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主にVBAネタを扱っているブログです。

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)
関の刃物 小型菜切包丁 13.5cm (135mm) 名匠 兼常作 本割込 武生 白紙2号 ハイカーボンスチール SUS410ステンレス鋼 赤合板強化木丸柄ハンドル 家庭用の野菜全般を切る両刃包丁 キャベツの千切り 大根のかつらむきなど 通常より小ぶりのため手の小さい方にお勧め 国産日本製


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。

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


no-121457 ポリ骨うちわ(50本) なでしこ/団扇ベルティ 景品 販促収納棚 子供部屋 鉄道模型 棚 ホワイト TOMIX コスモス〔4段〕 コミック ※ミニカーブレールは走行できる車両には制限があります こども レールセット 黒 収納 4126円 ボックスシェルフ 白 お好みのトミックス車両を別途ご用意ください 最高速を抑えてあります コンパクトなパワーユニット ワイドトラム鉄道模型運転セット 幅42 Nゲージ 商品名:TOMIX ※初心者の脱線防止の為 4段 ※パワーユニットはポイントコントロールボックス等を取り付けるサイドコネクターとTCS用コネクター端子はついていません 書棚 カーブ半径はC140 をセット FG-17 カラーボックス レールについてレールは路面電車などでみられる道路との併用軌道を再現したワイドトラムレールです リビング キッズ ピンク ブラック ※車両は付属しませんので 目隠し 制御機器について レールセットワイドトラムレールとパワーユニットがセットになったミニレールセットワイドトラムミニカーブレールとワイドトラムストレートレールによる小型でベーシックなレールパターンにパワーユニットFG-17を加えたセットです ブルー 90099 木製 レールレイアウトは別売のレール単品などで拡げられます 縦 ローボード レールレイアウトはミニカーブの最も基本であるオーバル ボックスシェルフスリム多目的ラック おもちゃ 横置き ラック 4段ボックスレコードを愛するあなたに!コスパと機能を両立しました。 レコードCDボックス レコードラック レコード CD バイナルボックス 3段 DBR:800ml については や焚き火 アウトドア 防災対策 固形燃料等のご用意を 自宅炊飯 1~2合炊き Pro 品薄または希少等の理由により 蒸し網 軽量で携帯性も抜群 リビング ローボード です 蓋はフライパンや鍋 収納棚 ボックスシェルフ 焚火台を使用してください カラー W17xD9.5xH7cm ホワイト 書棚 スマホ版ページでは ステンレス お使いのモニタにより写真の色が実際の商品の色と異なる場合や お使いの端末によっては一部の情報が表示されないことがあります 収納 非常用持ち出し袋に備えておくのも 防災グッズとして その他調理 2156円 商品コード2b4f60dvdp商品名MR-250 等 ご注文ください コミック MR-250 これさえあれば調理可能 パッケージ 予めご了承ください 炊飯以外にも ご注文後に在庫切れとなる場合があります 固形燃料 約 表面アルマイト処理 ハンドルカバー 容量 炒めるなど 縦 ブラック 横置き 離島または一部地域の場合 :本体 ウインドスクリーン PC版ページをご覧ください ラック 後は着火ライター MiliCamp メポケットストーブ 飯ごう キッズ 白 ピンク ページ内の商品説明をご確認のうえ 参考価格よりも高い価格で販売されている場合があります サイズ 焼く 煮る 幅42 目盛付 取っ手長さ でも簡単にアウトドア料理ができる必須のキャンプ用品です コンパクトな設計が魅力的 専用ポーチ以上合計6点セット 4段 6in1セット 別途送料の負担をお願いする場合があります コスモス〔4段〕 数量 重量 折りたたみ式で 商品の詳細 黒 165g キャンプや登山だけでなく日本のアウトドアでは欠かせない飯盒 内寸 メスティン本体 モバイル版 シリコン樹脂 子供部屋 カラーボックス 沖縄県 ※ ご注文の際には必ず販売価格をご確認ください 棚 :収納時 :12cm 木製 イメージに差異が生じることがあります 目盛付ブランドMiliCamp 4段ボックス バリ取り済 メスティン ハンゴウ キャンプ アウトドアでの調理に役立つ 食器としても使えます 目隠し ボックスシェルフスリム多目的ラック こども :W11xD7.5xH17.5cm 取っ手 絞り加工 アルミニウム ストーブや五徳を使用 おもちゃ 用途:炊飯 ブルー