～ 目次 ～

• 1. 今回やりたいこと
• 2. 使った技術
  • 2.1. PWM制御
  • 2.2. シリアル通信
• 3. 使ったもの
  • 3.1. ソフトウェア
  • 3.2. ハードウェア
• 4. 回路図
• 5. スマホアプリ
• 6. プログラム（ソースコード）
• 7. 動作確認
• 8. サンプルファイル
• 9. 参考文献

1. 今回やりたいこと

　いやぁ～（※）新年(2023)一発目の投稿ですね!!（※いやぁ～は東北とか北海道の人が使いがちみたいで、私もその一人です笑。特に深い意味はないです笑）

　今回はスマホからラジコン用サーボモータを操作します!

　スマホでスライダを操作し、その操作量に応じてサーボモータの角度をコントロールしました。

　これを作るにあたって、PWM制御とシリアル通信という技術を使ったので、まずはその説明から始めます(^^)/

2. 使った技術

2.1. PWM制御

　PWMというのは Pulse Width Modulation の頭文字を取ったものです。日本語に直すとパルス（Pulse）幅（Width）変調（Modulation）となります。と言われてもあんまりしっくり来ないと思うので、図を使って説明します！

　下の図がPWM制御のイメージ図です。このカクカクした波形をパルス波といいます。このパルス幅を変える（図中ではTonの幅を変える）ことで、サーボモータの角度を制御するのがPWM制御です。

　具体的には、ONになってるところのパルス幅を1000~2000[μs]の間（メーカによって異なる¹が大体一緒）で変えて制御します。

　例えば、パルス幅が1000[μs]のときは右回転（角度：0°）、1500[μs]のときはニュートラル（角度：90°）、2000[μs]のときは左回転（角度：180°）となります。

2.2. シリアル通信

　1本の（伝送）経路上にデータを順番に流して通信する方法です。送れるデータの種類やビット数など細かい話はあるのですが、ここではイメージのみを説明します。

　例えば、“ラジコン"という文字を送りたければ、まず"ラ"を送ってから、“ジ”、“コ”、“ン"と順番に送ります（同時に送らない）。一見効率が悪そうですが、高速通信が可能です。身近な場面では、USBやBluetoothの通信に使われています。

3. 使ったもの

　作業にあたって使用したソフトとハードウェア（装置）を整理しておきます。

3.1. ソフトウェア

1. MIT App Inventor（スマホアプリ作成）
2. Arduino IDE（マイコン用のプログラム開発）
3. KiCAD（回路図の作成）

3.2. ハードウェア

1. 操縦用スマホ（送信機）：Moto g pro（Android 12）
2. マイコン（受信機）：ESP32-WROOM-32E
3. サーボモータ：Hitec DB777WP

（参考：以下の装置は、今回の話題でそこまで重要ではないです。）

• ラジコンカー本体：ECX Barrage 1.9（1/12スケールロッククローラRC）←お気に入りです!
• モバイルバッテリー：SANYO KBC-L54D (3.7V Li-ion 5400mAh ※INPUT,OUTPUT=5.0V) ←マイコンに電源供給
• 走行用バッテリー：Dynamite Speedpack (7.2V Ni-MH 700mAh) ←ESCに電源供給
• クローラ用ESC：TEKIN BXR ←ESCからサーボモータに電源供給

4. 回路図

　ESP32（マイコンボード）とサーボモータの接続です。

　サーボモータには線が3本あります。サーボモータの電源(+)端子に6[V]、PWM信号線に5[V]が入るように自由に回路を組み立ててください。GND(-)は共通にしてください。

　サーボモータのPWM信号線は、ESP32の（PWMが使える）好きな端子に繋げてください。このとき、ESP32の端子番号は確認しておきます（プログラム書くときに使う）。

