【ラズベリーパイ3/Arduino】超音波距離センサの観測結果・S/N比を表示

この記事では、Arduinoと超音波距離センサの観測データをラズベリーパイ3(Raspberry Pi3)で表示する方法をソースコード付きで解説します。

距離データの表示（超音波距離センサ）

前回記事「【Arduino】超音波距離センサ(HC-SR04)の使い方」では、Arduinoと超音波距離センサ(HC-SR04)で対象物までの距離を観測しました。
今回はそれを応用して、観測データをシリアル通信でPCに転送し、ラズベリーパイ3(Raspberry Pi3＋Python）で表示してみました。

事前準備（ラズベリーパイ3）

ラズベリーパイ3で始めてシリアル通信する際は、以下の操作①②を行う必要があります。
①【ラズベリーパイ3】シリアル通信を有効化する方法
②【ラズベリーパイ3】dmesgコマンドでArduinoのUSBシリアルポートを確認

回路構成

配線図

回路構成（左）と超音波距離センサHC-SR04（右)

赤：5V、黒：GND、黄：8番ピン、緑：9番ピン

部品リスト

接続構成

Arduinoと超音波センサ(HC-SR04)の接続は以下の通りです。

HC-SR04の仕様

プログラムの処理内容

Arduino側

Arduino側の処理内容は以下の通りです。

Python側

Python側の処理内容は以下の通りで

■参考
S/N比の概要・計算式については下記事で解説しています。
S/N比の計算式・センサーの品質評価

ソースコード

サンプルプログラムのソースコードです。

int trig = 8; // 出力ピン
int echo = 9; // 入力ピン

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trig,OUTPUT);
  pinMode(echo,INPUT);
  }

void loop() {
  // 超音波の出力終了
  digitalWrite(trig,LOW);
  delayMicroseconds(1);

  // 超音波を出力
  digitalWrite(trig,HIGH);
  delayMicroseconds(11);

  // 超音波を出力終了
  digitalWrite(trig,LOW);

  // 出力した超音波が返って来る時間を計測
  int t = pulseIn(echo,HIGH);

  // 計測した時間と音速から反射物までの距離を計算
  float distance = t*0.017;

  // 計算結果をシリアル通信で出力
  Serial.println(distance);
  delay(1000);
}

Python(パソコン側)

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import numpy as np
import serial
import datetime


def queue(src, a):
    dst = np.roll(src, -1)
    dst[-1] = a
    return dst


def console_print(data):
    ave = np.average(data) # 平均の計算
    sigma = np.std(data)   # 標準偏差の計算
    sn = 20 * np.log10(ave/sigma) # SN比の計算

    # 時刻・距離・S/N比の表示
    print('--------------------------------')
    print("時刻：", datetime.datetime.today())
    print("距離：" + str(data[-1]) + "[cm]")
    print("S/N比：" + str(sn) + "[dB]")


def main():
    # カウント用変数
    i = 0

    # 1次元配列の生成(距離データ格納用)
    data = np.zeros(10)

    # シリアル接続するポート
    ser = serial.Serial('/dev/ttyACM0', 9600, timeout=1)

    while(i != 100):
        # シリアルデータを受信して距離データを取得
        line = ser.readline()    # 行終端まで読み込む
        line = line.decode()     # byteからstringに変換
        distance = line.rstrip() # 行終端コード削除

        # キュー操作
        data = queue(data, float(distance))

        # コンソールに結果表示
        console_print(data)
        i+=1

    ser.close()
    print("End")


if __name__ == '__main__':
    main()

実行結果

サンプルプログラムの実行結果です。

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時刻： 2017-10-07 15:13:09.490930
距離：15.01[cm]
S/N比：33.0041723478[dB]
--------------------------------
時刻： 2017-10-07 15:13:10.494628
距離：15.01[cm]
S/N比：35.3780434605[dB]
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時刻： 2017-10-07 15:13:12.502177
距離：15.01[cm]
S/N比：35.3046402065[dB]
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