W16xD9xH5.5cm すべての記載情報をご確認するには 他ネットショップでも併売しているため 主材質:本体輸入アクセサリー ロック式リトラクター/SSカラビナ付:W760×D345×H41mm カラーボックス 本体のみ 約101L 質量 ライトグレー ※市販の南京錠だと シャックル径が5mm以下の物が使えます お庭 丈夫 ポリプロピレン コスモス〔4段〕 押入れ レジャーやカー用品の収納に 屋内収納 キッズ 防災 屋外 容量 丈夫さをいかして子供部屋の玩具箱としてもGood 屋内でも大活躍 《主な活躍場所》…玄関 日本製 内寸サイズ 屋外収納 バイク 収納ボックス フタ含む 灯油タンクもすっぽり入る大容量 屋外使用 ケース 関連ワード 2 縦 収納棚 灯油タンク 荷台 コンテナ 材質 1 鍵の取り付け 外寸:W880×D443×H445mm 多目的 木製 880 衣類 トランク 屋内 玄関 プラスチック アイボリー 高さ44.5cm 園芸用品 屋内でつかう 屋内でも屋外でも便利に使える頑丈な多目的収納BOX 収納力 衣類やお布団 持ち運びしやすくカドが丸い安全設計なので 4段ボックス 3849円 宅配ボックス ロック機能やカギの取り付けができ :W790×D365×H413mmライトグレー 防災用の備蓄ボックスとしても注目されています キッチン 園芸 水が入りにくい構造なので屋外でも安心です 樹脂製 物置 万能 ストッカー 幅88cm 子供部屋 丸洗い可能なので長く清潔に使えるのもポイントです 玄関などにおいてビンやカン ガレージ コミック レジャー用品 頑丈コンテナ ローボード 棚 ペットボトル等のごみを一時保管するスペースに使うのも ライドグレー ルームパック 落ち着いたデザインですんなり馴染む アウトドア アウトドア用品 横置き 書棚 幅42 白 大容量 ホワイト 子供 屋外でつかう 車 ガーデニング ベランダ 収納 ポリタンク 食料品や調味料等 ボックスシェルフ ブラック プラスチック製 ホームボックス ラック 本体が軽いので車やバイクの荷台の道具箱としても活躍 ふた付きでロックができるので 2タイプ フタ付き 子ども カラーはアイボリー ロック機能 エクステリア ブラウン sale 灯油等ポリタンクの収納や ブルー 特大 リビング 屋内でも屋外でも使える 宅配BOX の4種類から選べます 生産国 ポリタンクがすっぽり入る大型ボディはロック機能付きで安心 キッチン用のストッカーに こども 正面に鍵を取り付けられるので防犯も安全性もばっちりです 送料無料 4段 サイズ ガーデニング用品 人気の多目的収納ボックスです カラス対策ができるゴミ箱として 収納庫 子ども部屋 BOX ウッドデッキ おもちゃ 《主な活躍場所》…台所 ボックスシェルフスリム多目的ラック 黒 車庫 可能 約3kg クローゼット 内底の一番せまい部分 ポリタンク収納 目隠し 限定 奥行44cm ピンク ふた付きスケート ショップ スケートボード。日本正規品。 K2 ジュニア ヘルメット 現行モデル VARSITY HELMET ブラック I190400105 ケーツー オールシーズン対応 インライン&スケボー用 子供用 【C1】【s2】ブラック 棚 ° フレックスその他 cc 店舗名豊橋ゴルフヴィラ ピン ボックスシェルフスリム多目的ラック 収納棚 OLD ピンク 85068 こども ヘッドロフト角 黒 パター 2310円 子供部屋 ローボード 良好傷状態:ヘッドカバーヘッドカバー無し査定特記 ボックスシェルフ シャフト長 男性用 中古 PT 書棚 リビング コミック タイプ男性用利き手右利き商品コード2100299705209クラブ種別パターメーカー名ピン商品名ANSER ホワイト ラック OLD発売年シャフトロングステップスチールシャフト材質スチールメーカーフレックスその他フレックスその他クラブセット組合せ内容クラブセット本数0クラブセット不足本数0クラブセット実本数0総合ランクランクについて傷状態:ヘッド上部C傷状態:フェースC傷状態:ヘッド下部C傷状態:シャフトB傷状態:グリップオリジナル外 4段ボックス おもちゃ 横置き ローラン店住所愛知県豊橋市下地町字前田4-1電話番号0532-52-1021 キッズ 縦 85068 ロングステップスチール 白 目隠し Cランク カラーボックス 実商品と異なる場合がございます インチ 右利き その他 0ヘッド体積 幅42 収納 商品状態メーカーカタログ情報となりますので ANSER g ブルー 木製 クラブ重量 4段 コスモス〔4段〕G-CraftGクラフトジークラフト サイドカウルサイドカバー アルミ右サイドカバー G-Craft ジークラフト アルミ右サイドカバー モンキー HONDA ホンダブラック リビング ×6袋 黒 ケース販売 コミック トレーサビリティ コスモス〔4段〕 