屋根裏のネズミに宣戦布告！光る黒猫大作戦

5個 PIRモーションセンサ小型 SR602 動きセンサー探知器モジュール赤外線感知モジュール感覚スイッチ高い感受性デュポンケーブル付き for Arduinoの電子DIYのため感受性デュポンケーブル付き for Arduinoの電子DIYのため

ポチップ

屋根裏に置いておくと、ネズミの嫌がる臭いが広がって、ネズミが来なくなるという仕組みです。

で、実際に蓋を開けてみたら…ものすごく強烈なミントの香りです！これは人間も厳しいやつだ、と思いながらも、とりあえず2階の屋根裏に設置してみた。

…が、しばらくすると1階の洗面所の換気扇の空気の流れに乗って、部屋中に強烈なミントの臭いが染み出してきました。

私は匂いに敏感なため、「家中この臭いになったら、生活できなくなってしまう」と判断し、残念ながら撤収。臭い作戦は設置したその日に敗退となりました。

超音波で追い払え作戦！でも作れなかった...

ネズミは、200Hzから60kHzという広い範囲の音が聞こえるそうです。そこで、人間に聞こえない20kHz以上の超音波を発生させて追い払う、という方法があるようです。

20kHzから60kHzなら、マイコンで簡単に発生させることができます。これならいけるかも！と思って作ろうとしたのですが、20kHz以上の音が出せるスピーカーがなかなか見つかりません。

超音波スピーカーという専用品もあるのですが、40kHzなど特定の周波数しか出せません。調べると、いろんな周波数の音を出した方が効果的らしいので、特定周波数オンリーの超音波スピーカーでは、それを実現することができません。

ということで、音作戦も断念。

これだ！青色LEDで光る猫ちゃんを作ろう

ネズミは夜行性なため光にとても敏感で、特に青色に強い感度を持っているそうです。このため青や青白い光がランダムに点滅すると、嫌がって逃げるようです。

これは…青色LEDとマイコンがあれば作れる！

しかも、せっかくだからただの基板じゃなくて、猫の形の基板にしたら面白いんじゃないでしょうか。ネコが目をピカピカ光らせてネズミを追い払う、番犬ならる番猫です。

ということで、光る黒猫ちゃんを自作することにしました！

光る黒猫ちゃんのカラクリを大解剖！

回路の仕組み

マイコンには、こういったシンプルな装置にぴったりな PadaukのPFS154 を使います。消費電力が少なく、電池駆動に最適です。

プログラムの流れはこんな感じです：

普段はマイコンがスリープ状態でじっと待機
熱に反応する人体検知センサ SR602 がネズミの動きを検知
センサが割り込みを発生させて、マイコンを起こす
起きたマイコンが、2つのLED（猫の目）をランダムに点滅させる
しばらくしたら自動でスリープに戻る

Youmile

ポチップ

ひとつ気をつけておきたいポイントがあります。スリープ中に電池が切れて低電圧リセットが起きると、MOS-FETのゲート電圧が不定になってしまう問題があります。不定になるとMOS-FETがOFFする場合もありますが、ONしてしまうこともあります。ONすることを防ぐために、ゲートに1MΩの抵抗を入れておきます。トランジスタの場合にはまあまあ無くても大丈夫な場合が多いのですが、MOS-FETは基本的に問題になるので、プルダウン抵抗は必須です。

プログラムの仕組み

#include <pdk/device.h>
#include <stdint.h>
#include "auto_sysclock.h"
#include "delay.h"

#define LED1_BIT    0
#define LED2_BIT    4

#define LED1_OFF()     PA &= ~(1 << LED1_BIT)
#define LED1_ON()    PA |= (1 << LED1_BIT)
#define LED2_OFF()     PA &= ~(1 << LED2_BIT)
#define LED2_ON()    PA |= (1 << LED2_BIT)
#define LED_NUM 2

#define PIR1_PIN     5
#define PIR1_STATES() ( PA & (1 << PIR1_PIN) ) != 0
#define PIR2_PIN     6
#define PIR2_STATES() ( PA & (1 << PIR2_PIN) ) != 0
#define PIR_ON 1
#define PIR_OFF 0

#define PIRPWR_BIT    7
#define PIRPWR_OFF()   PA &= ~(1 << PIRPWR_BIT)
#define PIRPWR_ON()    PA |= (1 << PIRPWR_BIT)

#define DELAY_TIME_MS 15
#define ON_TIME_S 9
#define COUNTUP_MAX 40

unsigned short xs = 17;
char rand(){
    xs ^= xs << 7;
    xs ^= xs >> 9;
    xs ^= xs << 8;
    return ( (char)xs )/8;
}

char setCountdown()
{
    char temp = rand();
    temp = temp/4 + 5;
    return temp;
}

void main() {
    MISCLVR = MISCLVR_2V75;
    PDK_USE_FACTORY_IHRCR_16MHZ();
    PDK_USE_FACTORY_BGTR();
    AUTO_INIT_SYSCLOCK();
    CLKMD &= ~CLKMD_ENABLE_WATCHDOG;  // Disenable WDT

    PAC |= (1 << LED1_BIT);          // Set LED pin as output
    PAC |= (1 << LED2_BIT);          // Set LED pin as output
    PAC |= (1 << PIRPWR_BIT);          // Set LED pin as output
  
    PAC &= ~(1 << PIR1_PIN );  //portA Init for PIR Sensor INPUT
    PAC &= ~(1 << PIR2_PIN );  //portA Init for PIR Sensor INPUT
    
    uint8_t pbdierReg = 0;
    pbdierReg |= ( 1 << PIR1_PIN );   //button INPUT
    pbdierReg |= ( 1 << PIR2_PIN );   //button INPUT
    PADIER = pbdierReg; //PBDIERはリードできないので一括で設定する必要がある PBDIER can't read. Need to set one time.

