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Arduinoで『暗がり補助・誘導イルミネーション』を作る

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Arduinoって?

Arduinoで『暗がり補助・誘導イルミネーション』を作る

Arduinoで『暗がり補助・誘導イルミネーション』を作る

フォトレジスタと人感センサーを使ったイルミネーション
2017/12/06

 Arduinoを使って『暗がり補助・誘導イルミネーション』を作るページ。

 例えば、夜、電気を消した部屋の足下やベット下、廊下、通路、トイレ付近など電気をつけるほどでもないが、人が通る時には、ちょっとした明かりは欲しい、人がいない時は不要だから常夜灯ではなく、といった際に足下などを照らすためなどに。

 また、玄関先や庭、ベランダ・バルコニーなどなら、家人や通行人に反応して点灯や点滅させることで照明、装飾、更に必要に応じてブザーなどと併用することで防犯装置としても使うことができるだろう。

 灯りには、ライトやランプでもよいが、時期的にクリスマスらしく?ここでは、LEDテープ、LEDストリング、LEDストリップなどと呼ばれるテープ状やケーブルにLEDが複数連なったものと光センサや人感センサなどを使うものとする。

夜間・暗闇補助イルミネーション 100円ショップLEDストリング版

夜間補助イルミネーションOFF

 イルミネーションOFF。

 明るい時、人がいない時には、点灯しない。

夜間補助イルミネーションON

 イルミネーションON。

 暗くて、かつ、人がいる、通過する時に点灯する。

 ここでは、イルミネーションには、とりあえず、100均ダイソーのLED 10灯 常時点灯タイプ グリーン1色(全長約1500mm,1.5m)の電池ボックスを外して(ケーブルを切って)使ってみた。

 ただ、眺める分には綺麗だし、長さもそこそこあるが、LED数も少なく、予想通り、補助灯にするには、光量が不足気味であるため、実用的には、電圧(電流)を上げるとか、LEDもパワーLEDを連ねるか、LEDストリング(LEDストリップ、LEDテープ...etc.)を使う必要があるだろう。

 LEDテープには、メートルあたりのLED数、単色・点灯のみから点滅できるもの、更には付属リモコンでLEDの色や点灯・点滅パターンを8種類前後の選択できるもの、電源は、DC12Vが多いようだが、DCプラグ出し、ケーブル出しだけのものやDCアダプタ付きのものなどいろいろあるので用途や好みに合わせて選ぶとよいだろう。

 また、テープ状のものは、往々にして数cm程度の長さごとに途中で切断できるものが多く、一端のみにケーブルが出ているもの、2分割を想定し、両端に出ているものなどがあるが、もちろん、切って既存の取り出しケーブルと分断した部分については、自分でケーブルをハンダ付けするなどする必要がある。

 このように各種あるわけだが、値段的には、数百円〜2000円前後程度のものが多いようだ。

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AVAWAY USBLEDテレビバックライトキット高輝度テープライト防水防塵 RGB 5050 LEDライトストリップ24キーを備える コネクタPCノートブックの装飾 目の疲れを取る切断可能(24キーリモコン) (1m)

LEDストリップライト多色SMD 5050 RGBWフレキシブルLEDリボン5メートル16.4フィート300 LED + 40キーIRコントローラ+ 12V5A DC電源アダプタ(防水)

 電源は電池などでも良いが、ここでは、ACアダプタ接続USB充電器を想定、3.3V/5Vなら、そのまま、それ以上(12Vなど)なら昇圧モジュールやUSB 5V-DC 12V変換ケーブルなどを介してArduinoボードを接続するものとする。

 光センサには、CdSやフォトダイオード、これらを搭載したモジュール、人感センサには、3〜7m程度の感度、検出後の電圧出力時間などをポテンショメータで調整可能だが、センサカバー部を露出させる必要のある焦電センサや、そのままでは調整はできないが、ある程度の物質を介しても反応し、センサを隠蔽できるマイクロ波レーダーなどのチョイスが考えられるだろう。

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EasyWordMall Arduino Pro Mini互換ボード Atmega328 5V 16MHz