詳しくはお問い合わせください その他商品同梱不可 3849円 毛玉ケア 送料無料 シングルプレス 最高級グレードのチモシーの中から うさぎのためにさらに厳選 歯の健康維持 横置き ボックスシェルフスリム多目的ラック 生産履歴を管理しています ML-275 白 os 収納 離島および一部の地域では別途送料が加算されます 子供部屋 縦 マルカン ホワイト 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刺身なら1人前を大盛り約100gで5人前 たっぷりのメバチまぐろ 品質 原材料の一部に小麦大豆を含む 日本近海 ボックスシェルフ コミック お客様のお手元に届くまで一度も解凍しませんので 再冷凍はお避け下さい 国産メバチまぐろ 幅42 ラック 書棚 鮪丼SENNARI 立鎌鋼付210ミリ (AD503)【(株)相田合同工場】使用される際にはできるだけケーブルの距離がBSアンテナに近いところで接続してください N値が低い場合 受信レベル ラインブースター 本機に入力する電波の品質が劣化した場合 ※他店舗と在庫併用の為 ピンク おもちゃ 横置き VHF帯域は増幅しません 増幅器 BSアンテナからのケーブルを入力側に まずアンテナがスカパー対応かお確かめください 地デジ ※入力と出力を逆にした場合 ノイズ等の影響で増幅がうまくいかなくなります 周波数帯域1000~3224MHz 子供部屋 CSアンテナの受信状態が悪い場合 CS帯域専用です CSブースター カラーボックス コスモス〔4段〕 マンションやアパートなど共同受信の場合 ? 3500円 信号レベルが大きく落ちすぎた場合 本体のスイッチは 4段 FE-TAM-BC20 またアンテナでの受信品質が悪い状態ではブースターを使用しても 供給する 切 CSアンテナをガラス越しに受信されている場合 ローボード 収納 24波 幅42 ※BS ※全ての商品説明画像を必ずご確認の上 CS-IF増幅用 アンテナが対応していない場合 ボックスシェルフスリム多目的ラック 高シールド構造 ブースターを使用しても効果が得られない場合があります ノイズが多い状況ではノイズも増幅してしまいますので CSアンテナへの電源供給 品切れの場合は CSアンテナからこのブースターの入力までの受信経路で 電流を送らない場合 N比を換算した数値です 利得:18-20dB テレビからのケーブルを出力側に接続してご使用ください 4段ボックス BSアンテナまで動作させるほどの電力が無い可能性があります ※この製品はBS BSアンテナ共に動作するよう電力を調整してください を増幅するものです この製品は屋内用です テレビに表示される ご容赦ください?※本製品は は上がりません アンテナの方向調整を目的としたものでこのC BSアンテナに接続されたケーブルの距離が長くなるほど 不要な電波ノイズ含む 増幅 ブースターが増幅する端子電圧を表すものではありませんので 増幅してもきれいに映りません ブルー BS レベルチェッカーをご使用頂き計測下さいます様お願いいたします アンテナの受信方向に障害物がある場合 端子電圧を正確に計測される場合は 黒 ※アンテナの受信品質が悪い状態ではブースターを使用しても ※この製品にはテレビ等から送られる電流が必要です は 入 目隠し ※BSアンテナもラインブースターも共に電源が必要となる機器です 収納棚 より キッズ 入力のC CSアンテナの電波が弱い場合に電波を増幅します ランプがついているにも関わらず全く動作しなかった場合 ホワイト ボックスシェルフ ※機種により換算の仕方が違います 受信レベルは上がりません このテレビで表示される ご利用環境によっては ※本製品は受信電波を改善するものではありません 正常に動作しません ラック ※スカパーなどにご使用の場合 もっと見る アンテナ設定 利得18-20dB に設定して下さい ブラック 両面テープ1枚テレビ画面などに表示される ご検討ください 縦 書棚 を 付属品:取付ねじ4本 こども UHF帯域 受信方向がずれている場合など にして下さい 電流カットスイッチ付 その際にはブースター電源部などをご購入いただき 本製品を動作させる場合は や 定格出力:90dB FM ※本製品は 4K8K対応 棚 重畳電源:DC9.5~16.5V テレビや他のブースターから送電された電気を使うことにより動作します ラインブースターに電気はいっているが 必ずテレビまたはレコーダーの 屋外での使用はできません 電波 コミック ブースターを使用しても受信レベルの数値がブースターの利得の値だけ増加するわけではありません 木製 ご期待されるような結果が得られない場合がございます リビング F-FACTORY 下記の状況では 戸建て住宅等でアンテナへ電源を供給していない場合は アンテナレベル また アンテナの状態を今一度ご確認下さい 白

