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Arduinoとステップモータ28BYJ-48で電動ロールカーテンを作る

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Arduinoって?

Arduinoとステップモータ28BYJ-48で電動ロールカーテンを作る

Arduinoとステップモータ28BYJ-48で電動ロールカーテンを作る

2019/03/26

 Arduinoとステッピングモータ28BYJ-48-5V/モータドライバULN2003を使って電動ロールカーテン(ロールスクリーン、ロールシェード...etc.)を作ってみるページ。

 今のところ、まだ、ブレッドボード版の試作段階でリミットスイッチも付けていませんが、想定した場所に幅855mmx長さ1300mmの縫製済み生地を使ったロールカーテンを設置、スイッチ操作で巻き上げ、巻き下げできることを確認できました。

必要なモノ・使ったモノ

 回路に使った材料は次の通りです。

EasyWordMall Arduino UNO R3互換ボード(USBケーブル付属)

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

iBUFFALO USB2.0ケーブル (A to miniB) スリムタイプ ホワイト 1m BSUAMNSM210WH

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

HiLetgo® 5個セット 5V ステッピングモータ+ ULN2003ドライバーボード セット [並行輸入品]

HiLetgo 6*6*7MM 縦型マイクロスイッチ(10個)

SODIAL(R) モーメンタリ触覚タクトプッシュボタンスイッチ4ピンDIPスルーホール 6x6x7mm(100個)

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

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用、オス-メス オス-オス メス ?メス ブレッドボードジャンパーワイヤー

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

 Arduino系でAmazon/Amazonマーケットプレイス/100均価格で絞って700円前後、Aliexpressで買ってもほぼ同じくらいといったところでしょうか。

 ロールカーテン、その他の材料は次の通りです。

 ロールカーテン材料費は、特に生地は調達先によって幅があるかとは思いますが、端切れも含め、Amazon/Amazonマーケットプレイス/ホームセンター/100均価格で絞って3000円切るくらい、Arduinoなどと込みで3500円前後、Aliexpressならトータルで7割前後といったところでしょうか...って改めて計算してみると結構かかってますね...。

 ステッピングモータ保持は、どのようにしても構いませんが、自身は、たまたま古いPCを分解した際にあった容易に曲がる、ラッキーなほどちょうどよいサイズのアルミ板らしきものを流用しました。

 このアルミ板には、それ自体の固定用1箇所、ステッピングモータ固定用2箇所、適度な穴をあけておきました。

 木片もこれでなければならないわけではなく、特にモータ側は、ちょうどよい穴付ステーがあれば、その方が明らかにスマートでしょうが、木片の場合、やはり、下穴をあけておくと楽です。

 カーテンの両サイドのガイドも材質はなんでもよいのですが、今回は、径がちょうど良さげと目についたガムボトルのフタを使い、シャフト(丸棒)を通すべく、中央付近に十字というかバツ・バッテンというか切り込みを入れておきました。

 丸棒、L字ステー、ストレートステー、ネジ、ボルト、ワッシャー、ナット、結束バンドなどは、100均やホームセンター、手持ちのもの、?字フック、木片、ガムボトルのフタは、手持ちのものを使いました。

回路・スケッチ

 回路は、まだ、リミットスイッチを付けていないこともあり、Arduinoでステッピングモータ駆動の回転台を正転/逆転/停止(2-2相励磁)をそのまま使いました。

ロールカーテン製作概要

Arduino Nano/28BYJ-48-5V/ULN2003製ロールシェード・ロールカーテン・ロールスクリーン

 自室デスクの後ろは洋服タンスの背面(幅100cm)が位置する恰好で、そこにワイヤーネットを張り、吊るし棚にしてあります。

 ロールスクリーン設置場所は、この洋服タンスの幅方向としました。

 ここに本当にロールカーテンが必要か?と言われれば、全く以て要らないのですが、オルゴールで敢えて物体を回転させたり、テーブル載せてそのまま回転台とか、100均のターンテーブルを回すとかはやってみてはいるものの、他にも何かに使えるはず...と買い置き在庫がいくつかある28BYJ-48-5V、実用品として使いたいと常々思っているのでロールスクリーンやロールカーテンっていうのは、ありかなと。

(要らないのなら実用品とは言えませんが...別途ギヤやプーリー+タイミングベルトを使うことなく、28BYJ-48が電動ロールスクリーン・ロールカーテンとして使えるという情報は皆無だったようですし、供給するわけではないものの需要はある、意味はあると信じて...)。