Rasbeeオリジナル FT232RL互換 3.3V/5V FTDI/USB/TTL変換アダプタ

KKHMF Arduino Nano Ver 3.0互換ボード ATmega328P CH340G 5V 16MHz

Rasbeeオリジナル HC-SR501互換 IR/赤外線モーションセンサー 人感センサースイッチ

KKHMF マイクロ波レーダーセンサーRCWL-0516スイッチモジュールヒューマンインダクションボード検出器

EasyWordMall 10個 GL5539 5mm 5539 光感応抵抗 光電スイッチ 光検出器

KKHMF フォトレジスタ 感光性センサーモジュール

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Rasbee DC-DC 2A 昇圧モジュール 2V-24V to 5V-28V

Rasbee 400穴 ブレッドボード 8.5*5.5cm 1個

HiLetgo 400穴 ブレッドボード 8.5*5.5cm 5個セット

HiLetgo 400穴 ブレッドボード 8.5*5.5cm 10個セット

Rasbee SY-170 ミニブレッドボード カラフルブレッドボード 5個

HiLetgo ジャンパーワイヤー(オス-オス) 20cmx40本 5セット

Rasbee ジャンパーワイヤー(オス-オス) 各種長さx65本

HiLetgo 37センサーモジュールアソートキット/Arduino開発スターターキット

 仮に1000円ほどのLEDテープを使うとして、Amazonマーケットプレイス激安店価格でいけば、Nanoが、350〜400円、人感センサが140〜200円程度、光センサが約100円、昇圧モジュールかUSB-DC変換ケーブルをおよそ200円、ブレッドボードで済ますとしたらジャンパワイヤ含め、200円弱、Nano用ミニUSBケーブルや筐体とするケースは100均で買うとすればそれぞれ108円で216円、ACコンセント接続USB充電器(Android用)もダイソーなら216円、締めて2500円ちょっとといったところか。

 より安価なLEDテープを使えばマイナス200〜300円、場所や用途によって100円ショップのLEDストリングでもいけるなら、マイナス800〜900円程度にはなる。([2018/01/30:追記]後述の通り、100円ショップのLEDストリングを使うまでもなく、もっと安価な1400円弱でできそう。)

const int cds = 5;
const int pir = 6;
 
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  int cdsin = digitalRead(cds);
  int pirin = digitalRead(pir);
  if(cdsin && pirin) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
    delay(1000);                       // wait for a second
  } else {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
    delay(1000);                       // wait for a second
  }
}

 ラフスケッチは、これだけ。

 回路は、ArduinoボードにNano、CdSモジュール搭載の光センサ4ピンのD0をD5、赤外線焦電・人感センサHC-SR501のOUTをD6、それぞれVCCを5Vか3.3V、GND-GND、ボードLEDに割り当てられているD13のHIGH/LOWを切り替えるものとし、D13からLEDストリングのプラス、マイナスをGNDに接続。

 ちなみに、この検証の構成ならセンサ、LEDともに5Vのみならず、3.3Vでも機能した。

 今回は、消費電力抑制を全く考慮しておらず、スリープもしていないが、検証のみならまだしも、実用するなら、少なくともスリープ機能(ここでは鳥よけや他で入れた)は入れた方がよいだろうし、消費電力は低いに越したことはないので更なる工夫も検討の余地大だろう。

夜間・暗闇補助イルミネーション LEDテープライト版

[2018/01/25]

 SMD5050 150球 RGBフルカラー 5m 387円SMD3528 600球 白単色 5m 411円のLEDストリップ(/テープ/ストリング)ライトを買って届いたところで単色のLEDテープライトをつないでみたのだが、明るさは期待通り。

 ちなみにこれをやる以前にワニグチクリップを脱着する手間を惜しんでロッカスイッチも付けておいた。

LEDテープライトによる夜間補助イルミネーションOFF

 イルミネーションOFF。

 明るい時、人がいない時には、点灯しない。

LEDテープライトによる夜間補助イルミネーションON

 イルミネーションON。

 暗くて、かつ、人がいる、通過する時に点灯する。

 LEDチップの種類や球数にもよるが、SMD3528といえど600球となると直視するには厳しい(しばらく残像がある)ので設置には注意が必要。

LEDテープライト用に追加した昇圧モジュール/三端子のMOSFET/整流ダイオード...etc.回路

 尚、このLEDテープライトは、入力電圧12Vなので昇圧モジュール、更に増幅・スイッチングのため、バイポーラトランジスタよりも熱が少ないなどメリットも多く、比較的多い電流にも対応できる三端子のパワーMOSFET(Nチャンネル)、電流がArduinoボードの上限を超える可能性が高いので逆流防止に整流ダイオードを組み込んだ。

