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円形ディスプレイとCO2センサを堪能

Makerfabs 様よりまたまた製品を提供していただきました。
いつも本当にありがとうございます!

良いディスプレイがあるよとご提案いただき、ほかにも何かあればとのことで
お言葉に甘えて最近はやりのCO2検出をやってみたくAir Quality Sensorもいただいちゃいました♪

 

 

円形ディスプレイ

直径 240ピクセルの 1.28インチ円形LCDです。
SPI制御でドライバにはGC9A01が使用されているとのこと。

構成

ディスプレイをArduno UNOに接続して動かしてみました。

Arduinoサンプルコード

販売ページで紹介されている以下のArduinoサンプルコードを用いて動作確認しました。
 https://github.com/PaintYourDragon/Adafruit_GC9A01A 

こちらを使用するためにはAdafruit_GFXライブラリも必要です。

サンプルコードではなぜかディスプレイのリセットピン(RES)が指定されていなかったので9行目を以下のように修正しました。

リセットピンをIO8としました。

動作

ディスプレイはIPSのようで視野角も広く非常にきれいでした。

 

以前試したDFRobot製の円形ディスプレイよりも視野角が広かったです。

応用

こちらのディスプレイを使用した時計のオープンプロジェクトもあるようで非常に可愛いです。

 

Makerfabsでは時計の完成品の販売も開始されたようです。欲しい!!

 

CO2センサ

続いてAir Quality Sensor SGP30の動作確認を行います。

TVOC(総揮発性有機化合物)と eCO2(equivalent CO2:等価二酸化炭素)を測定できます。
等価二酸化炭素とはH2濃度から等価的にCO2濃度を算出する方法のようです。

インターフェースはI2Cでサクッと使用できます。

動作

販売ページで紹介されている以下のArduinoサンプルコードを参考に動作確認しました。
 https://github.com/adafruit/Adafruit_SGP30

eCO2のみプロットして呼気に対する反応をみました。

 

非常に応答がよく驚きました。
フ~っと吹くと呼気じゃなく外気が送られるためからかほとんど反応せず、
ハ~で数値がグンと上がります。

温度かな?と思い手で温めましたけど数値は変わらないので、ちゃんとCO2検出しているようです。面白い!
 

Lora通信 土壌センサの低消費電力化

前回はMakerfabs 様よりいただいたLora通信 土壌センサの基本動作を堪能し、300m以上の伝達を確認いたしました。

Lora通信 土壌センサを使ってみた

土壌センサは単4電池2本で動作可能です。

ここでは、センサの長期動作を目指して消費電力を観測し低消費電力化を目指しました。

 

 

待機時の電流

通信していないときの待機電源電流を測定いたしました。
電源電圧は3.3Vとしました。

① デフォルト

サンプルコード LoraTransmitterADCAHT10.ino をそのまま書き込んだ時の待機電流です。

16.5 mA

② センサ電源OFF

サンプルコード LoraTransmitterADCAHT10.ino のL. 149のコメントアウトを解除して、測定後に温度湿度センサAHT10の電源を切ります。

15.5 mA

若干電流が低下しました。

③ マイコンスリープ

更に待機時にセンサ制御マイコンATmega328Pをスリープさせました。
Adafruitのウォッチドッグタイマでスリープを制御するライブラリを使用しました。
 https://github.com/adafruit/Adafruit_SleepyDog

11.2 mA

④ Loraモジュール リセット

更にマイコンSleep前にLoraモジュール をリセットしてOFFしました。

0.1 mA以下

以上により大幅に待機電流を減らすことができました。

 

通信1回の消費電力

送信パワー 23dBm:約12.0 μW
送信パワー   5dBm: 約  1.2 μW

通信による消費は非常に小さかったです。
さすがLora!