 L字ステーとストレートステーをボルト締めし、L字ステー部分を洋服タンスの背面のへり、幅方向の両端にネジ止めすることにしました(連結位置で角度調整可能)。

Arduino Nano/28BYJ-48-5V/ULN2003製ロールカーテンのスイベル側

 一方には、外側に木片、ストレートステーを間に挟み、ステーの穴を利用してネジを切ってあり、閉じたタイプの?型フックをねじ込む前に、ちょっとこじってスイベルをかけてから元に戻しました。

 張力は、モーターの負荷ともなり得、水平に固定すると調整が難しくなるので結果、シャフトをかけた完成状態においてもスイベルは、2つの?型フック間で斜めに垂れたような状態?にすることにしました。

 こうするとスイベル回転時の負荷ともなり得ますが、さほど影響なく、うまいこと回ってくれています。

Arduino Nano/28BYJ-48-5V/ULN2003製ロールカーテンのステップモータ側

 他方には、外側に木片、ストレートステーを間に挟み、ステーの穴を利用して中央付近の良き位置に穴あけしたアルミ板を木ネジで固定。

 予めアルミ板に空けておくステッピングモータの固定用穴2箇所をボルト+ナットで固定。

 最後の方でカップリングで丸棒と連結することになります。

 ステーは、できる限り垂直方向にしたかったのですが、取り付け想定時に蛍光灯の傘に干渉、回避するとカーテン幅が狭くなることがわかっていた為、調節可能な構造を活かし、傾斜を付けることにしました。

 2点留めすれば、その必要はなかったのですが、木片を使った部分は、念の為、結束バンドで補強、写真では留めていませんが、モータのケーブルも、やはり、結束バンドでステーに共締めしました。

 今回、カーテン生地の素材としてはポリエステル100%を選択、適当なサイズにカット、端は、ほつれるため、適当な寸法でアイロンがけしつつ、三つ折りにし、今回は3辺、適当に縫製しました(裁縫は大の苦手)。

 実は、当初、端だけ縫えば良いだろうと思い、希望サイズにカットしてしまった後に2重...いや、3重にしないと...と気づいた関係で長さは余裕をもってあった一方、カーテン幅は、予定より狭くなってしまいました...。

 縫製済み生地は、ボンドとタッカーを使い、丸棒に固定することにしました。

 丸棒の一方には、スイベルに引っ掛けるべく?型フックをねじ込み、他方は、カップリングでモータと連結するのでそのままにしておけばよい...はずでしたが、今回は、どうも実測してみるとカップリングの径が、10mmのはずが9mmと、やや小さいようなので丸棒をクルクル回しながら軽くヤスリで削りました。

 丸棒の両側にカーテンガイドとなるガムボトルのフタを通しておき、丸棒の一方にあるフックにスイベルをかけ、他方をカップリングでモータと連結して設置完了。

 長さや強度の関係でアームとなるステーや丸棒に僅かな撓みがあるのか、スイベル取り付けにかなりの遊びがあるからか、布地がやや重いのか、筐体に歪み・たわみ対策と思われる切り込みがあり、バネ状になっているカップリングが、よーーく見るとやや変形しています。

 とは言え、動作は軽快で良好、巻き上げ・巻き下げ速度も微妙に遅いのかなと思っていましたが、絶妙にちょうどよい感じです。

 ちなみに構想中や製作途中にも動作確認していましたが、途中、トルク不足になることがあり、おかしいなと思っていたら、4つあるモータドライバのLEDが1つ消灯、もしくは、かすかな灯火程度であることに気づきました。

 そう言えば、途中、ジャンパワイヤがブレッドボードから、ほぼ全て抜けてしまったことがあり、挿し直したことが...案の定、ブレッドボード上のArduinoのGPIOピン位置に4つ連続で並べた配線が全て1つズレており、結果1本全く効かない無意味な配線になっていました。

 これを配線し直したところ、当然ながら、トルクも十分、正常に機能することがわかり、安堵したのが今日でした...。

 28BYJ-48-5Vなので電源は、AC接続USB充電器でもモバイルバッテリーでも可で自身もどちらも試してみましたが、何れもちゃんと動作し、良好、スリープ機能を入れれば、電池駆動にもできるでしょう。

 後は、購入済みのものでいけるのかの検討を含め、上限・下限(巻径の最大径・最小径)のリミットスイッチの取り付け位置確保と取り付け、ブレッドボードの回路をユニバーサルボードにハンダ付け、タクトスイッチ3つか、ON/OFF/ONスイッチにするかは別として押しやすく、使いやすいケースに収納し、それっぽくできれば完成と言えそうです。

 と言ってもArduinoではなく、ESP8266/ESP32でWiFi越しのESP8266/ESP32でブラウザからの無線操作したり、Raspberry Pi自作スマートスピーカー自作スマートスピーカー機能搭載パソコンで音声操作、更に激安赤外線リモコンキット等で物理リモコンでも操作できるようにしてもよいかなとも考えています。

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