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距離センサーを使用した遠隔監視の活用例

2021.10.20

活用事例

本記事のポイント

遠隔監視を実現したいとお考えの方に向けて、距離センサーを用いた遠隔監視の例をもとに活用方法について解説します。

1. はじめに

モノの量の監視をしたいけれど、「具体的にどのようにすればよいか分からない」「量の可視化やアラートを実現したいが、無線やクラウドについてよく分からない」と悩んでいる方も多いと思います。

そこで今回は距離センサーを使用したごみ箱の遠隔監視を例に次世代IoTプロダクトのための組込みシステム「NEQTO」を使用した遠隔監視についてご紹介します！

ごみ箱の遠隔監視について、距離センサーの他、重さセンサーを使用する方法がありますが、距離センサーを選択した理由は重さセンサーのようなアナログ出力のセンサーの場合、アナログ値を重さへ変換する処理やノイズに対する配慮が必要ですが、今回使用する距離センサーはデジタルでセンサーから距離情報を得られる簡易さから選択をしています。

2. 距離センサーとは？

距離センサーにはさまざまな方式があります。

最も一般的な方法をいくつかご紹介します。

超音波

音波を発信して、その音波が跳ね返ってくるのを待ち、その時間で物体までの距離を測るもの。検出する対象物の色、形状の制約がほとんどないことが特徴です。

赤外線

赤外線センサーは、赤外線の反射波を利用したセンサーです。小型で、応答速度が速いことが特徴です。対象物の反射率に影響を受けます。

飛行時間(ToF)

光源から放射された光が対象物に反射して返ってくるまでの時間で距離を測定するもの。より広範囲で測定時間が早く、高い精度であることが特徴です。対象物の反射率に影響を受けます。

3. 遠隔監視による課題解決とは？

様々なモノの量を監視し、補充や収集したいものがあると思います。

今までは、残量が空になったことに気付いた時点や計画的にその場に行って状況を確認する方法でしたが、遠隔で監視することで、補充や回収の計画を見直すことができます。

また、ある閾値を超えた際にアラートメール等を送信する仕組みにより、モニタリングすることなく補充や回収の機会を認識しやすくなります。このことにより、人手不足の解消へつながります。

例

ごみ：不衛生、ごみがあふれることによる景観のみだれ
点検：定期的な目視点検で検出できない突発的な事象
補充：定期的な監視間隔と使用量のミスマッチによる補充機会の損失
商品：販売機会の損失

4. 距離センサーを使用した遠隔監視

実際にごみ箱に設置をしてみました。今回は、SONY製Spresense + SPRESENSE Wi-Fi Add-onボード iS110Bに超音波センサーを接続し、実証実験を進めます。

　　使用した超音波センサー 型名:SRF02 メーカー名:Zhiwei Robotics Corp.(DFROBOT) 　

超音波センサーの使用上の注意事項

超音波センサーを使用する上で注意すべき内容を以下に示します。

検出範囲の最小値
超音波センサーの検出最小距離があるため、できるだけ多くのごみの量を検知するために超音波センサーの選択の際には最小値への考慮が必要です。
指向角内の障害物への考慮
超音波センサーの指向角は15°~30°程度ですが、指向角内にごみ箱の壁など障害物がある場合、検出距離に影響することがあるため注意が必要です。今回の実験では指向角内にごみ箱の壁が位置しましたが、影響なく底まで測定ができました。また、ごみ箱の中のビニール袋がたるんでいる場合、誤検出する可能性があるため、ビニール袋を入れない、もしくは、ごみ箱の壁にたるみがないようにビニール袋を設置することが重要です。
超音波センサーの水平設置
傾いた状態で超音波センサーを設置致しますと、正しい距離を測定することができません。

ごみの無い状態では、センサーからごみ箱の底までの距離約80cmをほぼ測定できていることがNEQTO Console上で確認できます。

Trashbin measurements and NEQTO Console graph

ごみとしてペットボトルを増やしていった際の検出距離は以下の通りです。

ごみまでの距離が35cmはごみの量としてはごみ箱の3/4の量となりますため、ごみまでの距離が35cm未満だった際、メールを送信する設定をしました。

34cmになった際に、下記アラートメールを受信しています。今回アラートメール送信にはInsightsおよびSparkというNEQTOオプションサービスを使用しています。

5. 終わりに

今回は、NEQTOを使用することで簡単にごみの量をNEQTO Console上でモニタリングし、アラートメールを送信することができることを紹介致しました。

例えば、今回ご紹介したペットボトルのごみモニタリングについて、NEQTOを自動販売機に搭載することができれば、ごみのモニタリングのみならず自動販売機のモニタリングも可能となります。

一例と致しまして、自動販売機にLTE通信可能なNEQTO ＋ SubGHzモジュールを搭載し、ごみ箱にはSubGHzモジュール＋センサーを搭載する下図の構成となります。

今回距離センサーを使用したごみ箱の監視をご紹介致しましたが、タンク内の肥料や液体の監視へも流用が可能です。

今回のごみ箱監視は通信方式としてWi-Fiを使用しましたが、Wi-Fi の場合、設置条件としてWi-Fiのアクセスポイントとの距離や階層の違い等、使用される環境によってWi-Fiの使用が困難なケースがあります。商用運用を考慮すると通信方式としてLTEが良いケースがありますため、使用するネットワーク環境と要件で使い分けをしましょう。