伝送距離に応じて送信パワーを下げたり通信回数を制限するとより低消費電力化が見込めますね(あたりまえ)。

消費電力

1分間の消費電力を測定したしました。
それぞれ約9秒に1回センサ値を送信するように設定しました。

① デフォルト

サンプルコード LoraTransmitterADCAHT10.ino をそのまま書き込んだ時

1分当たり 1.1 mW 消費

④ Loraモジュール リセット

サンプルコードにセンサOFF、マイコンスリープ、Loraモジュールリセットを追加しました。

1分当たり 0.3 mW 消費

1/3以下の低消費電力化に成功いたしました。

 

Arduinoコード ④ Loraモジュール リセット

低消費電力版のArduinoコードを記載します。

サンプルコード LoraTransmitterADCAHT10.ino を元に
Adafruitのウォッチドッグタイマスリープライブラリを導入しコディングしました。
 https://github.com/adafruit/Adafruit_SleepyDog

 
センサ測定後、L. 84で温度湿度センサをOFFします。

測定データ送信後、L. 137-140でLoraモジュールをリセットします。

Loraモジュールをリセット後、L. 143でマイコンをSleepさせて
8秒後(ウォッチドッグタイマ最大値)にSleep解除されます。

Sleep解除後に、L. 63でLoraモジュールを初期化し
L. 65で温度湿度センサをONします。

以上を繰り返し約9秒おきにセンサデータを送信します。

 

おわりに

Lora通信 土壌センサの低消費電力化ができたので単4電池でどれほど持つのか
実験してみたいと思います。

技適未取得機器を用いた実験等の特例の届出の期限が来年1月までなので
どっちが先に切れるのか楽しみでございます。

Lora通信 土壌センサを使ってみた

またまたMakerfabs 様より素晴らしい製品たちを提供していただきました。

色々いただきましたので随時ここで紹介させていただきますが
今回は Lora Temperature/ Humidity/ Soil Moisture Sensor を紹介させていただきます。

 

 

Lora通信 土壌センサ

Lora Temperature/ Humidity/ Soil Moisture Sensor は温度センサ、湿度センサ、土壌水分センサを搭載し測定データをLora通信で送信するモジュールです。

Lora受信モジュールもいただきました。

Lora通信周波数のラインアップとして433MHz, 868MHz, 915MHzが用意されており、915MHzのセンサと受信モジュールをいただきました。

単4電池 2本で動作します。

下の動画ではセンサデータをLoraで受信し、受信機で更にWiFi送信してスマホで観測しています。めっちゃ便利ですね。

 

Arduinoコード書き込み

以下を参考にセンサと受信モジュールにArduinoコードを書き込みました。

Lora通信 土壌センサ

以下のライブラリを導入する必要があります。
 https://github.com/Makerfabs/Lora-Soil-Moisture-Sensor/blob/master/RadioHead.zip

以下の測定データLora送信サンプルコードを書き込みました。
 LoraTransmitterADCAHT10.ino

センサへのArduinoコード書き込みには3.3V USBシリアル変換モジュールが必要です。
私は以下を使用しました。

ボードは”Arduino Pro or Pro Mini”を選択。

書き込み時に注意が必要で以下の方法で実施しないと書き込みエラーとなります。
 書き込み前にセンサのリセットボタン押して、書き込み開始したらリセットを開放

書き込みが終了すると以下のようにシリアルモニタに
温度、湿度そして土の水分の電圧のデジタル変換値を送信している様子が表示されます。

Lora受信モジュール Maduino Lora Radio (915MHz)

以下のLora受信サンプルコードを書き込みました。
 LoraReceiver.ino

このモジュールにはUSBシリアル変換が再蔵されUSBマイクロ端子が搭載されていますのでUSBケーブル直結でコード書き込みが可能です。

アンテナをU.FL端子に接続して使用します。

 

動作

さてコードも書き込めましたので早速動作確認してみました。
土壌センサからの測定値をLora介して受信モジュールで受信しシリアルモニタで見ています。

いいですぇ。直接通信は場所を選ばないので便利ですね。

屋外実験

どれくらいの距離で送受信できるのか実験してみました。

手軽に実験するために受信モジュールのシリアル値をスマホで観測できるようにしました。
USBホストケーブルを介してスマホに接続してスマホアプリ Serial USB Terminal で受信結果を観ます。

 

豊平公園でどれくらい信号が届くのか実験してみました。

 
豊平公園の端から端まで信号受信ができました。
約338m離れても受信できたことになります。(参考: 地図をなぞって距離を計算)

 

RSSIが-100以下になると受信が難しくなるので338mはギリギリの距離かもしれませんが、
300mは容易に通信できる結果となりました。

 

