平 成 25 年 度 電 子 情 報 工 学 科 卒 業 研 究 発 表 会
マイコンを用いたフットライトシステムの開発
著者 小濱 雄太
1
序論
福 井 高 専 電 子 情 報 工 学 科 棟 東 側 に は 、多 く の 学
生・教 員 が 利 用 し て い る 非 常 階 段 が あ る 。電 子 情 報
工 学 科 棟 と 専 攻 科 棟 の 各 階 を 結 ぶ 連 絡 通 路 に も なっ
て お り、主 要 な 移 動 経 路 の 1 つ と も なって い る 。階 段
入 口 に は 、夜 間 に 利 用 す る 人 の た め に 、人 感 セ ン サ
付 き の 照 明 が 設 置 さ れ て い る 。し か し 、そ れ ら は
図 1のように階段から離れた位置に取り付けられて
い る 。そ の た め 、棟 内 と の 出 入 り 口 周 辺 を 照 ら す だ
け に と ど まって お り、階 段 部 に は 、昇 降 が 安 全 に で
き る ほ ど の 十 分 な 光 量 が 届 い て い な い 。ま た 、セ ン
サも階段から離れた位置に取り付けられているた
め 、セ ン サ が 反 応 し な い こ と も あ る 。利 用 者 が 、ス
テップ を 踏 み 外 し た り、転 倒 し た り す る 事 も 実 際 に
発 生 し て い る 。こ れ ら の 理 由 か ら 、当 該 階 段 は 、夜
間 の 階 段 利 用 者 に とって 非 常 に 危 険 な 状 況 で あ る 。
本 研 究 で は 、上 記 問 題 点 を 解 決 す る た め に 、照 明
装 置 を 製 作 す る こ と に し た 。夜 間 の 階 段 利 用 時 の 安
全 を 確 保 で き 、か つ 省 電 力 な 照 明 シ ス テ ム の 製 作 を
目的とする。
指導教員 小松 貴大
る 。白 色 LED の 間 に フ ル カ ラ ー LED を 設 置 し 、イ ル
ミ ネ ー ション を 行 う こ と で 、エ ン タ ー テ イ メ ン ト 性
を 加 え る 。上 記 の こ と を 実 現 す る た め に 、マ イ コ ン
に よ る ソ フ ト ウェア 制 御 と す る 。ま た 、ス イッチ や
液 晶 ディス プ レ イ と いった 入 出 力 装 置 に よ り、フット
ラ イ ト や イ ル ミ ネ ー ション の 操 作・モ ニ タ リ ン グ を
可 能 と す る 。SD カ ー ド に 書 き 込 み で き る 機 能 を 追
加 し 、照 度 セ ン サ の 値 や 点 灯 時 間 等 の 記 録 を 取 り、
シ ス テ ム の 評 価 と 改 善 に 活 用 す る 。加 え て 、ス マ ー
ト フォン な ど で も シ ス テ ム を 操 作 で き る よ う に 、マ
イ コ ン を Android と の 通 信 に 対 応 さ せ 、Android 端 末
向けのアプリを作成する。
2.1
フット ラ イ ト
フットライトの光源には、白色 LED(OS4WMEZ4E1P,
OptoSupply 製, VF = 3.1[V], IF M AX = 90[mA]) を 使 用
し た 。レ ン ズ で 覆 わ れ て お り 見 栄 え が 良 く、か つ
高 輝 度 で あ る 。た だ し 、安 定 し て 動 作 さ せ る た め
IF = 30[mA] で 設 計 し た 。1 フ ロ ア あ た り に 、LED を
3 個 直 列 し た ブ ロック を 、9 ブ ロック 配 置 す る 。階 段 1
ス テップ あ た り に 1 つ の LED を 配 置 す る 。こ れ は 、
予備実験により十分な光量が得られることを確認
で き た 。回 路 と し て は 、負 論 理 で 動 作 す る の で 、カ
ソードを制御部へ接続する。
制御部ではダーリントントランジスタIC(TD62083APG,
