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はじめに ==================== リモートワークで外出しない日々が続くと、郵便受けに郵便物があるかどうかをチェックするのが遅れがちな今日この頃です。そこで、郵便受けに郵便物があることを通知する装置を作ってみました。 郵便物の確認というと、郵便受けの扉部分が動いたことを検知するとか、カメラで撮影するとか、いろいろ方法があります。今回はシンプルに郵便受けの底面に設置したフォトリフレクター（赤外線を照射して、反射して返って来るとトランジスタに電流が流れる）を使って、フォトリフレクターの上に郵便物があることを検知することで実現します。この方法では、どのような郵便物が入っているかは分かりません。  また、郵便受けは集合型で自室の外にあり、検知結果を無線で通知する必要があります。そこで、Bluetooth Low Energy (BLE) で飛ばして、室内に置いた Raspberry Pi でキャッチすることにしました。金属の箱の中からでも意外と届くものですね。（ただし、Raspberry Pi を郵便受けから近く電源も取れるトイレの窓際に設置） 今回は、基本的な仕組みの動作検証ということで、通知はターミナルに出すだけです。Raspberry Pi まで来てしまえば、IFTTT 経由で LINE にメッセージを送ったりとか、なんとでもできますね。連続稼働時間についても実用面では今後検討ですが、M5 Stack でどこまでいけるかを試します。 材料 ======================= * M5 Stack Gray: 手元にあったので…。連続稼働時間を考えると変えた方がよさそう。 * フォトリフレクタ コーデンシ SG-105: 検知可能距離が短いのでこちらを選びました。 * 抵抗: 750, 470 k（調整必要） * 電源が自動で切れないモバイルバッテリ（ノベルティでもらったもの） * 適当なユニバーサル基板、銅線 * 自己融着テープ * 段ボール 作り方 ========================== 回路定数決め ---------------------------------------------------

まずは、ブレッドボードで実装して回路定数を決めます。A/D 変換を使ったり、可変抵抗をつければ後から調整することもできるのですが、シンプルに GPIO で取り込むことにしたため、反射しにくい濃紺の（某宅配レンタルの）封筒でも検知できるように抵抗値を調整しました。 電源は 3.3 V を使います。Vcc からではなく、GPIO 5 から電源を供給して、測定時以外は OFF できるようにしました。  実装 ----------------------------------------------------- ユニバーサル基板でこのような感じに実装しました。この配置で大丈夫？と思う方もいるかと思いますが、久しぶりの電子工作で、半田付けしている最中に配線間違いに気づいて裏側は残念な感じになっています（一応ノージャンパー）。  郵便受けは金属なので自己融着テープで簡単に絶縁しました。  郵便受けの床の部分は段ボールで作りました。真ん中に穴を開けて取り付けます。フォトインタラプタは対象物から多少離れていた方が感度が良いため、床面から少し離したほうが良いです。段ボールの穴のサイズも余裕を持っておかないと、赤外線がフチで反射する可能性があります。  M5 Stack のプログラミング ---------------------------------------------------- M5 Stack で BLE は色々な人が実践していますが、今回はこちらを参考にしました。 https://pages.switch-science.com/letsiot/bleperiph/index.html 今回は、BLE でもブロードキャストモードを使用しています。自身をアドバタイズするときに、一緒に郵便物の状態を配ります。受信するデバイスとはコネクションを確立する必要はありません。ただし、ポストの状態は周りに丸見えになってしまいます。 ```c++ #include <Arduino.h> #include <M5Stack.h> #include <BLEDevice.h> #include <BLEServer.h> static BLEServer *pBLEServer; static void setup_ble() { BLEDevice::init("Post Notifier"); pBLEServer = BLEDevice::createServer(); } void setup() { M5.begin(); Serial.begin(115200); pinMode(GPIO_NUM_2, INPUT); pinMode(GPIO_NUM_5, OUTPUT); // スピーカーとディスプレイを止めておく pinMode(GPIO_NUM_25, OUTPUT); M5.Lcd.writecommand(ILI9341_DISPOFF); M5.Lcd.setBrightness(0); setup_ble(); } static void advertise_data(char val) { BLEAdvertisementData advertisementData {}; advertisementData.setFlags(0x06); std::string data; data += (char)0x04; // Length data += (char)0xff; // AD Type: Manufacture Specific data += (char)0xff; // Company Identifier Code data += (char)0xff; // Company Identifier Code data += val; // Specific data advertisementData.addData(data); BLEAdvertising *pAdvertising = pBLEServer->getAdvertising(); pAdvertising->setAdvertisementData(advertisementData); // Passive スキャンを使うので、スキャンに応答不要 pAdvertising->setScanResponse(false); pAdvertising->start(); delay(10 * 1000); pAdvertising->stop(); } void loop() { digitalWrite(GPIO_NUM_5, HIGH); delay(50); auto input1 = digitalRead(GPIO_NUM_2); digitalWrite(GPIO_NUM_5, LOW); Serial.printf("%5d\n", input1); advertise_data(input1); M5.Power.lightSleep(SLEEP_MIN(10)); } ``` Raspberry Pi 側のプログラミング ------------------------------------------------------------------------ Python で 10 秒タイムアウトで繰り返しスキャンを実行し、M5 Stack からのデータを拾います。とりあえずコンソールに状態を書き出すことで今回は良しとします。 ポイントはアドバタイズを要求せずに受信するパッシブモードを使っています。これにより、M5 Stack 側で Scan Response に応答する必要がなくなります。 ```python from datetime import datetime from time import sleep from bluepy.btle import BTLEException, ScanEntry, Scanner, def main(): # とりあえず、HW アドレス直書き device_addr = "xx:xx:xx:xx:xx:xx" print(f"{datetime.now()} Post Notifier GW") scanner = Scanner() while True: try: # パッシブモード entries = scanner.scan(10.0, passive=True) for entry in entries: entry: ScanEntry if entry.addr == device_addr: data = entry.getValueText(ScanEntry.MANUFACTURER) val = int(str(data[4:6]), 16) print(f"{datetime.now()} status: {val}") except BTLEException as e: print(f"{datetime.now()} Error {e}") sleep(60) if __name__ == "__main__": main() ``` 出力はこのような感じです。16:45〜16:55 の間に投函されたことが分かります。 ``` 2021-02-19 16:45:33.953899 status: 0 2021-02-19 16:45:43.978746 status: 0 2021-02-19 16:55:35.156646 status: 0 2021-02-19 16:55:45.176626 status: 0 2021-02-19 17:05:36.366733 status: 1 2021-02-19 17:05:46.387938 status: 1 2021-02-19 17:15:27.542689 status: 1 2021-02-19 17:15:37.563869 status: 1 ``` 今後の計画 =========================================== フォトリフレクタを使った郵便物チェッカーの基本部分を作ってみました。 現状と今後の改造についても書いておきたいと思います。 * もうちょっとマシな通知の仕組みを考える * バッテリーの持ち: 9.25 Wh のモバイルバッテリーで4日ほど持ちます。スリープを Deep sleep にして、検知間隔をより伸ばすとどの程度使えるかは試してみようと思います。 * LPWA を使ってみる: 今回は BLE で届いてしまったのですが、当初の計画では Sigfox で飛ばしてみたいなと思っていました