LED付き押しボタンスイッチでオーディオミュートスイッチの試作

以前、在宅勤務用のオーディオミュートスイッチを作成する記事を書いた。
thom.hateblo.jp
このスイッチではミュート中にLEDが点滅し、ミュートの解除忘れを予防することができる。

今回作るもの

今回はLED付きの押しボタンスイッチを使って、同じようにミュートスイッチを作ってみようと思う。
なんだ、似たようなもんじゃないかと思われるかもしれないけど、前回とちがってスイッチの接点が違うので中の回路も少し工夫が必要だ。

スイッチの知識を少しだけ

スイッチが扱える回路数を極、接点数を投と呼ぶ。

一番シンプルなのは1極単投型である。

対して現在自作のミュートスイッチで使用しているのは4極双投型で、オーディオ信号のL・R・GNDとLEDに次のように繋がっていて、スイッチを切り替えるとオーディオがオフになってLEDが点灯する仕組み。

ちなみにこの構成だとミュート解除したときにブチブチっと大きなノイズが聴こえる為、実際はGND同士はスイッチを経由せずに繋ぎっぱなしにしている。よって3極双投スイッチで事足りる。

ただ回路数の多いスイッチは種類も限られてくるうえ、LED付きで気に入ったものは見つからない。
結局、今回は1極双投型のスイッチを使うことにした。

また、スイッチの挙動にはモーメンタム・オルタネートの二種類があり、今回はオルタネートタイプを使用する。
モーメンタムは押してる間だけON、指を離すバネで戻ってOFFになるタイプ。
オルタネートは押すとカチッとスイッチが入り、指を離してもONのまま。もう一度押すとOFFになるタイプ。

裏側は5接点あるが、うち2つは独立してLEDへ、3つは単極双投スイッチとなっている。

LEDは12Vタイプなので最大輝度で使用するには昇圧コンバーターが必要になる。

失敗1 トランジスタによるスイッチング

最初に考えたのはトランジスタによるスイッチングだ。

※入力抵抗を書き忘れたが実際には1kΩつけている。

実際に回路を組んでみた。緑のブレッドボードは前回の記事でメロディーを出力させるために使ったArduino入りブレッドボードだけど、今回は単に5V電源を頂戴するために拝借した。

すると不思議な事に、ミュートスイッチに繋いだヘッドフォンから微かにメロディーが聞こえてくる。電源しかとってないのに面白い現象だ。
音量は聴覚テストの一番聞き取りにくい音くらいで、幻聴かと思ったけど確かに聞こえる。
ちなみに写真のように電源のプラス側を外してGNDだけ繋いだ状態でもメロディーが聞こえる。なぜだ。。回路にすらなってないはずなのに。

ちなみに構成はこんな感じ。

Arduinoとミュートスイッチ間はGND一本でしか繋がっていないのでArduinoから仮にメロディーがGNDに乗っても電流の戻り道がなくてヘッドフォンから音が聴こえるなんてことはないはず。試しにオーディオインターフェースからのLINEを抜いてみたところメロディーは止まった。

まさか。。こんな感じで回路形成されてるのかな。。

ということで、トランジスタ版は失敗。
ベース→エミッタに流した電流は全部GNDに行くことはなく、やはりヘッドフォン側にも多少流れてしまうということだと思う。

失敗2 フォトカプラ

最近これは光でスイッチングするフォトカプラという部品を知った。下図で説明する。

これは回路Aに電流を流すと内部でLEDが発光し、右の受光素子の抵抗値が下がって回路Bが通電するという仕組みである。
回路Aと回路Bは導通していないので、ノイズが乗ることは無いと思われる。

しかし実験してみたところ回路Aの電流を最大定格近くまで増やしても回路B側の抵抗値が50Ωくらい残ってしまうことが分かった。
これだと音を流したときに抵抗値によってボリュームが下がってしまうので、フォトカプラを使うのは廃案となった。

成功 メカニカルリレー

最終的に、リレーを使うことにした。
リレーは電磁石の力で内部のスイッチを物理的にON・OFFする部品である。
電磁石は小学校の理科で習うのでイメージしやすいと思う。

