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超高速・超簡単Hue対応LEDテープライト調光器開発

ZigBee

Posted at 2020-04-08

初めにお断りしておくとこの記事ではプログラムの話が一切出てきません。何にせタイトルが超高速・超簡単ですからね。一応技術的なネタなので大丈夫かと思いますが、Qiitaのガイドラインに抵触していると指摘を受けた場合は記事を削除しますのでご了承ください。
あと、文章多めなのでテキトーに読み飛ばしてください。

ネタ概要

IKEAのスマートLED電球Tradfriを材料に、Zigbeeの知識不要、プログラミング不要でお安くHue対応LEDテープライト調光器をカップラーメン並みに超高速で作ってみた、をお送りします。

開発縛り

Hue対応
- なんで？：ものぐさなもんで、我が家のAmazon Echoからボイスコントロールしたいのとタイマー機能（寝落ち対策）が欲しい。
予算1980円以下
- なんで？：けちーもんで。みんな大好きイチキュッパ。市販の調光器はかなりお高いんですよ。
Zigbeeの知識不要
- なんで？：タイトルに超高速・超簡単ってつけたので。ホンネ言うと、齧ってみたんですけどいやー難しくて。Zigbeeモジュール買ってHue Hubと接続すべく色々あーだこーだやってみたものの無反応。でついに、面倒臭くなって。Zigbeeの仕様書があれば何とかなったと思うんですよ。うん。で、あ、そうだ、Tradfriがあるじゃないか！って。
プログラミング不要
- なんで？：もうお分かりですね。ギブアッもとい、タイトルのせいです。

用意するもの

Tradfri電球。これがないと始まりません。今回はE17 400ルーメンの物を使用します。他のヤツでも多分大丈夫です。価格は税込999円!入手しやすいZigbeeモジュールは2000円以上するので、安いですね。
ご家庭に必ず１本はあるノコギリ。え、なんでって？Tradfri電球をバラしてZigbeeモジュールを取り出すためです。
滑りにくい厚手の手袋。ノコギリでTradfriをギコギコするので手の安全のためですね。
ペンチまたはプライヤー。あったほうが捗るかと思います。バリバリ剥いていきましょう。
少々の握力と体力
半田ごてセットとニッパー
各種電子部品
7. Nch Power MOSFET。今回はIRL3813PBF（スペック30V260A）を使用。最低でも12V10A＋安全マージン以上のものを使用ください。
8. 三端子レギュレータ（3.3V 500mA）。TradfriのZigbeeモジュール駆動電源用。今回はNJU7223F33を使用。
9. 炭素皮膜抵抗1kΩと10kΩ
10. セラミックコンデンサ0.1μF ２つ。レギュレータ用。
11. 電源コネクタ（DCジャック）２つ。電源入力と供給用。
12. ユニバーサル基盤。今回は小型化見た目重視のためPCBを設計し、Seeed Fusion PCBに発注しています。
13. ジャンパー線（ロジックレベル向け）と大電流用ケーブル。予めLEDテープライトに流れる電流を把握し、流す電流に十分耐えられるものを選んでください。
テスター。配線確認用。
ケース。基板を収めるやつですね。100均に色々揃っています。今回は小型化見た目重視のため3Dプリンタで作りました。
LEDテープライト用DC電源アダプタ。通常12V。電流容量は見合ったものを選んでください。
自己責任。これが一番重要。色々危ない箇所やモノがあるので、全て自己責任の下で作業をおよび取り扱いをお願いします。

レシピ

TradfriとHueをペアリングさせます。
念のため先にやっておきます。追加方法はTradfri Hueとググるとたくさん出てきます。私はHue LightsというiOSアプリのTouchlink機能を使って追加しました。あ、E17の口金に対応した照明器具が必要ですね・・・。
ノコギリやペンチなどでTradfriをブッた切って、Zigbeeモジュールを取り出します。刃物を使うので怪我にご注意ください。手袋を忘れずに。詳しい方法はTradfri teardownでググると色々出てきます。プラスチック部分は意外に柔らかいです。ブツは根っこ側の方にありプラスチックに覆われたアルミ製ハウジングの中に入っています。途中半田ごてでLEDモジュールと口金の部分のハンダを除去して取り外すところがあります。あと、肝心のZigbeeモジュールもですね。コンデンサとかコイルとかごちゃごちゃしている部分は不要です。
Zigbeeモジュールと各種電子部品を回路図の通り基板上に組み付けます。
回路図では使用しているMOSFETの型番が違っていますのでご注意ください。回路図の型番は無視して、前述のIRL3813PBFか代替スペックのものを使用ください。
回路について簡単に説明すると、TradfriはPWM制御で調光しています。なので、ZigbeeモジュールからのPWM信号でPower MOSFETをスイッチングさせLEDテープライトの電源を高速でON/OFF（スイッチング）させることで、明るさを変える仕組みになっています。
配線が正しいかテスターを使って確認します。特に大きな電流が流れるのでショート結線に注意ください。
組み上がった基板をケースに収めます。DCコネクタ用の穴あけ加工がケース側に必要になります。
電源アダプタとLEDテープライトを作成した調光器に接続し電源を入れます。念のため、ブレイカー機能付きOAタップに電源アダプタを挿して電源を取ることを推奨します。
HueアプリからTradfriライト（実は調光器）をアプリに追加します。追加すると、HueアプリやAmazon Echoから制御できます。Amazon EchoにはHueスキルを追加しておく必要があります。
はい、出来上がり！牛丼並みに簡単、安い、早いですね^^;。多少体力と握力はいるかもですが。