スマートロック　モーター側

2022-09-25

パクリ8発目

パクリ元

内容

ラズパイ4とサーボモーターを利用してスマートロックを作ってみる。
本来なら高機能なラズパイでやる意味はあまりないらしいのだが、AIもそうだが、この分野もド素人なので少しずつパクリながら進める。

パクリ元1つ目を参考にコンピューターからサーボモーターを動かせる時点で新鮮な気持ち。これを玄関の錠にセロテープでもいいのでどうにかくっつければ手動でない鍵の開閉機構ができあがる。このままだとサーボモーターに力がかかったままになっているので手動で開けたい場合はモーターを壊すまで逆方向に力を入れないといけない。その前に自分の指にモーターにつけた羽が食い込み血だらけになりそうだ。

パクリ元2つ目を参考にするとMOSFETというもので制御するそうなので、パクリ元3つ目で少し調査。さらにパクリ元4つ目、5つ目に派生。やっとなんとなく理解し始めた。未知分野だと通常当然知っているべきことを理解していないので理解に時間がかかる。。

サーボモーターに電圧をかけると、軸の回転はモーター側に管理されるので手動で軸を回転させるのはムリ。なのでサーボモーターの電圧かけたどちらか側の配線にスイッチでも入れておけば、スイッチを切った場合に電圧がかからなくなり（電位差がなくなり）手で動かせるようになる、と。さすがに人が近くにいないとモーターを動かせないとなると意味わからないので、手動スイッチではなく「何度にしろ」という命令ごとに電圧をオンオフすれば命令がない間は手動でモーターを動かすことができる。そのためにはモーターとGND側との間にトランジスタまたはMOSFETという部品を挟んでスイッチの役割を果たさせるのが通常のやり方のようだ。その他パクリ元6つ目から抵抗の重要性を学び、パクリ元7つ目から簡単に書けそうな drawio にて電子回路図をなんとなく作成してみた。

• 抵抗Aに関しては、サーボモーターでなくLEDの場合は電圧がLEDにかかりすぎないように必要なようだが、サーボモーターSG90は動作電圧が4.8-6Vとのことなのでラズパイからの5Vはそのままで抵抗Aは不要な感じ。
• 抵抗B（ベース抵抗）
  　＝（入力電圧 ー ベース・エミッタ間飽和電圧）÷ ベース電流
  　＝（GPIOからの3.3V ー ベース・エミッタ間飽和電圧（トランジスタ固有の値））× 電流増幅率（トランジスタ固有の値）÷ コレクタ電流
  とのことだが、5Vの電圧をかけた場合のサーボモーターを流れる電流≒コレクタ電流の値どうやって調べるんだろ、、パクリ元8つ目から平均電流値は 130mA 、最大値 1.2Aとのこと、適当だけど500mAぐらいで考えればいいのか？。手順としてはコレクタ電流に合わせて適切なトランジスタを決め、ベース抵抗を決める、となりそう。
• 抵抗C（ベース・エミッタ間抵抗）はトランジスタのノイズ用らしいので詳しい求め方はよくわからないが、パクリ元5つ目にはベース抵抗の10倍となっているので、そのように考える。

よって抵抗Aはなし、トランジスタは最大値 1.2Aを許容するものとして 2SC2655（パクリ元5つ目）、パクリ元9つ目10個目からはベース・エミッタ間飽和電圧はほぼ0.6V、電流増幅率の典型的な値として100、飽和直流電流増幅率はその1/2の50という数字を利用して、ベース電流は1.2A/50=0.024A、抵抗B（ベース抵抗）は (3.3-0.6)/0.024＝112.5Ω なので100RΩのものを使用する。抵抗Cは、、1kΩのものでいいかな、知らんけど。5V電源もラズパイ本体からよりは別に用意した方が良いらしいが、、数値が正しいかどうかもよく分からないが、、とりあえずやってみる。

ちなみにパクリ元11個目を元に電子工作スターターキットは購入済みなのでトランジスタのみ必要。キットに SB550/SB050 Transistor なんていうそれらしいものもあるが、あまり検索に引っかからなかったので別途購入した。今はポチっとすれば部品が購入できるが、昔なら電気街とかに足を運ばなければ手に入らない、という時点であきらめていただろうことが容易に目に浮かぶ。

結果

ブレッドボードも初めてだったのでかなり手間取る。ジャンパワイヤの分岐してるヤツあったら分かりやすい気がするなー。
結果いろいろ試してみたが、、うまくいかずに終了。。どうもトランジスタがスイッチの役目をはたしてくれずモーターが動かない。モーターのGND側配線をコレクタでなくGNDに直接つなぐとモーターは動いたので命令は届いているらしいがコレクタからエミッタへどうもつながらない。サーボモーターは3つ配線があるのでそこら辺の配線が良くないのか、計算が良くないのか、さっぱりわからん。

とりあえずトランジスタは難しい、ということで慣れるまではトランジスタなしでいろいろ試してみよう。。