回路もシンプルで、スイッチ・リレー・DC-DCコンバーターを1つずつ使うだけ。

試作中の風景。。配線がえらいことになってるけど、動いた。

そして線を短いジャンパーに置き換えて完成。

と、思ったんだけど、最後の最後で電源をブレッドボードに引いてくるときにプラスとマイナスを逆に接続してしまうという凡ミスで壊れて動かなくなってしまった。

単体テストしたところリレーとスイッチはセーフ。DC-DCコンバーターがやられたようだ。
リレーは後から調べたらコイル極性が無いタイプだったようで、助かった。
スイッチのLEDはDC-DCコンバーターが先に死んだために助かったものと思われる。

このDC-DCコンバーターは在庫処分で投げ売りされてたやつで、200円くらいだった記憶がある。
ということで、近々また買いに行こうと思う。

今後の課題

• ブレッドボードからプリント基板かユニバーサル基盤に移行する。
• ケースの作成

とりあえずこのあたりかなと思ってたんだけど、これよくよく考えたら定刻アナウンス用のラズパイのミュートスイッチなので、ミュート中の重要なリマインダーの聞き逃しが懸念事項となっている。ミュートを解除した際に再度同じアナウンスを流すような仕組みが欲しくなってきた。となると、Arduinoを仕込んでミュート状態を監視させるのが楽かなぁと思う。ラズパイのGPIOでもできなくはないけど、どうせUSBで5V持ってくるなら通信もまとめてしまいたいし、LEDの点滅用に考えていたアナログ回路もマイコン制御にしてしまえば要らなくなる。

さて、気づいたら4時半。眠くなってきたので今回はここまでとする。

以上

Arduinoで圧電スピーカーを使って東方 神々が恋した幻想郷を演奏

前回はラーメンのチャルメラを流すコードだったけど、今回はもう少し長めのメロディーを作ってみた。

作ったもの

作ったメロディーはシューティングゲーム、東方風神録の3面テーマ「神々が恋した幻想郷」。

折角なのでYouTubeにUploadした。（音が鳴るので注意）
youtu.be

知らない方向けに原作もご紹介。※私のプレイじゃないです。
youtu.be

配線は前回のチャルメラと同じ。

コード

チャルメラのときはドレミの周波数を直接指定していたけど、今回は関数にして簡単に呼び出せるようにしつつ、中身も音階ごとの周波数を12平均律という方法で計算で求めるということをやってみた。

ラの音が440Hzと定められているので、そこに2の12乗根をn乗するとn音階あがり、-n乗するとn音階下がる。
これをさらにm倍すると、mオクターブ上がり、mで割るとmオクターブ下がるという仕組み。

ド♯・レ♯とかは今回定義しなかったのでドレミファソラシの7音のみ定義。

const double FREQUENCY_PITCH = 1.0594630943593;
const double RA_FREQUENCY = 440;
const int DEFAULT_WIDTH = 200;
const int SOUND_PIN = 12;

void Do(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, -9) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void Re(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, -7) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void Mi(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, -5) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void Fa(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, -4) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void So(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, -2) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void Ra(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, 0) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}
void Si(float octave = 1, int sound_time = 1, int wait = 0){
  tone(SOUND_PIN, pow(FREQUENCY_PITCH, 2) * RA_FREQUENCY * octave, DEFAULT_WIDTH * sound_time); delay(DEFAULT_WIDTH * sound_time+wait);
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(2,INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(0,ramen_on,FALLING);
  pinMode(3,INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(1,ramen_off,FALLING);
  pinMode(12,OUTPUT);
  pinMode(13,OUTPUT);
}

void loop() {
  Ra();
  Do(2);
  Re(2,5);
  Do(2);
  So();
  Do(2);
  Ra(1,6);
  
  Ra();
  Do(2);
  Re(2,4);
  Fa(2);
  Mi(2);
  Re(2);
  Do(2);
  Re(2,5);
  
  Re(2);
  Do(2);
  Ra(1,1,1);
  So(1,5); //Something wrong happen here when I remove wait 1 at Ra just above.
  Re(2);
  Do(2);
  So();
  Fa(1,6);

  Re();
  Mi();
  Fa(1,3);
  So();
  Mi(1,3);
  Re();
  Re(1,8);

  Re(1,3);
  Re();
  Ra(1,2);
  So();
  Fa();
  Mi(1,3);
  Mi();
  Mi();
  Do(1,2);
  Ra(0.5);
  Re(1,12);

  Re(1,2);
  Mi(1,2);
  Fa(1,4);
  Fa();
  So(1,2);
  Ra();
  Ra(1,4);