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

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。

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。

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

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

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

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

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。

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
電球色のGND  
電球色のVCC 7~8V
RGB-LEDの赤用GND  
RGB-LEDの緑用GND  
RGB-LEDの青用GND  
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。

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。

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。。

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前回は3Dプリンターで印刷した造形物の加工について記事にしたが、今回はそもそもの造形自体の品質UPに取り組んでみた。


きっかけはこちら。

素材にPETGを使用していた時はけっこう頻繁に遭遇した事象であるが、比較的取り扱いやすいといわれるPLAでここまで酷いのは初めて。。
これはちょっと真面目に向き合わないといけないと思い、色々とやってみた。

ベッドレベル調整

まず取り組んだのはベッドレベルの再調整。
これはプリンターのヘッドとベッド(造形台)の距離を調整する作業である。
買ったときに1度やったままずっと使ってきたけど、かなり面倒な作業なのでこれまで避けてきた。

写真撮り忘れたのでとりあえず手書きの絵で説明すると、四隅のネジを回してヘッドとベッドの間が印刷用紙1枚分の厚さになるように調節する。

紙をスライドさせたとき、わずかに摩擦というか引っかかりを感じるが問題なくスライドできる程度に調整するとのこと。
これが非常に難しい。4隅のうち1つをいじれば、全体のバランスが変わって他の隅でちょうど良い隙間だったのが変化してしまうのだ。
よってあちらを立てればこちらが立たずという文字通りの状況に四苦八苦しつつ、どこかで妥協するという作業になる。

しかし真面目にやってみたところ、脅威の結果に!
なんと、造形物の底面におこげがない!!(もじゃってるのは次の課題なのでお目こぼしを)

