今回は「測距センサー」を使って、きょりセンサーの互換品を自作してみたいと思います。測距センサーはきょりを測定するセンサーです。前回に引き続き制御用のマイコンにはRaspberry Pi Picoを使います。

こちらがシャープ製の測距センサー「GP2Y0E03」です。 秋月電子通商ではケーブル付きの状態で売られています。 電源電圧は2.7～5.5V、測距範囲は4～50cmとのことです。 SPIKEプライムの純正品のきょりセンサーは超音波を使ってきょりを求めています。 一方、GP2Y0E03は赤外線を使います。丸い窓が2つあり、向かって左側が発光部、右側が受光部です。赤外線を照射して、それが反射した角度からきょりを求めるという仕組みです。測定値が物体の反射率に影響されないという特徴があります。

回路図です。
GP2Y0E03の通信方式はアナログとI2Cの2種類から選択できます。今回はI2Cを使います。GP2Y0E03のGPIO1端子をHighに接続すると、通信方式にI2Cが選択されます。

ブレッドボードに挿し込むため、ピンヘッダをハンダ付けします。

回路を組み立てました。

「Thonny」を使ってセンサーの動作テスト用のプログラムを作ります(GP2Y0E03test_for_pico.py)。
「gp2y0e03_init」関数はセンサーを初期化する関数です。GP2Y0E03内部の0x35番地にモード番号を書き込みます。 値が「1」の場合、きょりの最大値は128cm。モード番号が「2」の場合、最大値は64cmとなります。
「gp2y0e03_getvalue」関数はきょりを測定する関数です。GP2Y0E03内部の0x5E番地と0x5F番地からデータを読み取って、きょりを算出しています。

きょりの計算方法については、秋月電子通商のサイト内にある製品のpdfが参考になります。
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07547/

これによると、きょりは「(DH×16+DL)÷16÷2^SHIFTBIT」という式で求めています。 DHは0x5E番地の中身、DLは0x5F番地の中身、SHIFTBITはモード番号です。今回、モード番号は1なので、「(DH×16+DL)÷32」と式を簡略化することができます。

動作テスト用のプログラムを実行します。
この時点では、まだラージハブには接続しません。 USBケーブルでパソコンとRaspberry Pi Picoをつないでおきます。
対象物を10cmくらい手前に置いた状態で実行すると、「10」前後の値が表示されました。成功です。測定値は少数を含んでいます。実際にラージハブと通信するには、値を整数に変換する（少数を捨てる）必要があります。

続いて、きょりセンサーのプログラムを作ってみました（diydistsensor.py）。プログラムは「main.py」という名前でRaspberry Pi Pico内に書き込みます。あとは電源が入ると自動的にプログラムが実行されます。
測定値をラージハブのライトマトリクスに表示してみました。センサーの4cmくらい手前で手をかざしてみたところ、「4」と表示されました。値はほぼ正確だと思います。このセンサーがどこまで使えるか気になるところです。興味のある方は実際に作って、確かめてみてはいかがでしょうか。

今回作成したプログラム（Thonny用/SPIKE App用）