  Ra(1,2);
  Si();
  Do(2);
  Do(2,2);
  Si(1,2);
  Ra(1,2);
  Do(2,2);
  Re(2,3);
  Re(2);
  Mi(2,4);
  
  Re(2,2);
  Ra();
  So();
  So(1,2);
  Fa();
  So();
  Re(1,6);

  Re();
  Mi();
  Fa(1,2);
  Mi(1,2);
  Re(1,2);
  Do(1,2);
  Re(1,4);
  Mi(1,4);
  
  Re(2,2);
  Ra();
  So();
  So(1,2);
  Fa();
  So();
  Re(1,6);

  Re(1,2);
  Mi();
  Fa();
  Fa(1,2);
  Mi();
  Fa();
  
  So(1,2);
  Fa();
  So();
  Ra(1,2);
  Si(1/FREQUENCY_PITCH,2);
  Ra(1,10);
  
}

void ramen_on(){
  digitalWrite(13,HIGH);
}

void ramen_off(){
  digitalWrite(13,LOW);
}

苦労した点

音階データ(ドレミ)はすぐ見つかったけど、長さが分からないので苦労した。
楽譜なんてものはもちろん読めないし。

使った方法が、一旦すべての伸ばし音を短く切って、各音を同じ長さで歌いながら確認するという手法。

たとえばこの曲の始まりはこんな感じなんだけど、
「ラドレーーーードソドラーーーーー」

「ラドレレレレレドソドララララララ」という風に歌いながら机でも叩いて、叩いた回数を数えれば、何個分伸ばせばいいか分かる。

あ、昼休み終わってしまったので以上。

Arduinoのスイッチ割り込みでチャルメラ(ラーメンのあれ)のON/OFF ～トランジスタによるスイッチング～

前回は絶対に起きられるアラームの構想について書いたが、今回はその実装に向けた要素技術の実験。
thom.hateblo.jp

要素技術ってなんか大層な響きだけど、そんなに大げさなものではなく、スイッチの割り込み処理である。
特に他に呼びようがないのでそう呼んでるだけ。

割り込み処理とは

Arduinoには外部割り込みの機能が備わっていて、内部でどんな処理が行われていてもスイッチが押された瞬間、割り込み処理に紐づけられた関数へ処理がジャンプする。そして割り込みが終わると元の作業に戻る。

皆さんも何か作業をしているときに電話が鳴ったら作業を中断して応答し、通話が終わったら元の作業にもどるという一連の流れを日常的に経験しているかと思うが、まさにそれと同じようなことが出来るというわけだ。

この機能を使わないと、ボタンを押してもメイン処理が終わるまで反応しないという応答性の悪いプログラムが出来てしまう。

今回作るもの

スイッチAを押すとスピーカーがオンになりチャルメラが聴こえてくる。
スイッチBを押すとスピーカーがオフになりチャルメラが聴こえなくなる。

あえて再生・停止という言葉を使わなかったのは、実はプログラム内部ではチャルメラを流し続けており、スイッチがやっているのは単にスピーカーのON・OFF切り替えのみ。なのでスイッチAを押しても最初から再生されるとは限らず、高い確率でメロディの途中から聞こえてくる。

完成品

コード

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(2,INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(0,ramen_on,FALLING);
  pinMode(3,INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(1,ramen_off,FALLING);
  pinMode(12,OUTPUT);
  pinMode(13,OUTPUT);
}

void loop() {
  tone(12, 392, 200); delay(200);
  tone(12, 440, 200); delay(200);
  tone(12, 494, 800); delay(800);
  tone(12, 440, 200); delay(200);
  tone(12, 392, 200); delay(800);
  tone(12, 392, 200); delay(200);
  tone(12, 440, 200); delay(200);
  tone(12, 494, 200); delay(200);
  tone(12, 440, 200); delay(200);
  tone(12, 392, 200); delay(200);
  tone(12, 440, 1000); delay(1000);
}

void ramen_on(){
  digitalWrite(13,HIGH);
}

void ramen_off(){
  digitalWrite(13,LOW);
}

メロディーはこちらのサイトからいただいた。
physics.cocolog-nifty.com

説明

まずArduinoはメインループの中で常にピン12番に対してチャルメラを流そうと電圧をかけ続けている。
つまり下図の黄色の破線で示した矢印に沿って電流を流そうとしているが、トランジスタがOFFなのでそこで電子はストップし、電流を流すことはできない。