技適未取得機器を用いた実験等の特例の届出

センサも受信モジュールにも技適マークはなかったので、以下で技適未取得機器を用いた実験等の特例の届出を行いました。

技適未取得機器を用いた実験等の特例制度

参考

温度センサ で 水温計 作製

我が家の金魚水槽の水温を管理したいとお母ちゃんがいうので、センサを購入しました。

3つも入っていて低価格!嬉しいですね。センサが3つも手に入ったのでまずはハンディー水温計を作製しました。

水槽の水替え時に適切な温度調整が必要とのことで作りました。

 

 

構成

防水の温度センサで水温を測ります。即手値をOLEDディスプレイし表示します。

 

SparkFun マイクロOLEDモジュール

本モジュールは64×48 ピクセルのOLED ディスプレイ SSD1306搭載しており、通信方式はI2CとSPIのいずれかを選択できます。

詳細は以下
 ・チュートリアル
 ・回路図

基板上のジャンパーの接続によって各種設定変更可能です。 

 

 

 

 

 

 

ここでは通信方式をI2C (BS1:1, BS2:0)としてアドレスを0x3C (D/C:0)にしました。

D0ピンがSCL、D1がSDAとなります。

温度センサ

温度センサにはDS18B20を使用します。購入品は防水加工され1mケーブルが接続されています。

DS18B20は9ビット~12ビットの温度測定分解能を有し、1-Wireで通信を行います。1本の信号線を電源にプルアップするだけで測定値を得ることができます。

参考

 

Arduinoコード

SparkfunのOLED用ライブラリを使用しております。
 https://github.com/sparkfun/SparkFun_Micro_OLED_Arduino_Library

温度センサDS18B20用のライブラリとして以下の2つ使用します。
 https://github.com/PaulStoffregen/OneWire
 https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library

センサで取得した測定値をOLEDに表示します。

 
 

 

水替え時の水温調整に活用いただいております 🙂 。

次は水槽常設用の制作にとりかかります!

買ったほうが安いとかどうか言わないでほしい

360° 連続回転サーボ と ジェスチャーセンサ で 首振りトンボちゃん

360°連続回転サーボとジェスチャーセンサで首振りトンボを作ってみましたので記載致します。

構成

ジェスチャーセンサで指の動きを検知して360度連続回転サーボの回転方向をマイコンで制御します。

部品

  • マイコン Arduino UNO

     
  • GROVE ジェスチャーセンサ

     
  • 360°連続回転サーボ

     
  • トンボの体
    ネジとか手芸用シールとか詳細は後ほど

トンボ作成

頭部

頭は12mm長のM8ネジで制作しました。サーボで頭部を回転させたとき一定角度で止めるためのつっかい棒を針金を適当な長さに切ってネジにハンダ付けします。

ステンレス用のハンダとフラックスを使用して付けました。

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感想(0件)

 
目と口はお母ちゃんの手芸用のキラキラした宝石のようなシールを使わせてもらいました。口はペンで書き込んでます。

 
頭部と胸(サーボ)の連結部はナットで構成します。サーボに付属されてる羽とナットを瞬間接着剤で付けます。

サーボモータをトンボの胸にします。腹として60mm長のM6ネジを接着しました。

 
先程作成したナットをサーボにネジ止めし、プラ版で作った羽と針金の足を接着します。

 
頭部つっかえ棒に引っかかるように太い針金をサーボに接着します。この太い針金に細い針金の足をはんだ付け(ステンレス用)しています。左右のつっかい棒によってサーボ回転した際に一定角度で止まり、首をかしげる様な動作を実現します。

 
頭部をナットにねじ込めばトンボの完成です。サーボを起動して回し入れます。

360°連続回転サーボ

通常サーボモータは90度や180度など回転に制限があるのが普通ですが、連続回転サーボという魅力的な製品があったので購入しました。

このサーボはArduino IDEに最初から入っているServoライブラリで動作しますが、通常のサーボモータと若干動作が異なります。

  • 90度入力でサーボ停止
  • 0〜89度入力で時計回りに回転。回転スピードは90度から離れるほど早くなる。
  • 91〜180度入力で反時計回りに回転。回転スピードは90度から離れるほど早くなる。