    LED1_OFF();
    LED2_OFF();
    PIRPWR_ON();

    int LEDCountdown[LED_NUM];
    int LEDCountup[LED_NUM];

    if( PIR1_STATES() == PIR_OFF && PIR2_STATES() == PIR_OFF )
    {
        __stopsys();
    }

    while(1)
    {
        for( int i=0 ; i<LED_NUM ; i++)
        {
            LEDCountdown[i] = setCountdown();
            LEDCountup[i] = 0;
        }

        while(1)
        {
            for( int i=0 ; i<LED_NUM ; i++)
            {
                LEDCountdown[i]--;
                if( LEDCountdown[i] <= 0)
                {
                    switch(i){
                        case 0:
                            LED1_ON();
                            break;
                        case 1:
                            LED2_ON();
                            break;
                        default:
                            break;
                    }
                    LEDCountdown[i] = setCountdown();
                    LEDCountup[i]++;
                }
            }

            _delay_ms(DELAY_TIME_MS);
            LED1_OFF();
            LED2_OFF();
            if( LEDCountup[0] > COUNTUP_MAX && LEDCountup[1] > COUNTUP_MAX ) 
            break;
        }

        LED1_OFF();
        LED2_OFF();

        if( PIR1_STATES() == PIR_OFF && PIR2_STATES() == PIR_OFF )
        {
            __stopsys();
        }
    }
}

プログラムのポイントは乱数。

rand() という乱数生成関数を使って、LEDがランダムな周期で点滅するようにします。規則的な点滅より、不規則な方がネズミに「なんだこれ、やばい」と感じさせやすいようです。

一定回数（COUNTUP_MAX の値）点滅したら、__stopsys() でスリープに入る仕組みになっています。

あと、電池駆動なので終止電圧の管理も大切です。MISCLVR = MISCLVR_2V75 と書いておくことで、電圧が2.75V以下になったら低電圧リセットがかかって、マイコンが停止しおかしな動作をしなくなります。

基板のデザイン

さて、ここが一番楽しいところです。

猫の形の基板にする、と決めたので、まず猫のイラストを描きます。鉛筆で描きました。このフワフワ感が再現できるでしょうか。

それをKiCadに読み込みます。猫ちゃんの目の部分に青色LEDを配置して、点滅する目のギミックにします。

PIRセンサ（人体検知センサ）は、猫の首輪につけた鈴に見立てることにしました。かわいく仕上がるかな？

表も裏も同じデザインになっているので、どちらから見ても黒猫ちゃんが見えるようになっています。

基板をPCBgogoに発注！

基板の製造は PCBgogo に頼みました。

パラメータの設定はこんな感じです：

基板サイズ・枚数を設定
レジストの色は黒（黒猫にしたいので黒）
メタルマスクも一緒に注文。枠なし・120mm×120mmにカットしてもらうよう「ご要望」欄に日本語で書いておきます。PCBgogoは完全日本語対応なので、カット指示も日本語でOKなのがありがたいですね。

設定が終わったら「カートに入れる」→ガーバーファイルをアップロード→「確認」でOKです。数十分〜数時間後にデータチェックが完了したら「レジに進む」で支払い。PayPalやクレジットカードが使えます。

ちなみにデータチェックですが、平日は早いですが、休日は少し遅い傾向があるのでご参考まで。

さて！黒猫ちゃんを組み立てていくよ

基板が届いた！想像以上にかわいい

発注から10日ほどで基板とメタルマスクが到着！

開けてみたら…鉛筆でデッサンした感じそのままのシルク印刷で、めちゃくちゃかわいいじゃないですか！目は怖いですが...

それだけじゃなくて、製造品質にも感動したポイントがあります。基板の四角い切り抜き部分なのですが、角の処理が丁寧なんです。

普通のルーターカットだと角が丸くなってしまうのですが、PCBgogoはあらかじめ角にドリルで穴を開けてからルーターカットしてくれています。おかげで角がちゃんと直角になってて、ピッタリはまるようになっています。こういう細かい気配りがうれしいですね。

部品を実装していくよ

クリームはんだの印刷

基板とメタルマスクを、マップピンを使って位置合わせして固定します。

クリームはんだには CHIPQUIK TS391LT50 という低融点の鉛フリーはんだを使います。家庭用オーブンでもリフローでき、常温保存できるので扱いやすくておすすめです。

パテベラでクリームはんだを手前に引き寄せながら印刷すると、きれいに塗れます。

フレキシブルパテ　約90mm（3寸相当）　極東産機　13-3143

ポチップ

部品の実装

ピンセットよりも電動バキュームピックアップツール HAKKO394が使いやすくておすすめです。吸着して、目的の場所にそっと置くだけで実装できます。

白光(HAKKO) 吸着ピンセット電池式 394-01

白光(HAKKO)