ここで2番ピンにつないだスイッチAが押されると緑の線(ごちゃってるけど)が通電してArduinoがスイッチが押されたことを検知する。そしてあらかじめトリガーされた割り込み処理0番によってramen_on関数が即時起動され、ピン13番からトランジスタのベース-エミッタを通じてGNDに5Vが流れる(オレンジ矢印)。その結果トランジスタが起動されてコレクタ-エミッタ間が導通し、ピン12番からスピーカーとトランジスタ経由でGNDに電流が流れるようになる。つまりチャルメラが聴こえるようになる。

基本的にスイッチBのオフ処理も同じことをやっているだけである。

Arduino UNOの割り込み処理で使えるピンは2番と3番のみらしく、それぞれ割り込み処理番号0番と1番に対応している。

以上が基本的な流れである。

この後の改良案としては、フラグ処理を組み合わせてスピーカーOFFのときはチャルメラ自体を止めるということをやろうと思う。
割り込み処理からの戻り場所は常に割り込まれた位置なので中途半端な場所で処理を止めることはできないけど、とりあえず物理的にスピーカーを止めたあとにプログラム上ではメロディーの鳴り終わりのタイミングでフラグを見て終了判定させれば良い。
そこはごく単純なアルゴリズムの話なので今のところ別に記事にしなくても良いかなと思っている。

以上

Arduinoを使った絶対起きられる目覚まし時計の構想

Arduinoを使って絶対に起きられる目覚まし時計を作ろうと思い、とりあえずアイデアだけ書きだしてみる。
こんな記事を書くとまるで私が寝坊の常習犯であるかのような印象を持たれるかもしれないが、ここ数年は1度も寝坊していないはず。

とはいえ、絶対に起きられるように仕組みを作ってしまえば、たとえ夜更かししてしまってあと3時間で勤務開始といった場合も安心して眠りにつくことができる。20代の頃は起きれるか心配ならそのまま徹夜を選ぶことも多かったけど最近は少しでも寝ておかないとキツイ。

既製品への不満

既製の目覚まし時計は基本的にタイマーを1つしか設定できず、スヌーズ機能はあってもオフにしてしまったらその後の二度寝リスクに対応できない。
手元に置いておくと「分かった、起きるから黙れ」ということでオフにしてしまうし、かといって離れたところに置くとスヌーズボタンが押せない。

アイデア

ということで考えたのがコレ。

汚い絵で申し訳ないが、これは普段就寝しているロフトベッドを横からみた図である。
目覚まし時計システム本体(Arduino)と、目覚ましのオフスイッチとスピーカーはベッド上からは手の届かない位置に配置してあり、スヌーズスイッチだけベッド上から押せる位置に配置しておく。
こうすればベッド上からはスヌーズできて、降りないとオフにできない仕組みが完成する。

しかしこれでも降りた後にまたベッドに上って二度寝するリスクがある。そこで人感センサーを取り付け、枕に頭をつけると強制的にアラームが再度セットされる仕組みを考えた。

実装の為の要素技術

Arduinoで音を鳴らす

Arduinoには圧電スピーカーを鳴らすtoneという命令が標準で備わっているので、これは比較的簡単に実現できた。

Arduinoでスイッチの割り込み処理

こちらは割と工夫が必要になりそうだ。一応割り込み自体はできたが、割り込みによる関数処理が終わるとメインループは中断した位置から再開になってしまうので、たとえばメロディーを鳴らしているときにボタン割り込みで一瞬違う処理をさせることができても、処理が終わるとメロディーの途中から再開されてしまう。
今回作りたいのはスヌーズスイッチ・ストップスイッチなので、フラグ変数などでうまくコントロールしてやらないといけなさそうだ。

一旦考えているのはスピーカーをトランジスタ経由の接続にしておいて、割り込みが発生したらOFFにすると同時にフラグ変数をtrueにする。
そしてメロディーの最後にIf文でメロディーループを抜けるという処理。

こうすればボタンを押した瞬間にメロディーを止められると思う。

Arduinoで時刻取得

これにはリアルタイムクロックモジュールという外付けモジュールが必要になるようだ。
Amazonで発注済だけど、使い方はまだ何も分かってないのでとりあえず届いてからのお楽しみ。