Arduinoコード

サーボとジェスチャーセンサをArduino UNOに接続します。

ジェスチャーセンサのライブラリは以下を使用します。
 https://github.com/Seeed-Studio/Gesture_PAJ7620
 コードサンプル paj7620_9gestures.ino を参考にしました。
ジェスチャーは指の時計回りと反時計回りを認識するようにしました。

Arduinoのデジタル8ピンをGND接続で、サーボが反時計回りにゆっくり回転するようにして、頭部のネジをナットに回し入れることができるようにしています。

Arduinoのデジタル8ピン開放で通常動作となり、ジェスチャーセンサの検知が開始します。指の動きの回転を検知してサーボを応じて動かします。

動作

かわいい首振りトンボちゃんができました!

札幌はすっかり肌寒くて赤とんぼが飛びまくってます。。ああ、長い冬が忍び寄ってきている。。。鍋でも食うか。

D.I.Y. アイトラッキング -フォトリフレクタ と Arduino で瞳孔動向センシング-

そろそろハロウィンに向けて準備に取り掛かっておりまして。
去年は家族の半数が体調不良で何もできなかったので今年こそはと気合入っております! 👿

↓一昨年のハロウィンの様子。

Hey!バス・ストップ

ハロウィンへの試作としましてLED目ん玉を本物の目の動きに追従させたら面白いかなと思い、今回はアイトラッキングに挑戦しました!
↓LED目ん玉は3年前のハロウィンのときに作りました。このときは曲げセンサやボリュームで目を動かしました。

 

LED目ん玉

LEDテープ NeoPixel 68セルをザルに貼り付けて黒く塗って目ん玉にしています。

LEDテープの配置は以下の通りで1筆書きで信号線は1本で制御しています。


 

センシング – アイトラッキング –

構成

アイトラッキングにはフォトリフレクタ QTR-1A を2個使用しました。

部品

  • Arduino Pro Mini 5V 16MHz

  • Adafruit Pro Trinket バッテリーモジュール

  • リチウムイオンポリマー電池110mAh

  • LEDテープ NeoPixel

     
  • フォトリフレクタ QTR-1A

センサ

フォトリフレクタ QTR-1A は目の幅くらいに離してプラ板に配置。

フォトリフレクタ部、マイコン部はそれぞれクリップでメガネに固定しました。

 

Arduinoコード

黒目が一方のセンサに近づくと反射光が減ってセンサ値が増加し、反対に黒目が遠ざかると反射光が増えてフォトリフレクタのセンサ値が減少する。

LED目ん玉の瞳の左右動作は一方のセンサ値の増減をセンシングして制御しています。

瞬きのときは両方のセンサ値が減少するので、2つのセンサ値が同時に減少するとLED目ん玉のまぶたが下がります。

 

動作

簡単な構成でアイトラッキングが実現できました!わーい 😆 
これをうまいこと利用してハロウィンに向けて制作すすめます!

いざトリック・オア・トリート!

追記

18/9/25

Adafruit様のブログで紹介いただきました!

19/1/3

Make:の公式YouTubeチャンネルで紹介いただきました!

10自由度 Mems IMUセンサ モーションセンス基本動作

DFROBOT様より、提供頂いた10自由度 Mems IMUセンサモジュールを試してみました。

 

10自由度 Mems IMUセンサ

このモジュールには

  • ADXL345:3軸加速度センサ
  • ITG3200:3軸ジャイロ
  • HMC5883L:3軸地磁気センサ
  • BMP085:気圧センサ

が搭載されています。3+3+3+1で自由度10のセンサです。モジュールのインターフェースはI2C

構成

部品

  • 10自由度Mems IMUセンサ
  • Arduino UNO

モーションセンシング

ここでは同じ加速度、ジャイロ、磁気センサを使った以下のSparkFun製モジュールのチュートリアルを参考に気圧センサ以外の動作確認しました。

ファームウェアダウンロード

以下からファームウェアをダウンロード
 https://github.com/Razor-AHRS/razor-9dof-ahrs

ArduinoProcessingのプログラムが用意されています。Arduinoプログラムよりセンサの姿勢角を算出し、Processingで姿勢角を受けて3Dモデルを動かせます。