　ここでは例としてラジコン用のスピードコントローラー（ESC）から、サーボモータ用の6[V]電源を取る回路を載せておきます(‘ω’)/

5. スマホアプリ

　MIT App Inventor を使って作ったスマホアプリです。

　スライダの位置によって、ラジコンカー側に送信するパルス幅を変化させます。パルス幅の値はBluetoothで無線送信します。

6. プログラム（ソースコード）

　Arduino IDEで作ったプログラムです。ラジコン側のESP32に書き込んで動かします。

　スマホから送られてきたパルス幅に応じて、サーボモータの角度をPWM制御で変化させます。スマホから送られてくるのは文字なので、数値に変換して制御に使ってます。

　プログラムの大まかな動きを説明すると、

1. シリアル通信で、パルス幅を文字としてスマホから受信（パルス幅"1000"なら⇒'1’と'0’と'0’と'0’という文字として取得）
2. 区切り文字（ここではセミコロン;）が来るまで文字を受信して、文字列に変換（‘1’と'0’と'0’と'0'⇒"1000”）
3. 文字列を整数値に変換（“1000"⇒1000）
4. 変換された数値でサーボモータをPWM制御

　シングルコーテーション（'）は文字、ダブルコーテーション（"）は文字列の意味です。

　PWM制御の方法²、文字列として受信して整数に変換する方法³ について紹介してくれている方に非常に感謝しています。ありがとうございます。

/**** アプリから受け取ったパルス幅でサーボを制御（サーボモータをPWM制御で動かしてみる。スマホアプリからサーボモータを操作）****/

/*ハードウェアの接続ピンの設定*/
#define SERVO_PWM_PIN 4    //サーボモータのPWMピン（信号入力ピン）をESP32の4番ピンに接続 ★回路と対応した番号にする

/*ライブラリ*/
#include "BluetoothSerial.h"  //ESP32のBluetooth通信に使用

/*変数の定義*/
int PWM_period = 20000;  //PWM周期をT=20000[μs]に設定
int CH1 = 1500;          //パルス幅Tonを1500[μs]（中立）に設定。データシートにはLeft=900[μs]、Neutral=1500[μs]、Right=2100[μs]と記載されていた。(HiTEC DB777WP)

/*Bluetooth通信に必要*/
BluetoothSerial ESP_BT;  //ESP_BTという名前でオブジェクトを定義

void setup() {
  pinMode(SERVO_PWM_PIN, OUTPUT);     //サーボモータのピンへ、Arduinoから出力するように設定
  Serial.begin(115200);               //シリアルモニタで確認用。伝送速度を115200[bps]に設定
  ESP_BT.begin("ESP32_RC_Receiver");  //接続画面で表示される名前を設定 ★好きな名前にしてよい
}

/*PWM制御でサーボモータの角度を制御する関数*/
void change_ST_pos(int goal_pos) {
  /*20000[μs]周期で幅CH1[μs]のパルス波生成*/
  digitalWrite(SERVO_PWM_PIN, HIGH);  //PWMピンの電圧を5[V]に
  delayMicroseconds(goal_pos);        //パルス幅(goal_pos=900~2100[μs]：DB777WPの場合)
  digitalWrite(SERVO_PWM_PIN, LOW);   //PWMピンの電圧を0[V]に
  delayMicroseconds(PWM_period);      //制御周期（T=20000[μs]）
}

void loop() {

  if (ESP_BT.available()) { //available()で受信した文字があるか確認。あればif文内の処理を実行。
    String input = ESP_BT.readStringUntil(';');  //文字をセミコロン(;)まで読んで、文字列として変数inputに保存。
    CH1 = input.toInt();  //文字列を整数値(int)に変換
    Serial.println(input); //数値をシリアルモニタに表示
  }

  change_ST_pos(CH1); //受信したパルス幅でサーボモータの角度を制御
}

7. 動作確認

　スマホのスライダを操作すると、それに応じてステア（ハンドル）が動いてます！

　スロットル（アクセル）も同時に操作できるようなれば、本格的なコントローラができそうです!!

8. サンプルファイル

　作成したアプリのデータはこちらになります。色々改良して遊んでみてください！

～ MIT App Inventorプロジェクトのファイル(.aia) ～

• RC_Controller_practice3.aia

～ Androidアプリのファイル(.apk) ～

• RC_Controller_practice3.apk

9. 参考文献