 何れも選定方法がよくわからないまま買ったので妥当である保証は全くないのだが、ここでは、整流ダイオードに1N4004(50個147円)、MOSFETには、IRF530(5個162円)とIRFZ34N(5個208円)の何れかを使い、MOSFET Motor Example画像の回路を使わせて頂いた。

 回路については、モータとデジタルピン番号以外の部分は全く同じで、モータをLEDテープライト+昇圧モジュールに替えただけ。

 ここでは、電源に9V電池を使ったため、Arduinoボードの5Vからではなく、Vinからの電圧をMT3608 昇圧モジュール(5個449円)で12Vに昇圧した。

 あとは、LEDテープを切断可能位置を踏まえて適当な長さに切ったり、ケーブルをはんだ付けしたりして通路だけでなく、べット下、デスク下、扉付き棚、フタ付き箱...etc.にセットするだけ...あ、省電力化も考慮しないと特に電池じゃ厳しいか。

 ベット下ライトの場合、ベットの縦方向は2mちょっとあるが、実際には、1m〜1.2mもあれば、用をなすと思われ、計算しやすいように仮に1mとして先の単色のLEDテープは、m単価約82円、Arduino Nano 380円、整流ダイオード約3円、パワーMOSFET約40円、昇圧モジュール約90円、PIRセンサー約140円、光センサー約100円、ブレッドボード、ジャンパワイヤ、ワニグチクリップ、抵抗、9V電池、ロッカスイッチなど諸々350円として約1185円。

 他もLEDテープの長さに依存する程度であり、同じくらいでできるだろう。

 セットの仕方としては、暗い時、人が通過した時、開けた時など極々短時間を想定しているため、LEDストリップライトの放熱はしなくても...とも思わなくもないが、万一のことを考えると、やはり、放熱対策にもなり、設置もしやすいアルミレール(フレーム)にLEDテープライトを貼るのがよさ気。

 市販品には、LEDテープライト用のカバー付き(白、乳白色、透明など種類がある場合もあり)もあるが、さて、どうするか...。

LEDストリップライト放熱兼固定用に買ってきたアルミアングル0.8x1.2x1.2x2000mm
[2018/01/30]

 近所のホームセンター ユニディでL字のアルミアングル 0.8x12x12(mm)x2m 税込み343円を買ってきた。

 LEDストリップライト用のカバー付きはなかったものの、最初はコの字のアルミチャンネルにしようと思っていたのだが、幅がちょうどよいのがなかった。

 実際には、1.2x10x10x10(mm)x2mのチャネルを買ってきてみたら、1.2mm幅を差し引く必要があることに気づかず、約8mmと約10mmのLEDテープが何れも入らなかったため、再度、店に行き、サービスカウンタで交換したい旨のみ伝えたところ、意外なことに返金してくれたので買い直した。(結果買ったアングルはチャンネルより安価だったため、交換だと何らかのものを別途、買い足すことになっていたはずだが、その必要がなかったので良心的な店だ。)

 あとは、よきサイズにカットしてビス用の穴をあけ、LEDストリップライト付属の両面テープ(3Mを思わせるMのプリントはあるが、3がないのでたぶんバッタ物)の強度にもよるが、そのまま貼って、剥がれた時の対処としてアルミアングルの数カ所に部分的に耐熱ポリイミドテープ(カプトンテープ)でも巻くなりしてビス止めしようかと。

 先の部品代約1185円に、このアルミアングル1m 約172円、ビスとカプトンテープを約10円と見ても約1367円といったところか。

 よりリーズナブルな構成にしたり、節電(省電力化)の余地もあるだろうし、後者なくして電池では交換頻度が高くなるであろうことから、当面は、ダイソーの200円商品にもあるACアダプタ接続のUSB充電器からArduino Nanoを使うなら100円でセリアにもあるミニUSB-USB Aケーブルを使って電源を取る方が現実的なケースもあるだろう。

 根拠なく1000円以内に収めたい気がしなくもないが、それにしても3m〜7m内で設定した距離において通路を通った時、ベットやデスクに近づいた時、動いた時などに調整した一定時間LEDテープライトが灯り、(少なくとも電池版なら)ロッカスイッチでON/OFFもでき、自分で作った(組みあげた)という満足感も得られて、この値段なら、どこに使うにしろ、なかなか、よい線いっているのではないかと。

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