タッチセンサーの仕組みを子供と勉強

第19回 IoT×プログラミング教育

スマホの普及で一気に身近になったタッチセンサー。
その仕組みを子供といっしょに勉強したいと思います。

ESP32でタッチセンサー実験

タッチセンサーの認識方式はいくつかあるようですが、今回はお手軽に実験できる、ESP32のタッチセンサー「静電容量方式」について学びます。

静電容量方式とは?

「静電容量方式」・・・文字から察するに、静電気を帯びている量によって、タッチしたか判断する方式のようです。

金属ほどではないですが、人にも電気が流れます。

電気が流れるということは、静電気(静止した電気)じゃなくなるので、静電気の容量が減ります。それを感知してタッチしたと判断する仕組みなのでしょう。

検証に回路不要

ESP32開発者ボードをPCに繋ぎ、ESP32のサンプルスケッチ「TouchRead 」を書き込むだけで検証できます。

IO4(T0)ピンを触れば、シリアルモニタの値が下がります。

通常は50くらい、触ると10くらいまで下がります。

50あった静電気が、10しかなくなりました。40は体の中に流れています。(感覚的にそんなイメージ?)

タッチしたらLEDが光るように

見た目でタッチの反応が分かるよう、タッチしたらLEDが光る回路を作ります。

IO23ピンにLEDをつなぎました。

また、触りやすいように、IO4(T0)ピンをジャンパーワイヤーで延しています。

プログラムは以下です。

#define TOUCH_PIN T0 //タッチ入力 4番ピン
#define LED_PIN 23
int val;

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED_PIN,OUTPUT);
}
 
void loop(){
  val = touchRead(TOUCH_PIN);
  Serial.println(val);
  if(val < 25){
    digitalWrite(LED_PIN,HIGH);
  }else{
    digitalWrite(LED_PIN,LOW);
  }
  delay(100);
}

静電気の値は25を基準にして、タッチしたか判断します。

時々、値が安定せず、タッチしなくても光ることがあります。
・・・まあ、現段階では見逃しましょう。

これで、準備が整いました。

子供に伝えられるか?

ピンにタッチしたら、LEDが光る仕組みを例として、ここからは6歳の長男に、図解を交えて説明します。

多少強引な説明もあるかもしれませんが、マイコンのこと、静電気のこと、人に微弱な電気が流れることを、楽しく理解してもらえれば良いです。

ちなみに冒頭の絵を見せたら、マネしておなかにピンを挿すようになってしまいました・・・。

静電気がピンに溜まる

まず、マイコン(EPS32)は、電池をつなぐと、ピンに静電気を溜めます。

静電気は、動いていない電気のことですが、本当は動きたくてうずうずしています。

静電気は触れると移動する

静電気が溜まったピンに人が触れると・・・電気が人に移動します。

とても弱い電気なので、バチッとはなりません。大丈夫です。

この時、マイコンは電気が動いたことに気が付きます。

電気が動いたら何をする?

マイコンにプログラムを書いておけば、静電気が動いたとき、何かをさせることができます。

今回は、静電気が動いたとき・・・つまり、タッチしたときに、電球を光らせるプログラム(命令)を書き込んでいます。

プログラムを変えれば、他のこともできます。

例えばタッチしたら開くドアとか、タッチしたら音が鳴る楽器とか・・・アイデアと部品があれば、いろいろなことができます。

 

以上。

しきりに、「マイコンはしゃべらないよ。」と、子供に言われましたが、静電容量方式タッチセンサーの仕組みは、理解しているようです。

電気を自分の中に流すことを、楽しんでいました。

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