TOSHIBA 製) に よ る ス イッチ ン グ で 、カ ソ ー ド を 接
地 す る こ と で 点 灯 さ せ る 。図 2 に LED 制 御 の 基 本 回
路 を 示 す。1 フ ロ ア に 流 れ る 電 流 が 理 論 上 0.27[A] で
あ る の に 対 し 、こ の IC の 最 大 順 電 流 は 0.5[A] で あ る
た め 、白 色 LED を 十 分 に 駆 動 で き る 。
図 1: 既 存 照 明 と 非 常 階 段 の 位 置 関 係
2
システム構成
電 源 に は DC12[V] 出 力 の バッテ リ ー を 使 用 し 、太
陽 光 発 電 シ ス テ ム を 利 用 し て 蓄 電 す る 。階 段 全 体 を
均 等 に 照 ら す よ う に フット ラ イ ト 形 式 と し 、光 を 透
過 す る 透 明 の 配 線 モ ー ル を 筐 体 と し て 使 用 す る 。非
点 灯 時 の 見 栄 え も 考 慮 し て 、ラ メ 装 飾 の 施 さ れ た 基
板 保 護 シ ー ト を 貼 り 付 け る 。光 源 に は 消 費 電 力 の 少
な い 白 色 LED を 使 用 し て 、安 全 を 確 保 す る 。さ ら
に 、消 費 電 力 を 抑 え る た め に 照 度 セ ン サ と 人 感 セ ン
サ を 用 い て 、周 囲 が 暗 く、人 の 通 り が 検 出 さ れ た フ
ロ ア の み 点 灯 で き る よ う に 設 計 す る 。建 物 は 4 階 建
て の た め 、3 フ ロ ア を そ れ ぞ れ 制 御 す る こ と に な
図 2: LED 制 御 の 基 本 回 路
2.2
センサ
照 度 セ ン サ (NJL7502L, 新 日 本 無 線 株 式 会 社 製) の
導 入 に よ り、夜 間 の み 点 灯 す る よ う に 制 御 を 行 う。
Arduino の A/D 変 換 を 用 い て 値 を 読 み 取 り、一 定 の
値 以 下 に なった ら 夜 と 判 断 し 人 感 セ ン サ へ 電 源 を 供
給 す る 。ま た 、朝 (明 る い) と 判 断 す る 閾 値 と は 異 な
る よ う に す る こ と で 、短 い 間 に 何 度 も 2 つ の 状 態 を
平 成 25 年 度 電 子 情 報 工 学 科 卒 業 研 究 発 表 会
遷移しないようにしている。
人 感 セ ン サ (NaPiOn AMN33112, Panasonic 社 製) を
各 フ ロ ア の 上 り 口 と 下 り 口 に 設 置 す る こ と で 、人 が
通った 時 だ け 一 定 時 間 点 灯 す る よ う に 制 御 す る 。
NaPiOn の 場 合 、人 体 と 背 景 と の 温 度 差 が 4[℃] 以 上
あ れ ば 検 出 可 能 と なって お り、夏 場 で も 精 度 よ く 検
知 す る こ と が 可 能 で あ る 。NaPiOn の 出 力 信 号 は 、
検 出 時 は 入 力 電 圧 (5[V]) で 、非 検 出 時 は オ ー プ ン と
なって い る 。検 出 確 認 用 の た め に 、LED を 点 灯 さ せ
る 。図 3 の よ う な 回 路 を 組 ん だ 。マ イ コ ン へ の 入 力
信 号 に は 、オ ー プ ン コ レ ク タ の 回 路 を 用 い て い る 。
こ れ で 、非 検 出 時 は 出 力 が 常 に H レ ベ ル に 固 定 さ
れ 、検 出 時 に は L レ ベ ル に 変 化 す る 。
が 、点 灯 し た 色 は 全 体 的 に 白っぽ い 色 だ け で あった 。
そ こ で 、規 則 的 に 色 を 決 定 す る た め に 、図 6 で 示 す
よ う な 方 法 を とった 。こ れ は 、2 色 を 0 と 255 で 固 定
し 、残 り 1 色 を 0 か ら 255 の 間 で 変 化 さ せ る こ と で
