)

・本体の画面サイズ拡大して画面も美しい

ということで、良い買い物でした。

 

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Matter.js(物理計算エンジン)

物理計算エンジンで軽量で動くものとしてMatter.jsがあります。古典物理法則に則って物体の動きを、衝突、摩擦、重力などの要素を考慮して計算しようとするとそれらを一から作り上げるには労力ですが、それらの機能を提供した「世界」を簡単に作り上げて、物体の動きをシミレーションできるものです。

公式のサイトは、

https://brm.io/matter-js/

Getting started

https://github.com/liabru/matter-js/wiki/Getting-started#usage-example

Demo

https://brm.io/matter-js/demo/#stats

———————————————————

Tutorialのサンプルに、以下の機能を付け加えています。

① マウスコントロール追加

② 背景を透過にする(デフォルトは真っ黒)

③ オブジェクトに重力、反発係数、初速などを設定できるようにした

コードを有効にするには、Matter.jsをコピーしていずれかのディレクトリに配置してコードから呼び出すようにします。

GitHubのコードリンクは、

https://github.com/chateight/electron/tree/master/matter_case

になります。

物理計算エンジンはUnityなどにももちろん使われているわけですが、JavaScriptで「割と簡単」に扱うには良い素材ではないでしょうか。

P.S. 2022/9/16

・全てのボールに初期速度をインターバルタイム毎に与えるように変更

四角形と円とで2つの大まかなグループ分けで動くようになりました

 

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electron-packagerで作成したアプリを立ち上げるとエラーになる

タイトル通りですが、アプリ起動時に以下のようなポップアップが表示されます。アプリそのものは動くのですが、以下の例だとelectron-logファイル見つからないよと言ってます。

じゃその、electron-logファイルどこになるのかと言うとnode_modulesディレクトリに存在しています。全体のディレクトリ構造は以下の通り。

エラーはelectronディレクトリでmove_catディレクトリのアプリをパッケージにしようとした時に発生しています。

で、move_catディレクトリの必要ファイルをelectronディレクトリにコピーして、electronディレクトリの上の階層からelectron-packgerで作成すると問題なく作成できました。当然**-arm64は上の階層に作成されます。

つまり、アプリ関連ファイルとnode_modulesディレクトリは同じ階層にないとパッケージに組み込まれないと言うことですね。

 

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ScratchのようにJavaScriptで制御してみる

Scratchもブロック言語をJavascriptで解釈して実行しているようなので、ScratchでできることはJavascriptでもできるし、おそらく逆も真。

と言うことで基本的な要素だけ盛り込んだサンプルを作ってみました。

ソースコード、package.jsonはとりあえず無関係でhtmlとjsファイルの二つだけです。ネコスプライトと背景画像はIP関連が不明なのでアップしてません。

<html>

https://github.com/chateight/electron/blob/master/index.html

<java script>

https://github.com/chateight/electron/blob/master/control.js

動かしてみると、

start/stopボタンでイベントリスナー登録していますが、startボタンで関数実行時にリスナー解除して、複数押しができないようにしています。もし複数押しを可能にするとネコスプライトの動きが加速されます。複数のスレッドが走るような状況になるんでしょう。

// constnt & variables
let xmin = 0;       // set moving area
let ymin = 0;        
let xmax = 800;        
let ymax = 350;        
let x = 1;          // position integer
let y = 1;
let x_px = "";      // position string "px"
let y_px = "";
let dir_x = 1;      // moving direction
let dir_y = 1;
let int_id;         // setInterval ID
//
// interval timer start function
const tmr = () => {
    int_id = setInterval(move,20);                  // "int_id" for clear "clearInterval"
    start.removeEventListener("click", tmr);        // stop the listener
}
//
// move function
function move(){
    const pos = document.querySelector(".img1");         
    if(dir_x === 1) {
        x_px = x.toString() + "px";                   
        pos.style.left = x_px;
        x += 5;
        if(x >= xmax) {
            dir_x = 0;
            pos.style.transform = "scale(-1, 1)";       // reverse the sprite
        }
    }
    if(dir_x === 0) {                   
        x_px = x.toString() + "px"; 
        pos.style.left = x_px;
        x -= 5;
        if(x <= xmin) { 
            dir_x = 1; 
            pos.style.transform = "scale(1, 1)"; 
        } 
     } 
     if(dir_y == 1) { 
         y_px = y.toString() + "px"; 
         pos.style.top = y_px; 
         y += 5; 
         if(y >= ymax) {
            dir_y = 0;
        }
     }
    if(dir_y == 0) {     
        y_px = y.toString() + "px";
        pos.style.top = y_px;            
        y -= 5;
        if(y <= ymin) { 
            dir_y = 1; 
        } 
     } 
} 
// 
// start from here 
let start = document.querySelector(".start"); 
let stop = document.querySelector(".stop"); 
start.addEventListener("click", tmr); 
stop.addEventListener("click", () => clearInterval(int_id));

P.S. 2022/9/9

コードが冗長で見苦しいのでコンパクト化して、なおかつスプライトの向きを上下移動でも変えてみました、GitHubにのみ反映です。

Electron配下のディレクトリに作成しているので、デスクトップアプリでも動作できます。

 

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