実装の予定は

ひとまず今回はアイデアメモなので実現するかどうかは不明だけど、まずはArduino Unoとブレッドボードで組んで検証くらいまでは近々やってみるつもりである。

以上

トランジスタアレイ(TD62783APG)を使ってコンパクトな回路で8個のLEDをON・OFFする

前回の記事でベッドサイドランプをArduinoで制御する話を紹介したが、回路自体はシンプルなのに配線にかなり手間取った。

もう少しコンパクトにならないものかと色々調べていたところ、トランジスタアレイを使うという結論に行きついた。
トランジスタアレイにはトランジスタが複数入っており、入力抵抗も備わっている。
つまり以下のトランジスタとその入力抵抗を1つの部品で置き換えることができる。

ただ今回は既に基盤もできていることだし、今更やり直すということはせず、次回に活かせるように実験にとどめておく。

さて、トランジスタアレイにはソースタイプとシンクタイプがある。
ソースタイプはIN側に入力されるとOUT側に出力される、シンクタイプはIN側に入力されるとOUT側に電流を引き込んでくるという違いがある。

図で説明してみる。下図のAがIN側、BがOUT側だとする。
VCCは12Vの電源に接続されているが、これだけではどこにも電気は流れない。

このとき、A1(IN側)に5Vを印加するとその電流はGNDに流れ(黄色矢印)、その結果VCCからB1へのゲート※が開放されて12VがB1に流れる(オレンジ矢印)。

※ここで言ってるゲートは、イメージしやすくするための単なる比喩です。MOSFETのゲートとは関係ありません。このあとの説明も同様です。

ちょうど青いピン(B側)が電源ソースになるため、このトランジスタアレイをソースタイプという。

シンクタイプはその逆で、ちょうど台所の流しのように電流を吸い込むように動作する。
こちらも図で説明してみる。下図のA側がIN、B側もINである。
B1～B8に向けて12Vが印加されているが、電流はその先どこへも行けないのでLEDは消灯している。

ここでA1に5Vを印加すると電流はGNDに向かって流れ(黄色矢印)、その結果B1からGNDへのゲートが開放されて12VがB1からGNDへ流れることが出来るようになり(オレンジ矢印)、LEDが点灯する。

これがシンクタイプ。右上のCMNについては勉強中。大電流からICを保護するために電源に繋ぐらしいけど、つなぎ先はまだ知らない。LED程度ならどこにもつなげなくても動作するはず。

今回ソースタイプはTD62783APG、シンクタイプはTD62083APGというトランジスタアレイを購入。
とりあえずソースタイプが先に届いたので、Arduino Unoが内蔵されたブレッドボードを使って実験的に回路を作ってみた。

動いている様子がこちら。

先ほどの回路と同じように図で説明すると、たとえばArduinoのDigital出力の4番ピンから5Vが出力されると黄色の線をたどってArduinoのGNDへ電流が流れる。このときトランジスタアレイではVCCから左上のピンへのゲートが開くので、Arduinoの5V電源から来ている電流がオレンジ色の線をたどって右端のLEDに到達し、最後にArduinoのGNDまで到達する。

Arduino側のコードはこんな感じ。
1秒ごとにピンの4番から11番へ順番に電流を流すように切り替えている。

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  for(int i=4;i<=11;i++){
    pinMode(i, OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  for(int j=4; j<=11;j++){
    digitalWrite(j, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(j, LOW);
  }
}

このコードとさっきの動作GIFアニメーションを見比べて、あれ？と思った方。
その違和感は正しい。

GIFにしたときのフレーム落ちもあるんだけど、あきらかに各LEDは点灯というより点滅している。

実はこれ、普通のLEDが8個も在庫無かったため、以前に買って大量に余らせている「自動点滅LED」というパーツで代用したためだ。電流を流しっぱなしでも勝手に点滅してくれるLED。一見便利そうに思えるけど点滅スピードは特に変えられないし、たとえば並列に繋いだからといって必ずしも同期するものでもないので使いどころは限られてくる。