1530 色 を 再 現 し て い る 。
図 6: カ ラ ー 表 現
3
結論
図 7 は 同 じ 時 間 、同 じ 場 所 で の 、フット ラ イ ト を
点 灯 さ せ て い な い 時 と 、点 灯 さ せ た 時 の 比 較 画 像 で
あ る 。階 段 の 明 る さ に 大 き な 違 い が あ り、点 灯 時 に
は夜間利用の安全が確保されていることが確認で
き る 。利 用 者 か ら は 、「 明 る く な り 危 険 が な く なっ
た の で 助 かって い る 」と の 感 謝 の 声 を 頂 い た 。
図 3: 人 感 セ ン サ の 回 路 図
セ ン サ 用 の 筐 体 は 、3D プ リ ン タ で 造 形 し た 。
3DCAD ソ フ ト (DesignSpark Mechanical) を 用 い て 図 4
の よ う に 設 計 し 、図 5 の よ う な 筐 体 を 造 形 し た 。人
感 セ ン サ と 配 線 用 の 穴 を 用 意 し 、防 水 用 の ゴ ム を 取
り付けられるように設計した。
a: 消 灯 時
b: 点 灯 時
図 7: フット ラ イ ト 設 置 前 後 の 比 較
図 4: 3DCAD で の 設 計
2.3
図 5: セ ン サ 用 の 筐 体
イ ル ミ ネ ー ション
RGB フルカラー LED(KAF-5060PBESURVGAC, Kingbright 製) を 使 用 し た 。6 ピ ン で あ る た め 、3 個 直 列 接
続 し て も RGB の 各 色 を 独 立 に 制 御 で き る 。フット
ラ イ ト と は 異 な り、１ フ ロ ア の 各 ブ ロック を 独 立
し て 制 御 で き る よ う 設 計 し た 。フ ル カ ラ ー LED の
制 御 に は 、16ch 定 電 流 LED ド ラ イ バ (TLC5940, Texas
Instruments 製) を 用 い て PWM 制 御 す る 。各 色 256 段
階 で 明 る さ を 調 整 で き る 。色 の 表 現 方 法 と し て 、
RGB 各 色 の 値 を ラ ン ダ ム に 決 定 す る 方 法 を 考 え た
フット ラ イ ト の 1 フ ロ ア あ た り の 消 費 電 力 は 理 論 上
3.24[W] で 、階 段 3 フ ロ ア 全 体 で の 消 費 電 力 は 9.72[W]
で あ る 。よって 、常 時 点 灯 さ せ た 場 合 の 消 費 電 力 量
は 、約 233[Wh] と な る 。照 度 セ ン サ と 人 感 セ ン サ に
よ る 制 御 に よ る 省 電 力 性 能 を 、夜 間 の 点 灯 状 況 か ら
分 析 す る 。2014 年 2 月 20 日 18 時 00 分 か ら 、翌 日 6 時 00
分 ま で の 12 時 間 の 記 録 を 解 析 し て み る と 、消 費 電 力
量 は 4.00[Wh] で あった 。24 時 間 点 灯 時 と 比 較 し て 、
98.3%消 費 電 力 量 を 削 減 す る こ と が で き 、十 分 な 効
果が得られた。
イ ル ミ ネ ー ション は ソ フ ト ウェア で 制 御 す る た め 、
パターンはいくつでも増やしていくことができる。
記 念 日 や 行 事 、季 節 な ど に 合 わ せ た イ ル ミ ネ ー ショ
ン を 追 加 し て く こ と で 、見 る 人 を 楽 し ま せ る こ と が
で き る で あ ろ う。今 後 は 、Android 端 末 等 の ユ ー ザ イ
ン タ フェー ス を 充 実 さ せ て い く こ と で 、こ の シ ス テ
ム を 身 近 な も の と し 、多 く の 人 に 利 用 し て 頂 き た い 。

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