Input ≠ Output

はじめまして、CT部の徳井です。
今回は”INPUT ≠ OUTPUT”で改造したデバイスの制作について書きたいと思います。
INPUT ≠ OUTPUTについての記事はこちらです。

構成

INPUT ≠ OUTPUTでは複数の入力デバイスと出力デバイスの関係を入れ替えています。入出力の入れ替えは、一度すべての入力信号を集約し割り当てられたデバイスへ出力する”I/Oインターフェース”で行いました。I/Oインターフェースへ入力された信号はPC上で動作するI/O管理プログラムへ送られます。I/O管理プログラムは入力に対応する出力デバイスを決定し、I/Oインターフェースから信号を出力します。
構成図

デバイスとの接続

I/Oインターフェースは大きく分けてArduino、入力デバイスのセンサーをつなぐ回路、出力の信号を増幅する回路の3つの部品でできています。制御するデバイス数が多く、使用する電流がUSBポートから流せる電流(500mA)を超える可能性があったため、センサーやデバイス制御用のリレーを駆動する電力は外部から供給しています。様々なセンサーを同じ形状の端子で受け取れるように、I/Oインターフェースの入力端子は電源線(5v)、グランド線、信号線の3つの線を使用しています。同様に、出力端子も3本の端子でそれぞれのデバイスに取り付けられたリレーを制御しています。
iointerface2

入力デバイスの改造

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「スイッチ2種類、コンセント、ゴミ箱、卓上ランプ、ガンコントローラー」の6つの入力デバイスを改造しました。入力デバイス内のスイッチを元の回路から切り離し、替わりにI/Oインターフェースから伸びている端子を接続します。スイッチが閉じている場合は5Vを、開いている場合には0VをI/Oインターフェースの信号線に出力します。
input

出力デバイスの改造

「USBファン、ゴミ箱、ラジコン、クマのぬいぐるみ」の4つを出力デバイスに改造しました。
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  • USBファン&加湿器
    USBファン&加湿器を分解したところ、ファンの電源回路、加湿器の電源回路、そしてタッチセンサのような部品が入っていました。加湿器の回路の構造の調査に時間がかかりそうだったので、タッチセンサを強制的に反応させて加湿器を制御することにしました。タッチセンサは人間の静電容量に反応するため、扇風機を動作させたいタイミングでコンデンサを接続する回路を取り付けました。
    fan  
  • ゴミ箱
    ゴミ箱のフタをPCから開閉できるように改造しました。フタを開閉する機構を3Dプリンタで出力し、ゴミ箱に内蔵したサーボモータとArduino miniで制御しています。
    gomibako
  • その他 ラジコンのコントローラーやぬいぐるみに付いているスイッチをリレーに置き換えました。 kuma

ゴールボタン作成

ゴールボタンはオムロンのLED付無接点プッシュスイッチ(W5GF-A12)を使用しました。このボタンの3色のLEDとセンサー用のLEDは12Vの電源を必要としますが、出力はオープンコレクタ方式になっているので5Vで動作しているI/Oインターフェースの端子を直接繋いでも大丈夫そうです。3色のLEDはMOS-FETを用いてArduinoから制御しています。
leb_button
ゴールボタンの開発ではこちらのサイトを参考にさせて頂きました。


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