礼儀正しいドライバーに感謝を伝える - Arduino MKR1000で作る車載メッセージ表示システム

必要な部品と材料

Arduino MKR1000	×1
SparkFun Bluetooth Modem - BlueSMiRF Silver	×1
Adafruit 4チャネル I2C対応 双方向ロジックレベルコンバーター (BSS138)	×1
Adafruit フレキシブル DotStar マトリックス 8×32 (256 RGB LED)	×1
Adafruit 4ピン JST SM プラグ + レセプタクル ケーブルセット	×1
DC 2.1mm バレルコネクター	×1
ACアダプター 5V 4A	×1
メスヘッダー 4ピン (2.54mm)	×1
ブレッドボード（汎用）	×1
プロジェクトボックス（全部品+Bluetoothの高さが入るサイズ）	×1
1/4″ × 4.5″ × 15″ バルチックバーチ合板	×1
木工用両面テープ 1″ × 50′	×1

必要な工具と機械

• はんだごて
• グルーガン
• フォースナービット（木工用ドリルビット）
• 電動ドリル
• サンドペーパー（120番手、エッジ処理用）

使用アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE
• Virtual Shield for Arduino
• Adafruit DotStarライブラリ

プロジェクト概要

運転中、周囲のドライバーとより意味のあるコミュニケーションを取りたいと常々思っていました。ライトの点滅、手を振る、クラクション、急ブレーキなどは、いずれも粗雑なコミュニケーション手段に過ぎません。

きっかけはジェームズ・ボンド映画のオープニングシーン。リアウィンドウにテキストが表示されるアストンマーティンを見て、「自分の意思をテキストで後続車に伝えられたら」と考えました。

MKR1000のセットアップ

MKR1000はプレリリースボードで公式ドキュメントがなかったため、HacksterのガイドとArduinoフォーラムのプライベートセクションを参考に、Arduino IDE 1.6.9 hourly buildを使用して環境構築しました。

必要なライブラリ：Adafruit DotStar、Adafruit DotStarMatrix、Adafruit GFX、ArduinoJson、Windows Virtual Shields for Arduino

電圧レベル変換の重要性

MKR1000は3.3V動作です。5V許容か不明なため、安全のためAdafruitの4チャネル双方向レベルシフターを使用しました。BluetoothモジュールとDotStarマトリックスは5V動作を好みます。

各コンポーネントの動作確認

1. DotStarマトリックス: ヘッダーピンを半田付けし、SPIピン（SDA=11、SCL=12）に接続。「matrixtest」サンプルで動作確認
2. Virtual Shield（Bluetooth）: GitHubの手順に従い、TX/RXピン（14、13）で接続。スケッチアップロード時のTX/RX切断も不要になっていました

コード解説

主要インクルード

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_DotStarMatrix.h>
#include <Adafruit_DotStar.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <VirtualShield.h>
#include <Text.h>
#include <Graphics.h>
#include <Recognition.h>
#include <Colors.h>

マトリックスとシールドの初期化

Adafruit_DotStarMatrix matrix = Adafruit_DotStarMatrix(
  32, 8, DATAPIN, CLOCKPIN,
  DS_MATRIX_TOP + DS_MATRIX_LEFT + DS_MATRIX_COLUMNS + DS_MATRIX_ZIGZAG,
  DOTSTAR_GBR);

const uint16_t colors[] = {
  matrix.Color(255, 0, 0), matrix.Color(0, 255, 0),
  matrix.Color(0, 0, 255), matrix.Color(255, 0, 255),
  matrix.Color(255, 0, 106), matrix.Color(255, 255, 255)
};

VirtualShield shield;
Graphics screen = Graphics(shield);
Recognition speech = Recognition(shield);

setup()関数

void setup() {
  matrix.begin();
  matrix.setTextWrap(false);
  matrix.setBrightness(40);
  matrix.setTextColor(colors[0]);
  DisplayText("Initializing...", 4, 10);

  shield.setOnRefresh(refresh);
  speech.setOnEvent(onSpeech);
  screen.setOnEvent(screenEvent);
  shield.begin(); // Bluetooth 115200 bpsで開始
  DisplayText("Initializing...finished", 3, 10);
}

メインループ

void loop() {
  shield.checkSensors(); // イベントチェックとコールバック実行
}

画面リフレッシュ時（ボタン配置）

void refresh(ShieldEvent* shieldEvent) {
  screen.clear(ARGB(123,86,204));
  thanksId = screen.addButton(10, 50, ". Thank you .");
  welcomeId = screen.addButton(10, 100, ". Welcome .");
  turnLeftId = screen.addButton(10, 150, ". Left .");
  stoppingId = screen.addButton(175, 50, ". Stopping .");
  startingId = screen.addButton(175, 100, ". Starting .");
  turnRightId = screen.addButton(175, 150, ". Right .");
  backoffId = screen.addButton(10, 225, ". Back Off .");
  calling911Id = screen.addButton(10, 290, ". Calling 911 .");
}

ボタン押下時の処理

void screenEvent(ShieldEvent* shieldEvent) {
  if(screen.isPressed(thanksId)) DisplayText("Thank You", 5, 100);
  if(screen.isPressed(welcomeId)) DisplayText("You're welcome", 2, 100);
  if(screen.isPressed(backoffId)) DisplayText("Please back off", 4, 100);
  if(screen.isPressed(stoppingId)) DisplayText("...stopping...", 0, 100);
  if(screen.isPressed(startingId)) DisplayText("...starting...", 1, 100);
  if(screen.isPressed(turnLeftId)) DisplayText("Turning LEFT", 3, 100);
  if(screen.isPressed(turnRightId)) DisplayText("Turning RIGHT", 3, 100);
  if(screen.isPressed(calling911Id)) DisplayText("Calling 911", 0, 100);
}

テキストスクロール表示関数

void DisplayText(String message, int colorIndex, int currDelay) {
  int x = matrix.width();
  int maxX = -1 * (message.length() * 5 + message.length());
  matrix.setTextColor(colors[colorIndex]);
  while(x > maxX) {
    matrix.fillScreen(0);
    matrix.setCursor(x, 0);
    matrix.print(message);
    --x;
    matrix.show();
    delay(currDelay);
  }
}

エンクロージャの製作

マトリックスより大きめの箱を用意し、バルチックバーチ合板をカット。フォースナービットでコネクター用の穴をあけ、両面テープで固定。24時間重しを置いて確実に接着しました。

電源設計

全LED点灯時は約7.5A必要ですが、スクロール表示なので同時点灯は少なく、5V 4Aアダプターで十分です。車載用にはACインバーター経由で家庭用アダプターを使用しました。

車両への取り付け

吸盤とバンジーコードでリアウィンドウに固定を試みましたが、改良の余地があります。

コード

GitHub: https://github.com/pulcher/mkr1000_challenge

回路図

MKR1000はマイコンのみ（実機未リリース時の回路図）