実験用のLEDとしては、秋月電子で購入できる抵抗入りLEDが便利かなと思ったので今度買ってみようと思う。

今回購入したトランジスタアレイ

ソースタイプ

【5個入】トランジスタアレイ TD62783APG 東芝製 8chソースタイプDMOS 日本国内から発送

シンクタイプ

トランジスタアレイＴＤ６２０８３ＡＰＧ（８回路入りダーリントンシンクドライバDIP）2個

本編は以上

おまけ

今回の記事の副産物だけど、パワポの2013以降で使える、画像の目立たせたいところだけを強調する方法。

ベッドサイドランプを改造してArduinoで制御～実装完了～

前回の続きで、Arduinoからの制御に成功したので記事にすることにした。

基板はこんなかんじ。

材料

ユニバーサル基盤

UB-THN03「薄型ユニバーサル基板」サンハヤト㈱

これはサンハヤト社から出ている、ハサミでカットできる薄型の基盤。

DCジャックと12v ACアダプター

元の製品から拝借。

DC-DC 降圧コンバーター

VKLSVAN 10個入り ミニ 3A MP1584EN MP1584EN DC-DC降圧コンバータモジュール 4.5V-28V入力→0.8V-20V 降圧電圧レギュレータ 電源調整可能

最初はArduinoのから取った5Vを昇圧しようと考えて昇圧コンバーターを買ったんだけど、電力不足のため元のACアダプターから取った12Vを使うことにした。
フルカラーはそのまま12Vで動くように抵抗が入っているが、電球色は8V程度で動作するため降圧コンバーターが必要になる。

トランジスタ

NPN型バイポーラトランジスタ　2SC1815 BL　× 4個

シリコントランジスター　2SC1815-BL　10個

抵抗器

1kΩの金属皮膜抵抗

電子ワイヤー

適宜

回路図(もどき)

本当は厳密にルールが決まっているんだけろうけど、知識がないので記号だけ拝借。

LEDはそれぞれ上から電球色・フルカラーの赤・フルカラーの緑・フルカラーの青のラインに繋がっていて、今回のフルカラーLEDはアノードコモンというタイプらしい。アノード側(+)が共通(Common)でカソード側(-)が分岐しているタイプである。

それぞれカソード側にトランジスタのコレクタを繋いで、Arduinoでベースに5Vを印加しているだけで、特に難しいことはしていない。
PWMに対応したピンを使えばanalogWrite命令でPWM調光もできるのである程度色を制御できる。
ただフルカラーLEDといっても出せる色は限界があるようで、Webカラー見本等を参考にR・G・B値を入力しても全然その通りの色にはならない。
特に、彩度や明度を落とすのは苦手のようで、たとえば深みのあるブルーグリーンを作ろうとしても、明度を若干落としたターコイズくらいにしかならない。
少し残念ではあるけど、それでも元の製品よりは細かく色を調整できるようになったので嬉しい。

Arduinoコード

割と適当なサンプル。暗めのブルーグリーンを作ろうとしてターコイズになったコード。

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(6, OUTPUT); //電球色
  pinMode(9, OUTPUT); //赤
  pinMode(10, OUTPUT); //緑
  pinMode(11, OUTPUT); //青
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  analogWrite(10, 100); //0～255で明るさを指定する。
  analogWrite(11, 15); //0～255で明るさを指定する。
}

今後の展開

特に記事にする予定はないけど、いつも通り常時稼働させているラズパイからシリアル通信経由で動かそうと思っている。
そうすれば時刻やその他の環境によって色や明るさを変えたりといった制御がPythonスクリプトで簡単に実現できる。

しかしそろそろラズパイ1台になんでも集中させすぎて怖くもなってきた。
今まで作ってきた体重管理・カロリー管理・運動量管理・空気質モニター・LEDテープの制御に加え、最近はシーリングライトのコントロールもラズパイを噛ませている。更に今回のベッドサイドランプの制御もラズパイでやるので、まさに単一障害点である。もう少し分散化させた方がよさそうだなと思う今日この頃である。

以上

ベッドサイドランプを改造してArduinoで制御～準備編～

今回はAmazonで購入したベッドサイドランプを改造してArduinoで制御できるように準備してみた。
完成してから記事にするのがベストなんだけど、あえて準備までとしたのは、書く気になってるうちに書いてしまおうという魂胆である。

改造のベースとして使用したのはこちら。

【最新タッチセンサー式】ベッドサイドランプ テーブルランプ ナイトライト 調光調色 暖白+RGB変換ライト 間接照明 インテリア 常夜灯 授乳灯 連続照明 目に優しい おしゃれ ギフト 雰囲気作り日本語説明書付き

