概要

外観

クーラーなど赤外線リモコンで操作する電化製品を、 スマホで操作するための装置です。温度測定機能も付いています。 外観は以下の通りです。

100 円ショップで購入した食品用タッパに実装しました。 赤外線送信用 LED と温度測定用 IC が外に出ています。 中身は以下のようになっています。

「Raspberry Pi」「Arduino」「電子回路」が入っており、 配線されています。

タッパに穴を開けたりするのに ボール盤かハンドドリルが必要です。 それが面倒な人は、以下のように、木の板に実装することもできます。 木ねじでとめています。

以下の既製品を使っています。

• Raspberry Pi 3 Model B (SD カードを含めて約 7000 円)
• Arduino UNO (約 3000円)

電子回路は「ブレッドボード上に作る」か 「ユニバーサル基板上に作る」の 2 つの方法があります。 耐久性はユニバーサル基板上に作る方が勝りますが、 製作速度と難易度はブレッドボード上に作る方が勝ります。

木の板に実装する場合、ブレッドボードの方がお薦めです。 タッパに実装する場合はどちらでもよいです。

必要な道具と材料

用意する道具

• Windows パソコン
• ニッパー、ラジオペンチ
• ハンダごて、はんだ、ハンダ付けするための作業台
• 絶縁テープ

タッパに実装する場合、上記に加えて以下の道具が必要です。

• ボール盤かハンドドリル
• やすり

購入する部品

• Raspberry Pi 3 と micro SD カード（8GB 以上）
• Arduino UNO
• ブレッドボード　あるいは　ユニバーサル基板（15穴×10穴）
• USB Type B ケーブル
• 抵抗（33Ω, 470Ω, 1kΩ　各 1 個)
• 電解コンデンサ（470 uF　1個）
• トランジスタ　1個（2SC1815）
• 赤色 LED　　1個（何でもよい）
• 赤外線 LED　1個（例えば 東芝 TLN115A）
• リモコン受光モジュール　1個（例えば PRM7138-R　マルツパーツで158円）
• 1列ソケット（ユニバーサル基板に作るとき）
• ブレッドボード用ジャンパ線
• タッパ（1.5L　　100円ショップで購入可）あるいは木の板（20cm ×30cm 程度）

回路図と動作原理

回路図を以下に示します。温度計測機能が不要な場合、 温度測定用 IC である LM35 とその配線である赤線部分は不要です。

Raspberry Pi（以下、ラズパイと略すことがある）上で Web サーバ（と同等のもの）を動作させ、 スマホから Wifi 経由でアクセスします。

ラズパイと Arduino はシリアル通信（USBケーブル経由）で 双方向の通信を行います。Arduino への電源供給もこの USB ケーブル で行います。

「ラズパイの Gnd と Arduino の Gnd を結ぶ線」は 「ラズパイと Arduino が USB ケーブルで結ばれていない状態でも Gnd の 電位を合わせるため」にあります。この回路においては不要ですが、 将来拡張したときに、Gnd レベルの不一致により、 予期せぬ場所に電流が流れるのを防止します。

ラズパイはスマホからの司令に従って、 Arduino に「送信するリモコン信号」を送ります。 Arduino はそれに従って赤外線 LED を on/off し、 エアコンなどを制御します。

回路部品の定数は以下のように決めました。

赤色 LED と 470Ωの抵抗はエラー発生時の インジケータなので、省略可能です。 赤色 LED の順方向電圧は約 2 V です。 赤色 LED を流れる電流は ( 5V - 2V ) ÷ 470 Ω ≒　6 mA です。 3 mA 以上で十分明るいので、560 Ω, 680Ω などでも良いでしょう。

赤外線 LED は、今回私が使った TLN115A は最大 100 mA まで 流せます。赤外線 LED の順方向電圧は 100 mA のとき約 1.4 V です。 「トランジスタが on のとき、コレクタ−エミッタ間電圧は 0 V」 と仮定すると、

( 5 V - 1.4 V ) ÷ 100 mA = 36 Ω

となります。近い値として 33 Ω を選びました。

実際に組んだものを測定すると、 電源電圧は 4.6 V、コレクタ−エミッタ間飽和電圧は 0.1 V 程度 でした。このとき、30 Ωでコレクタ電流が 100 mA となりました。 より多くの電流を流したいとき、30 Ωにすると良いでしょう。

トランジスタは 2SC1815 を使いました。 2SC1815 のデータシートを見ると、 コレクタ電流が 30 mA を超えると電流増幅率 β が 大幅に落ちます。Ic = 100 mA, Vce = 1 V のとき β = 80 となっています。

飽和状態（理想的には Vce = 0V） となるとき、 さらに β が落ちることが予想されます。 1 個の 2SC1815Y を測定したところ、on のとき、 Vce = 0.25 V, Ic = 92 mA, Ib = 3.7 mA となりました （オシロの画面を目で読んだ電圧から求めた値なので 大体の値です）。 このとき β = 25 です。 トランジスタが飽和するベース電流を流すため、ベースに接続する 抵抗は 1 kΩ に設定しました。

「ベース電流が流れるとき、ベース 〜 エミッタ間電圧は 0.7 V」 と仮定すると、ベース電流は

( 5 V - 0.7 V ) ÷ 1 kΩ = 4.3 mA

と見積もれます。β = 25 と低めに仮定すると、 4.3 mA × 25 = 107 mA > 100 mA なので、 飽和状態となります。

470 uF のコンデンサは、電源電圧の 安定化のためにあります。この 470 uF という 値は十分すぎるほど大きな値です。 220 uF や 100 uF でもよいでしょう。 省略しても恐らく問題ないと思いますが、 安心のために入れてあります。

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