AVRマイコンでトンボの羽根の周波数

「テラフォーマーズリベンジ」PV第2弾

アニメ『TERRAFORMARS』(2014)
見ててテンポが悪いなあとは思いますが、昆虫に詳しくなるかも。ちなみに私は昆虫好きではないです。でも人の生活に欠かせない虫もいますね。虫がいなかったら、はちみつもシルクもありませんし、ハエだって益虫の素質あります。虫を研究することで人の生活も豊かになっていきますね。

もうクーラー付けなくても涼しくなり夜寝やすくなりましたね。しかし窓を開けていると、蚊が入ってきます。まだいますかっ。蚊取り線香やら、ベープマットやらアースマットやら焚くのは、部屋に匂いがこもるのが嫌なんですよねえ。無臭って書いてあっても、無臭の匂いがするんです。しかし対策せずに寝てしまうと、耳元で蚊の羽音がうるさくて起きてしまいます。
そこで匂いのしない音で、蚊を撃退する装置を作ろうと思います。蚊の天敵、トンボの羽音の周波数を出力する装置を作ります。今回は周波数を出力するだけですので、効果のほどはわかりませんけど。(たぶん効果は、ないと思います)

まずは回路。「Raspberry PiからAVR ATtiny85にIntel HEXを書き込む」のLEDの点灯確認をした回路のLEDを圧電スピーカーにしただけの適当回路です。使用するのは、同様にAVRTiny85マイコンです。プログラムの書き込みはラズパイから行います。

avr用にC言語をコンパイルするためにgccと他ツールをRaspberry PIにインストールします。

root@raspberrypi:~# apt-get install gcc-var binutils-avr avr-libc

トンボの音を作る前に、ちゃんとスピーカーが機能するか確認します。ドレミ〜を鳴らすプログラムを作りました。

root@raspberrypi:~# cat -n doremi.c
     1	#include <avr/io.h>
     2	#include <util/delay.h>
     3	
     4	#define OUTPORT 3
     5	#define C       261.626 /* ド */
     6	#define D       293.665 /* レ */
     7	#define E       329.628 /* ミ */
     8	#define F       349.228 /* ファ*/
     9	#define G       391.995 /* ソ*/
    10	#define A       440     /* ラ*/
    11	#define B       493.883 /* シ*/
    12	#define C2      523.251 /* ド */
    13	
    14	#define OTO(freq)       do{             \
    15	        int i,j;                        \
    16	        for(j=0;j<10;j++){              \
    17	        for(i=0;i<(freq/10);i++){       \
    18	                PORTB ^= _BV(OUTPORT);  \
    19	                PORTB ^= _BV(OUTPORT);  \
    20	                _delay_us(1000000/freq);\
    21	        }                               \
    22	        }                               \
    23	}while(0)
    24	
    25	int main()
    26	{
    27	        DDRB = _BV(OUTPORT);
    28	
    29	        OTO(C);
    30	        OTO(D);
    31	        OTO(E);
    32	        OTO(F);
    33	        OTO(G);
    34	        OTO(A);
    35	        OTO(B);
    36	        OTO(C2);
    37	
    38	        while(1)
    39	                ;
    40	}

プログラムができたら、ビルドしてHEXを作りますが、最初にmakefileを作っておくと楽です。

root@raspberrypi:~# cat -n makefile
     1	all:
     2	        avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85 -DF_CPU=1000000UL -c -o sound.o sound.c
     3	        avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85  sound.o   -o sound
     4	        avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex sound sound.hex
     5	
     6	write:
     7	        avrdude -p t85 -c linuxgpio -U flash:w:sound.hex

ビルドします。

root@raspberrypi:~# make
avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85 -DF_CPU=1000000UL -c -o sound.o sound.c
avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85  sound.o   -o sound
avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex sound sound.hex
root@raspberrypi:~#

マイコンへライトします。

root@raspberrypi:~# make write
root@raspberrypi:~#

焼いたAVRマイコンを冒頭にあるブレッドボードの回路で電池を繋げると、ドレミファソラシドの音階が聞こえてきました。ちゃんと鳴るようです。

では蚊の天敵トンボの羽音周波数を作ります。（羽音そのものではありません)
周波数については、
http://nakaikemi.com/konchufqgakki.htm
を参考にさせていただきました。トンボは20〜30Hzらしいので、真ん中の25Hzでスピーカーを鳴らすプログラムを作ります。

root@raspberrypi:~# cp sound.c dragon.c
root@raspberrypi:~# vi dragon.c
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

#define OUTPORT 3
#define DRAGON  25      /* トンボ */

#define OTO(freq)       do{             \
        int i,j;                        \
        for(j=0;j<10;j++){              \
        for(i=0;i<(freq/10);i++){       \
                PORTB ^= _BV(OUTPORT);  \
                PORTB ^= _BV(OUTPORT);  \
                _delay_us(1000000/freq);\
        }                               \
        }                               \
}while(0)

int main()
{
        DDRB = _BV(OUTPORT);

        while(1)
                OTO(DRAGON);

}

root@raspberrypi:~# cp makefile makefile-dragon
root@raspberrypi:~# sed 's/sound/dragon/g' -i makefile-dragon
root@raspberrypi:~#

ビルドします。

root@raspberrypi:~# make -f makefile-dragon 
avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85 -DF_CPU=1000000UL -c -o dragon.o dragon.c
avr-gcc -g -O2 -mmcu=attiny85  dragon.o   -o dragon
avr-objcopy -j .text -j .data -O ihex dragon dragon.hex
root@raspberrypi:~#

マイコンにライトします。

root@raspberrypi:~# make -f makefile-dragon write
avrdude -p t85 -c linuxgpio -U flash:w:dragon.hex

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Reading | ################################################## | 100% 0.00s

avrdude: Device signature = 0x1e930b
avrdude: NOTE: "flash" memory has been specified, an erase cycle will be performed
         To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "dragon.hex"
avrdude: input file dragon.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: writing flash (148 bytes):

Writing | ################################################## | 100% 0.08s

avrdude: 148 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against dragon.hex:
avrdude: load data flash data from input file dragon.hex:
avrdude: input file dragon.hex auto detected as Intel Hex
avrdude: input file dragon.hex contains 148 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:

Reading | ################################################## | 100% 0.07s

avrdude: verifying ...
avrdude: 148 bytes of flash verified

avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:62)

avrdude done.  Thank you.

root@raspberrypi:~#

さて、25Hzの音ですが、リアルに時々鳴るので、何かの昆虫が窓にひっかかってるかと思いました。ということで音が気になり過ぎて、効果確認は結局断念。
トンボは私の天敵でした。