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Case:03 -CAMPCAN- IKEAのマグネット缶と3Dプリンタでキャンプ感あふれるお天気グッズを製作(回路基板の製作)

すけろく
CAMP-CANに搭載するLEDを光らせるためには、
電力と、制御信号が必要だな。
げんろく
冴えているな。
そのとおり。
すけろく
M5StickC PlusでLEDストラップや、単体LEDを
光らせるとなると電力が足りないかもな。
げんろく
良く気付いたな。そのとおり。
LEDは電流が多く必要だから、M5StickC Plusの
5V出力では光らせることは現実的ではない。
すけろく
では、電流をM5StickC Plusとは別に、
LEDへ給電する回路が必要だ。
げんろく
今回は、LEDへの給電を行う回路基板の
製作をおこなうとしよう。
この記事は、「-CAMPCAN- キャンプ感あふれるお天気グッズ」の製作記事です。
まとめと概要は次の記事で掲載しています。
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今回はIKEAのマグネット缶「GRUNDTAL グルンドタール」を使ったお天気グッズの製作過程について記載します。
製作する「お天気グッズ」のデザインは次の通りです。
天井部分と、焚き火を光らせるためにLEDを使うようなデザインにしています。

どんなLEDを使うか

LEDを設置する箇所は次の2カ所です。
  • 天井部分の環境照明
  • 焚き火用の照明

天井部分の環境照明

天井部分に設置するLEDは、一日の太陽の動きを表現するため、複数個のLEDが実装されている「LEDストラップ」を使います。

今回は、M5StickC PlusのGrove端子に対応した次の製品(10㎝)を使用します。

 

 

この製品には、LEDが15個実装されていて、一つの信号線でこの複数のLEDを光らせることができます。

Grove端子名称
説明
GND
5V GND(-)
Vin
5V Vin(+)
S
信号線
使用しない

焚き火台用の照明

キャンプといえば、焚き火?なので、焚き火を表現するためのLEDを取り付けます。

LEDは単体のものを使用し、信号線で色や輝度を変更できるRGB対応のLEDを使用します。

商品としては次のものになります。

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エイダフルート(Adafruit)
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シリアルLED NeoPixelのスルーホール実装用LEDです。直径8mmの砲弾型。パッケージは半透明です。
RGB対応なので、信号線からの制御によって発光色を変えられます。
この商品の端子構成は次のようになっています。
端子名称
説明
Data in
信号線
5V
5V Vin(+)
GND
5V GND(ー)
Data out
※今回は使用せず。
複数個つなげる場合に使用します。

電力の供給構成はどうするか

次に、2つのLEDと、制御マイコンである「M5StickC Plus」への電力供給を考えました。

M5StickC Plusは、バッテリーを内蔵しているので、今回はバッテリーから供給します。

2つのLEDに対しては、M5StickC Plusからでは、電流量が多くなり危険なので、電池ボックスを内蔵してそこから供給するようにします。

電池ボックスの選定

使用する電池ボックスは次のものにしました。

電池ボックス 単4×2本 リード線
直列の単4電池2本を搭載できるでんちボックスです。
サイズが小さく、リード線もついているので使いやすいです。
秋月電子さんで購入できます。秋月電子さんの通販サイトURLはこちらです。
蓋つきのものが良いかとも思いましたが、マグネット缶に組み込む場合に干渉してしまうので、上記のものにしています。

電圧を変更する仕組み

単4電池2本を直列で使用すると、約3Vの電圧が得られますが、今回使うLEDの電圧は5Vですので、電圧を変換(昇圧)する必要があります。

昇圧用の回路はいろいろ売っていますが、今回はできる限り小さなものが良かったので次のものを使用します。


XCL103使用5V出力昇圧DCDCコンバーターキット
主な仕様は次の通りです。出力は5V固定になっています。
とても小さいのが特徴です。
・入力:0.9~5V
・出力:5V
・電流:0.21A(入力3V)
・基板寸法:10.0mm×7.5mm
秋月電子さんの通販サイトURLはこちらです。

制御用マイコンの端子

LEDの発光制御信号を発信するのは、「M5StickC Plus」を使います。

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M5Stack
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画面付きで小型のマイコンです。旧版のM5StickCから、ディスプレイサイズ、バッテリ容量が変更になっています。ブザーも実装されました。通信(WiFi/Bluetooth)機能、6軸加速度センサーも搭載されています。
Aruduino で開発できます。

M5StickC Plusの端子構成は次のようになっています。

QIコネクタ
7つのコネクタがあります。
写真のように各ピンが設定されています。
①GND
②5V→(出力)
③G26
④G36/G25
⑤G0
⑥BAT
⑦3V3(出力)
⑧5V←(入力)
M5StickCを動作させるためには①GNDと⑧5V←を電源回路に接続する必要があります。
Groveコネクタ
4つのピンで接続するコネクタです。
写真のように各ピンが設定されています。
①GND
②Vout
③G32
④G33
USB-Cコネクタ
PC接続用コネクタです。このコネクタを経由してプログラムの書き込みを行います。またUSB給電も可能なので、ケーブルを接続すると電源が入ります。

 

電子回路の製作

部品がそろったところで、回路図を書いていきます。

回路としては、電源のラインと制御信号のラインになりますが、M5StickC Plusは内蔵バッテリーで動作させるため、非常にシンプルな構成になります。

回路図は次のようになりました。

回路図の表記名 部品名
+3.3V 電池ボックス(+)
STEPUP(5V) 5V出力昇圧DCDCコンバーター
WS2811-LED 焚き火用LED
M5StickC Plus M5StickC Plus
QIコネクタ  :焚き火用LEDへの信号線、GND接続
Groveコネクタ :天井用LEDへの信号線
M5-LEDBAR 天井用LEDストラップ

回路基板の製作結果

実際にユニバーサル基板を使って作った回路基板は次のようになりました。

回路基板には、M5StickC Plusとの接続用としてコネクタピンを実装しています。

M5StickC Plusと接続したところ

動作するか確認

作成した回路基板を実際にM5StickC Plusにつなげて、LEDが点灯するかどうかをチェックしました。

結果、次のように、きちんとLEDが点灯して問題ないようです。

 

編集後記

いかがだったでしょうか。

LEDストラップとLED単体の2種類を同時点灯できました。

M5StickC Plusに組み込んだプログラムの内容については、次の記事で紹介しています。

関連記事

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今回の記事は、以上になります。

最後までご覧いただきありがとうございました。

今回使用した主な素材、ツールはこちら!

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RGB対応なので、信号線からの制御によって発光色を変えられます。
電池ボックス 単4×2本 リード線
直列の単4電池2本を搭載できるでんちボックスです。
サイズが小さく、リード線もついているので使いやすいです。
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XCL103使用5V出力昇圧DCDCコンバーターキット
主な仕様は次の通りです。出力は5V固定になっています。
とても小さいのが特徴です。
・入力:0.9~5V
・出力:5V
・電流:0.21A(入力3V)
・基板寸法:10.0mm×7.5mm
秋月電子さんの通販サイトURLはこちらです。