UV除菌器のプログラム構築と机上デバック

こんにちは、くろべこです。

前回は、構想編という事でUV除菌器の仕様と必要材料の紹介を行いました。

紫外線には非常に強い滅菌作用がありほぼすべての細菌に効果があると言われています。そこで、今回から連載記事として紫外線除菌器の開発記事を書いていこうと思います。今回の記事は構想編という事で紫外線除菌器に必要な機能と材料、制御方法について書いていきます。最終的にはマスクを除菌できるようなものを作りたいと思います。

今回はプログラム構築編という事で、Arduinoプログラムのコーディングとテスト環境をブレッドボード上で再現していきたいと思いますよ！

テスト環境を作るブレッドボードは比較的大きめなものがオススメですね。amazonで1000円ちょっとくらいで売っているので、1個持っていればだいぶデバックが捗ります。以前は80mm×50mm位のブレッドボードを使用ていましたが、特大サイズのを使用してからは使っていないですね。

テストプログラム
テスト環境の紹介

テストプログラム

テストプログラムの紹介です。

紫外線ランプのACラインON/OFF用のリレーがまだ届いていないので、本テスト環境では使用できないですが、デジタルピンは割り当てて出力はできるようになっています。

また、紫外線ランプについてもブレッドボード上では扱えないので、青色LEDを仮として光らせるような内容となっています。

#include <Arduino.h>
#include <TM1637Display.h>

// LEDピン定義
#define CLK   11
#define DIO   10
#define Relay1 2
#define Relay2 3
#define SW     4
#define offLED 5
#define onLED  6
#define buzzer 9
#define SENSOR 0
#define door   700

static uint32_t analog=0;
bool sw=1;
bool flag=0;
uint8_t state=0;
uint32_t cnt1, cnt2;//タイマー設定用
uint32_t cnt3, cnt4;//カウントダウン用
static uint16_t sense;

TM1637Display display(CLK, DIO);

void setup()
{
  pinMode(SW, INPUT);
  pinMode(Relay1, OUTPUT);
  pinMode(Relay2, OUTPUT);
  pinMode(offLED, OUTPUT);
  pinMode(onLED, OUTPUT);
  pinMode(buzzer, OUTPUT);
  ledState(1);
  Serial.begin(9600);
  display.clear();
}

void analogConfig(){
  analog=0;
  for(int i=0;i<100;i++){
    analog+=analogRead(SENSOR);
  }
  analog/=100;
  analog=map(analog,0,1023,0,600);
  display.showNumberDec(analog, false);
  display.setBrightness(1, true); // Turn on
}

void swRead(){
  sw=digitalRead(SW);
  if(sw>0){
    flag=0;
    cnt1=millis();
  }else if(sw<1){
    flag=1;  
  }
  //sw長押しカウント
  if(flag>0){
    cnt2=millis()-cnt1;
    Serial.println(cnt2);
    Serial.println(sense);
    if(sense>door){
      cnt1=millis();
    }
  }
  if(cnt2>3000){
    Serial.println("カウントアップ");
    cnt2=0;
    state=1;
  }
}

/*
 * 1:UVC照射停止
 * 2:UVC照射中
 * 3:照射終了報知
 */
void ledState(uint8_t led){
   bool ledFlag=0;
   bool loopFlag=1;
   uint32_t cnt=0;
   uint8_t  t=0;
  
  switch(led){
    case 1:
      digitalWrite(offLED, HIGH);
      digitalWrite(onLED, LOW);
    break;
    case 2:
      digitalWrite(offLED, LOW);
      digitalWrite(onLED, HIGH);
    break;
    case 3:
      cnt=millis();
 
      while(loopFlag){
        if(ledFlag>0){
          digitalWrite(onLED, HIGH);
          digitalWrite(offLED, LOW);
          tone(buzzer, 3000, 50);
          if((millis()-cnt)>500){
            ledFlag=0;
            cnt=millis();
            t++;
          }
        }else{
          digitalWrite(onLED, LOW);
          digitalWrite(offLED, HIGH);
          tone(buzzer, 0, 500);
          if((millis()-cnt)>500){
            ledFlag=1;
            cnt=millis();
            t++;
          }
        }
        if(t>10){
          loopFlag=0;
          t=0;
        }
      }
      break;     
  }
}

void countDown(){
  cnt4=millis()-cnt3;
  if(cnt4>1000){
    analog--;
    display.showNumberDec(analog, false);
    display.setBrightness(1, true); // Turn on
    cnt3=millis();
  }
  if(analog<1|sense>door){
    state=3;
  }
}

void loop()
{ //扉開閉常時監視
  sense=analogRead(1);
  
  switch(state){
  case 0://タイマー設定(待機)
    analogConfig();
    swRead();
    Serial.println("STATE①");
  break;
  case 1://UVCランプ照射(LED状態：緑)
    digitalWrite(Relay1, HIGH);
    digitalWrite(Relay2, HIGH);
    ledState(2);
    cnt3=millis();
    state=2;
    Serial.println("STATE②");
  break;
  case 2://タイマー減算カウント
    countDown();
    Serial.println("STATE③");
  break;
  case 3://カウントアップ(UVC照射停止)
    digitalWrite(Relay1, LOW);
    digitalWrite(Relay2, LOW);
    state=4;
    Serial.println("STATE④");
  break;
  case 4://照射停止報知(3secブザー, LED点滅)
    ledState(3);
    state=5;
  break;
  case 5://LED状態:赤
    ledState(1);
    state=0;
  break;
  }
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