Arduinoプログラム

センサをArduinoに接続してダウンロードしたファームウェア内のArduino/Razor_AHRS/Razor_AHRS.inoを書き込みます。

磁気センサ(HMC5883L)型番を指定するために// HARDWARE OPTIONS内161行目のコメントアウトを解除します。

Processingプログラム

ダウンロードしたファームウェア内のProcessing/Razor_AHRS_test/Razor_AHRS_test.pdeを起動し実行します。

ArduinoのポートはRazor_AHRS_test.pde 29行目の数字で指定します(0とか1とか)。

動作

 

10DOF IMU Sensor (No Calibration) #dfrobot

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動きが安定していません。。。特に首振り方向(Yaw角)が。。

というわけで校正します!

校正(キャリブレーション)

加速度センサ校正

Arduino/Razor_AHRS/Razor_AHRS.inoでシリアルモニタ(57600 bps)を起動し”#oc” と入力し送信します。すると以下のように加速度センサ校正モードに入ります。

加速度センサ校正モードでセンサをゆっくり全方向に動かして3軸の加速度オフセットの最大値/最小値を測ります。余計な加速度が加わらないように衝撃を与えないようにゆっくりセンサを動かして各軸の+方向、-方向を重力方向に向けます。このモジュールでは以下のような値となりました。

3軸の最小値/最大値が取れたら、Razor_AHRS.ino内// SENSOR CALIBRATIONの216-221行目を取得した値に変更します。

ジャイロセンサ校正

次にシリアルモニタより”#on” と入力し送信します。すると地磁気センサ校正モードに入りますが、ここでは別の地磁気センサの校正方法を実施するので再度”#on” と入力、送信しジャイロセンサ校正モードにします。

センサを動かさずに10秒ほどまって値の平均値が安定するのを待ちます。このモジュールでは以下のような値となりました。

得られた平均値をRazor_AHRS.ino内// SENSOR CALIBRATIONの240-242行目に記載します。

地磁気センサ校正

Processingプログラムを使用して校正値を導出します。Processing/Magnetometer_calibration/Magnetometer_calibration.pdeを使用しますが、EJML(efficient-java-matrix-library) ライブラリが必要となります。以下でEJMLのjarファイルをダウンロード
 https://code.google.com/archive/p/efficient-java-matrix-library/downloads

ダウンロードしたjarファイルを”EJML.jar”にリネームして以下に保存(ProcessingのライブラリフォルダにEJMLフォルダ更に中にlibraryフォルダを作成しjarファイル保存)
 libraries/EJML/library/EJML.jar

EJMLライブラリの準備が終わったらMagnetometer_calibration.pdeを起動し実行します(マイコンのポート設定は適宜実施)。地磁気センサ校正画面となります。センサを色々な方向に動かして3次元の地磁気値を取得し、オフセットを導出します。携帯でも8の字描いてコンパスの校正したりしますよね。

 

10DOF Sensor Magnetometor Calibration #dfrobot

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動かしまくると上図のようになり、スペースキーを押すとMagnetometer_calibration.pdeのコンソールに以下のような校正値が導出されます。

Razor_AHRS.inoの225-230行目をコメントアウトして、234−236行目のコメントアウトを解除して取得した値を記載します。

以上で加速度、ジャイロ、磁気センサの校正値が揃いましたのでマイコンに各オフセット値を記載したRazor_AHRS.inoを書き込んでRazor_AHRS_test.pdeでモーション動作の再確認しました。

校正後の動作

 

10DOF IMU Sensor (Calibration) #dfrobot

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無事動作が安定しました!わーい 🙂 

これで精度良いモーションセンスが可能となったので、応用考えたいと思います!

ジェスチャーセンサ で LED をコントロール

DFROBOT様より、ありがたいことに部品提供頂きました!!

 

#dfrobot 様より 提供頂きました! 随時 ブログ記事書きたいと思います!

