レガシー機器をなんでもIoT化してしまおう①

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さて、IoTの自作を色々と 苦し 楽しんでいる昨今ですが、街で買うことができるIoT機器も色々と出回ってきましたよね。
その範囲はホームハックという分野とも密接しているような気がします。例えば、Wifiを内蔵していてIP経由で色や明るさを変えることができる電球型LEDや、外出先から操作できるエアコン、もしくは各社のエアコン対応のリモコン。
当たり前ですが、これらの製品は初めからIoTに対応しているか、もしくはエアコンの様にリモコンに対応しており、それを遠隔で操作するというたぐいのものに限られます。

例:スマホで遠隔操作可能なマルチリモコン(Xiaomi Mi Universal Smart Remote Controller $18.22

しかし!
元々IoT対応ではないし、赤外線リモコンなんてないモノも、なんでもIoTしてしまいたくなりませんか?なりますよね~。

そこで、簡単にレガシー機器に取付けることでカンタンにIoT化してしまうキットを作成してみたいと思います。
コンセプトは「どんな機器にもポン付け!IoT化キット」

今回の主役、使用するものは以下です。
・Lolin ESP32(ESP-32)
・フォトカプラ
・Blynk(アプリケーション)


Lolin ESP32とは

大好きなAliexpressで購入したこれです。

約1,000円で購入できるESP-32とOLEDが一体型になったマイコンです。OLEDがセットになっているため、デバッグもしやすいし、何より表示機能があるということで、コスト的にも技術的にもハードルが下がっている嬉しい製品です。

詳しい使い方は以前のエントリーをご覧ください

 

フォトカプラとは

今回使うのはこれ「東芝製TLP291」です。

以下は現物です。今回は小さくて作業はし難いですが、超小型の表面実装タイプのものを選択してみました。

左に写っている白っぽい半導体も同じフォトカプラで、こちらは通常パッケージタイプで更に2チャンネルがセットになっているものなので、大きさも大きく足が8本となっています。

秋月電子で価格は10個で200円。1つ20円でした。

電気的な特性などのデータシートは上の東芝のページか秋月電子のリンク先にあります。
この製品の存在は、2017/7/13のIoT LTで発表されたSteveさんに教えていただきました。彼はなんと、電子レンジをハックして会場に持ち込むという荒業を披露していました。まさに天才です。

フォトカプラを使う事で、電気的に絶縁しながらも、別の機器の操作や、状態を読み取ることができるというものです。電気的に絶縁されているということがポイントで、その機器の動作に影響を与えないということです。改造することで、その機器が利用できなくなったり、利用方法が変わってしまうと、残念だったり怒られたりしますからね…

すでに市場で販売されているものとして、このように物理的にボタンを押しこむものなどもありますが、どうしても後付け感がすごいですし、信頼性の面でも直接回路に接続したくなりますよね。

しかし、接続しようと思っても、当然ながら機器によって動作電圧も違うし、そもそも回路図が手に入らないと色々な意味で危険です。

そこで、絶縁しつつも接続できるという利点を生かし、フォトカプラの出番になるのです。

回路はこのように構成されており、入力側はLEDが、出力側にはフォトトランジスタが接続されています。そのため、電柱が流れるとLEDが光り、その光をセンシングして出力回路がONになるという仕組みです。

フォトカプラの使い方① – 機器のスイッチを操作する

様のページに詳細に記載されていますが、上の回路図の1-2をマイコンでONすると、4-3がショートするイメージです。

そのため、4-3にスイッチの両端を接続しておけば、ボタンの回路を短絡することができるため、マイコンのGPIOを出力モードにして接続しておけば、機器の物理スイッチをマイコンでON/OFF可能になるという訳です!

フォトカプラの使い方② – 機器のLED状態を読み取る

逆に考えると、機器についているLEDのON/OFFを知るためには、1-2を機器のLEDに接続します。そうすると、4-3の回路が同期してON/OFFされるため、それを入力モードにしたGPIOに接続すれば、機器のLED状態をマイコンでリアルタイムに知ることができます。

電子工作する人の中には、機器のランプに光センサーを近接させ、ランプの状態を検知する仕組みを作成している方を見かけますが、周囲の明るさによって誤作動が起こりますし、アナログ入力のしきい値調整も難しくなるでしょう。フォトカプラを用いることで、そのようなデメリットを排除することができます。

Blynkとは

これです

簡単に言うと、Arduinoの各GPIOをスマホのアプリで操作・認識できる仕組みです。

Arduinoの場合にはIDEへライブラリのインストールは必要ですが、Rest APIの形で提供されているため、Arduino側はインターネットアクセスさえあれば、好きにスケッチが書くことができます。そのため、今回使用するLolin ESP32の様に、新製品かつ知見が少なく、対応しているかわからない様なデバイスでも問題なく接続することが出来るはずです。

次回予告

今回はここまで。次回以降はフォトカプラを汎用的に使う仕組みづくりと、Blynkとの連携などを進めていきたいと思います。

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