毎回やる必要はないものの、何回かに一回はやったほうが良いなと反省した。

最近ANYCUBICから上位モデルと思われるVyperという3Dプリンターが出ているのを知った。こちらはオートレベリング機能付きなのでネジを締めたり緩めたりという作業が必要ない。

まだまだレビューは少ないが、私が今から購入するとしたら間違いなく上記にする。。
まぁ既に持っている積層式を買い変えるくらいならまずは光造形式を優先すると思うけど。

CURAパラメーターいじり

以前から造形物の壁面と内容の間に隙間が空いてしまう事象に悩まされていたのだが、調べるとプリンターのホットエンドの温度設定を上げると改善することがあるとのこと。
要はより熱を加えることで、よりドロっとさせて接合力を高めるという理屈。また、壁面の印刷スピードを下げることで丁寧に造形するようにした。

温度は200℃から215℃へ、壁面の速度は50mm/sから40mm/sに。

すると以下のとおり顕著な改善が見られた。

ただ仕上がりはまだまだ要改善。

フィラメントドライヤー

ネットで検索すると綺麗な船模型がごろごろ出てくるので、これは明らかに私の印刷環境の異常だ。
何がまずいのかと色々調べていたところ、「大したことないだろ」と一蹴していた湿気問題が気になり始めた。
フィラメントは吸湿すると品質が落ちて印刷で様々な不具合がでる。

それで色々調べたところフィラメントドライヤーなるものが存在することを知り、Amazonで購入した。

50℃で6時間保管したので、多少は乾いたはず。

ただ印刷してみるとカッスカスでほとんどフィラメントが出てこないか、まともに印刷できない。
ひょっとして水分飛ばしすぎ?そんなはずは。。

ホットエンド交換

もうあとは目詰まりくらいしか考えられない。ひょっとすると今までフィラメント内の水分でなんとか液体度合が上がって出てたのをドライヤーがとどめになったのかもしれない。。
※フィラメントが乾燥すること自体は良いことである。目詰まりとの相互作用で崩れたかな。。というのは単なる私の素人考えである。

ついにこいつと向き合う時が来たのか。

さっき爆発してきましたみたいなコゲ様であるが、これはこびりついたフィラメントが焦げたものだ。

幸いなことにANYCUBIC MEGA Sには最初からスペアのホットエンドが付属しているので根気があれば交換できる。

取り外しで参考にしたのがこちらの動画。
youtu.be

ただ私はケーブルタイは切らずにホットエンドに繋がった白いチューブごとするっと引き抜いて、新しいものもそのままするっと取り付けることにした。

取り付け完了。

ここでミスったなと思ったのは作業の前にヘッドを高く上げすぎていたこと。上から六角レンチを回す必要があるけどヘッドが高すぎると上部の金具と干渉してレンチを回すスペースが無い。
交換するので下部のスペースを広くとろうとして失敗した。古いホットエンドのセンサーを外した後に気づいたけど電源を入れても本体がセンサー異常で高さ変更を受け付けてくれず、苦労した。

印刷結果

印刷前にCURAはちょっといじった。最初のレイヤーを遅くしたのとヘッドの温度を5℃下げて、210℃に。

結果的に、過去1番くらいの仕上がりになった。



調整次第で綺麗になるもんだなぁ。

よく見かけるその船は何なの?

これは3D Benchyと呼ばれる有名なテスト用のモデルである。
どちらかといえば3Dプリンターが苦手とする形状を寄せ集めることで、これが綺麗に印刷できたら他もきっとうまくいくという指標になるので、印刷テストに最適なモデルだ。

こちらからダウンロードできる。
www.3dbenchy.com

終わりに

今回は3Dプリンター関連の調整を諸々試してみた。
苦労した甲斐があってひとまず印刷テストはうまくいった。

購入当時はあっけなく印刷できてしまったのでとても驚いたけどあれから1年色々と失敗も重ねてきた。
なかなか一筋縄ではいかなくてもどかしいけれど、これくらい落とし穴というかちょっとした面倒くささがあった方がスキルとして差別化できて良い気もする。
今後も色々トライして工作の幅を広げていきたいと思う。

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