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ここではジェスチャーセンサでフレキシブルLEDマトリクスの表示をコントロールしてみました。

構成

LEDマトリクスにお得意の目ン玉を表示させてジェスチャーセンサで左右を向いたり、まぶたを開閉させてみました。

部品

フレキシブル 8x8 RGB LEDマトリクス

フレキシブル基板にフルカラーLED (NeoPixel)が配置されており、割りとグニャグニャです。

NeoPixelのArduinoライブラリは以下にあります。
 https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

 

ぐにゃぐにゃLED flexible LED

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製品詳細は以下参照ください。 

3D ジェスチャーセンサ

上下左右、真ん中に5つの電極が配置されており、電極の静電容量の手の接近による変化を検出して動作をセンシングします。

Arduinoライブラリは以下にあります。
 https://github.com/DFRobot/DFRobot_Gesture
上記ライブラリのプログラム例  “_3D_Gesture_Test.ino“で上下左右、時計回り、反時計回りの動きを検出することができます。

 

ジェスチャーセンサ 3D gesture sensor

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製品詳細は以下参照ください。

Arduinoプログラム

LEDに目ン玉を表示させて、ジェスチャーセンサの左右センシングで瞳を左右にうごかし、上下センシングでまぶたを開閉させます。時計回りもしくは反時計回りセンシングで瞳が正面を向くようにしました。

LED配列

コード

動作

ジェスチャーセンサ面白い!色々応用できそうです♪

フレキシブルLEDマトリクスもよく曲がるので帽子やカバンとかに付けても面白いかも(*^^*)

測距センサ VL53L0X を用いた身長測定器

子供って長時間じっとできないので身長をはかるのってなかなか大変。。。
そこで低価格で高精度のセンサを見つけたので場所と時間を取らない身長測定器をつくりました。

構成

  • 距離センサ VL53L0X

凄い広範囲なのに分解能1mmのセンサです!Arduino用ライブラリは以下にあります。
 https://github.com/pololu/vl53l0x-arduino

  • 6軸モーションセンサ MPU6050

    3軸ジャイロスコープと3軸加速度センサで姿勢情報をセンシングできます。今回は水平方向のx軸、y軸の加速度のみ使用して測定器の水平度を計測してます。しかしメチャクチャ安い!Arduino用ライブラリは以下にあります(MPU6050とI2Cdevを使用)。
     https://github.com/jrowberg/i2cdevlib/tree/master/Arduino

  • LED(Neopixel)
    測定器が非水平の時は赤く、水平の時は緑に光ります。
  • LCDディスプレイ
    梅沢無線で¥400!山積みにされてるのを購入。以下が参考になります。
     https://www.arduino.cc/en/Tutorial/HelloWorld

  • マイコンArduino Nano互換品

    激安の互換品を使用してます 🙂 
  • 測定ボタン(タクトスイッチ)
    押すことで動作モードを変更します。

測定器

センサ VL53L0Xを木箱の底に配置し距離を測定します。距離はLCDディスプレイに表示されます。
木箱内部にマイコンArduino Nanoと6軸モーションセンサMPU6050に配置し、電源には9V電池を使用しました。

MPU6050の水平方向の(重力)加速度を検出して測定器の水平具合を計測し、水平時にLEDが緑色になります。

使い方

ディスプレイ表示

通常モード

電源スイッチを入れると起動し通常モードで動作します。通常モード時は常に距離を測定しディスプレイに表示されます。測定器が水平時にはLEDは緑に光り、非水平時は赤く光ります。

測定モード

測定ボタン(タクトスイッチ)を押している間は測定モードとなります。測定器を頭に乗せて測定モードにしてから水平状態で距離が検出されるとLEDが青くひかり測定値が保持され身長が計測できます。

再度測定ボタンを押すと通常モードに戻ります。

Arduino IDE用コード

距離センサ VL53L0XはLONG_RANGEモードとHIGH_ACCURACYモードで使用。
距離は単位をcmにしてセンサ位置分補正してます(1mm)。

 

比較的高速で測定でき精度も高いので、これで落ち着きのない長男くんの身長でも簡単に測ることができます♪

追記(16/9/23)

hackaday.com様にて紹介いただきました!

170cmくらいまではそれなりの精度で測れてます。180cm超えると誤差大きくなりますね。。。水平度測るセンサMPU6050の値平均化してノイズ除去とか まだまだ詰めれそうです。

追記(16/9/26)

Adafruit様のブログで取り上げていただきました。

追記(16/9/28)

各所で取り上げていただき感謝です 😛 !

なんと本家Arduino様やAtmel様もTweetくださいました!!