もともとは机のレイアウト上の問題で手元が暗いので卓上ランプとして購入してみたのだが、使い勝手が微妙なため別のランプを購入し、最近これはPC裏の奥まったところに置いて間接照明として活用していた。

しかし困ったことに、奥まったところに置いてしまうと天面のスイッチを操作するのが困難になる。夜間はOFFにしたいのだ。

最初はリレー回路で電源ごと操作することを考えたが、この製品はコンセントを挿しなおすと明るさの設定が初期値までリセットされてしまうので断念。
また、折角カラーLEDが内蔵されているのに色を固定する機能が無く、色は時間経過で勝手にローテーションしてしまう。このためカラーを使うことはもともと諦めていたのだが、Arduinoで制御できるのであれば好きな色で固定することも可能だ。(訂正：もともと色指定できるらしい。使い方が悪かったようだ。)

そこで今回は、この製品の改造にトライしてみることにした。

とりあえず分解した写真。

うーむ、なるほど。
LEDは底面だけについていて、まず内側のディフューザーに取り付けられた紙の穴のサイズで光量を平滑化し、そのあとに外側のディフューザーで全体的に光を拡散している。これはなかなかうまい作りである。

そしてLED基盤をよく見ると、外からアクセスできそうなランドが見つかる。これはおそらくモジュールの単体テスト用に設けられたランドと思われる。

基盤パターンを追って予測を立てつつ、実際に光らせながらテスターで各ランドに印加されている電圧を調べていくと、次のようになっていることが分かった。

上図のランドの色	用途	電圧
黒	電球色のGND
黄	電球色のVCC	7～8V
赤	RGB-LEDの赤用GND
緑	RGB-LEDの緑用GND
青	RGB-LEDの青用GND
白	RGB-LEDのVCC	12V

つまり元々ついてるコントロール基盤は使わずに破棄してしまい、LED基盤に直接外部から電気を流せば光りそうだ。
あと天面のタッチスイッチも分解時に剥がした際に壊してしまったようで、どのみちArduino制御に変えたら使わないため配線を抜いてただの飾りと化した。

さて、ということではんだづけ。

配線にはこちらのAWG28相当のコードを使用した。

耐熱電子ワイヤー イラックス A 住友電気工業 絶縁電線 １m10色　0.08sq 導体外径0.36ｍｍ(AWG28相当）

AWGというのは導体の直径を表す規格で、この値によって許容電流が決まってくる。※被膜の直径とは別なので注意
https://www.batteryspace.jp/html/page28.html

AWG28は最大1.4Aとのことで、この製品の表示では電球色が6Wなので6W÷8V = 0.75A、RGB-LEDが12Vで3Wなので3W÷12V= 0.25A。
製品表示はコントローラーの電力込みの表示なので、実際には更に電流は下がる。かなり細いケーブルだけど全く問題ないことが分かる。
まぁそんな計算しなくても、この製品のInputが12V/1Aとなっているので、そもそも1.4A許容のケーブルなら全電力1Aが1本に集中しても問題ないわけだが、もともと専門外の工作なのでとにかくビビる。こんな細い線で、こんな強い光のLEDに電気流して大丈夫か。。燃えだしたりしないか？とか。

だから念には念を入れて、問題ないことを確認する。安全のためには慎重すぎるくらいでちょうどいい。

さて、はんだ付けが終わったら再度組み上げてテスト。

細いケーブルを選んだおかげで6本すべて、コントロール基盤を排除したあとのACアダプタの差し込み口から引きだすことができた。かなり収まりが良い。

テストには直流安定化電源を使用した。

※カメラのシャッタースピードの関係で電源電圧がうまく表示されてないけど、全部12V。

ここまででできれば、あとはArduinoで制御できる。
PWM制御という、人間の目で分からないくらいのスピードで電流のON/OFFを繰り返す方法があるのだが、このPWMで各色の明るさを調光することで元の製品より扱える色数も増えると思う。

12Vと8VについてはArudinoから取り出した5Vを以下の可変昇圧コンバーターでどうにかしようと考えている。

VKLSVAN 10個 2A DC-DC ブーストステップアップ 転換モジュール Micro USB 2V-24V to 5V-28V 9V 12V 24V MT3608コンバータ

今回はここまで。次回に続くかどうかはとりあえず気分次第ということで。。