#include <Arduino.h>

#include <TM1637Display.h>

// LEDピン定義

#define CLK 11

#define DIO 10

#define Relay1 2

#define Relay2 3

#define SW 4

#define offLED 5

#define onLED 6

#define buzzer 9

#define SENSOR 0

#define door 700

static uint32_t analog=0;

bool sw=1;

bool flag=0;

uint8_t state=0;

uint32_t cnt1, cnt2;//タイマー設定用

uint32_t cnt3, cnt4;//カウントダウン用

static uint16_t sense;

TM1637Display display(CLK, DIO);

void setup()

{

pinMode(SW, INPUT);

pinMode(Relay1, OUTPUT);

pinMode(Relay2, OUTPUT);

pinMode(offLED, OUTPUT);

pinMode(onLED, OUTPUT);

pinMode(buzzer, OUTPUT);

ledState(1);

Serial.begin(9600);

display.clear();

}

void analogConfig(){

analog=0;

for(int i=0;i<100;i++){

analog+=analogRead(SENSOR);

}

analog/=100;

analog=map(analog,0,1023,0,600);

display.showNumberDec(analog, false);

display.setBrightness(1, true); // Turn on

}

void swRead(){

sw=digitalRead(SW);

if(sw>0){

flag=0;

cnt1=millis();

}else if(sw<1){

flag=1;

}

//sw長押しカウント

if(flag>0){

cnt2=millis()-cnt1;

Serial.println(cnt2);

Serial.println(sense);

if(sense>door){

cnt1=millis();

}

if(cnt2>3000){

Serial.println("カウントアップ");

cnt2=0;

state=1;

}

* 1:UVC照射停止

* 2:UVC照射中

* 3:照射終了報知

void ledState(uint8_t led){

bool ledFlag=0;

bool loopFlag=1;

uint32_t cnt=0;

uint8_t t=0;

switch(led){

case 1:

digitalWrite(offLED, HIGH);

digitalWrite(onLED, LOW);

break;

case 2:

digitalWrite(offLED, LOW);

digitalWrite(onLED, HIGH);

break;

case 3:

cnt=millis();

while(loopFlag){

if(ledFlag>0){

digitalWrite(onLED, HIGH);

digitalWrite(offLED, LOW);

tone(buzzer, 3000, 50);

if((millis()-cnt)>500){

ledFlag=0;

cnt=millis();

t++;

}

}else{

digitalWrite(onLED, LOW);

digitalWrite(offLED, HIGH);

tone(buzzer, 0, 500);

if((millis()-cnt)>500){

ledFlag=1;

cnt=millis();

t++;

}

if(t>10){

loopFlag=0;

t=0;

}

break;

}

void countDown(){

cnt4=millis()-cnt3;

if(cnt4>1000){

analog--;

display.showNumberDec(analog, false);

display.setBrightness(1, true); // Turn on

cnt3=millis();

}

if(analog<1|sense>door){

state=3;

}

void loop()

{ //扉開閉常時監視

sense=analogRead(1);

switch(state){

case 0://タイマー設定(待機)

analogConfig();

swRead();

Serial.println("STATE①");

break;

case 1://UVCランプ照射(LED状態：緑)

digitalWrite(Relay1, HIGH);

digitalWrite(Relay2, HIGH);

ledState(2);

cnt3=millis();

state=2;

Serial.println("STATE②");

break;

case 2://タイマー減算カウント

countDown();

Serial.println("STATE③");

break;

case 3://カウントアップ(UVC照射停止)

digitalWrite(Relay1, LOW);

digitalWrite(Relay2, LOW);

state=4;

Serial.println("STATE④");

break;

case 4://照射停止報知(3secブザー, LED点滅)

ledState(3);

state=5;

break;

case 5://LED状態:赤

ledState(1);

state=0;

break;

}

やたらと長くなっていますが、ちょっと解説。

まず、7セグメント表示機【TM1637】のライブラリを使用しています。そして、以下の機能を関数化して、その関数化したものをSwitch case分で条件分岐しているだけです。扉センサ(反射センサ)に関しては常時ポーリングで監視を行っています。

アナログ読み取り&7セグタイマー表示(タイマー時間設定)
デジタル読み取り&長押しカウント(起動スイッチ)
LED状態分岐+ブザー機能も含む
タイマーカウントダウン

あと、ブザーにこだわりがあります。このブザーは紫外線照射が完了したらお知らせするものなのですが音は3KHzに設定しています。

実は、人の耳というのは2kHz~4kHzが最も聞きやすいと言われています。なので間を取って3kHzとしているんですね～

テスト環境の紹介

テスト環境は冒頭でも話したようにブレッドボード上で構築しました。

ほぼ、実装時と同じ環境になる様に構築しています。

状態を表している緑/赤のLEDインジケータは以下のように状態を定義しています。

緑LED点灯:紫外線ランプ照射中
赤LED点灯：停止中
赤/緑交互点滅：紫外線照射タイマーカウントアップ。

動作テストを撮影してみました。イメージが付くと思いますのでご覧ください。

いかがでしょうか？起動スイッチがしょぼいですが、実際に実装する時はもう少し大きめのスイッチを使う予定です。

あとは、紫外線ランプとリレーモジュールが届けばパパっと作れそうな予感なのですが、心配なのが今回購入した紫外線ランプはおなじみの格安中華製なので日本のコンセントに入るかどうかドキドキです、、、

では、近いうちにまた会いましょー

マスクも除菌できる紫外線(UV)除菌器を作る【プログラム構築編】

UV除菌器のプログラム構築と机上デバック

テストプログラム

テスト環境の紹介

コメント