電子工作９４　– 「椅子から立ち上がり歩け」音声警報器の製作

Electronics Project 94 – Stand-up & Walk Informing Voice Alarm

概要 Introduction

最近、椅子に長時間座っていると体に悪影響を及ぼすことが分かってきた。体の代謝機能や血液の流れに悪影響を与えて深刻な病になる確率が大きくなるのだという。実際、私自身が椅子に何時間も座わる生活をしているので心配になって来たのである。何でも３０分に１回は立上がって歩き回ることが良いという。そこで「音声で３０分毎（１時間）に知らせてくれる装置」を製作してみた。

This device helps inform you to stand up (and walk) from the chair on which you are sitting at a certain interval (here 30 minutes or 1 hour) in order to prevent probable serious diseases caused by the bad effects of long-time sitting on your metabolic function and blood flow. In the circuit below, 12F629 sends a signal to turn on the LED of Photo Mos Relay which then leads to the closure of SW-speak for triggering Sound Recorder Module-M10, producing a voice message you prerecorded, such as 'It's time, Stand-up and Walk Around'. As shown, two AA batteries (3.V) power up 12F629 and the Sound Recorder Module uses two button cells (LR1130). To record your message, speak to the small microphone while pressing SW-record (max 10 seconds). The measured power consumption of the 12F629 system is 4-5mA when it is annoncing a message, 0.5-0.6mA when there is no anouncement, and 0.06mA when the system enters the sleep mode after the end of program. Therefore, the two AA batteries are considered enough for a reasonably long-time drive of the system.

回路図 Circuit Diagram

　　下図のように、電源として単３アルカリ電池２本を使う。Time Select SW（スイッチ）で音声発生時間を３０分か１時間毎を選ぶことが出来る。Photo MOS Relayは１２F６２９のポートで直接ドライブ出来、尚且つONの時の抵抗値が充分小さいのでほぼ機械式SWのように使える（実測でON； ３．４ ohm、OFF；大きすぎてテスタで測定不能）。つまり、GP0をHighにすると、ピン３と６の間が導通するのでこれを音声発生モジュールのSW-speakの代わりに使う。録音はSW-recordを押しながら１０秒間可能である。この音声発生モジュール（７年ほど前に￥２９０で購入）はLR1130というアルカリポタン電池（１．５V）２個で駆動されている。

実験中 Testing using experimental board

　写真の真中に１２F６２９が見える。左手の黄色ボタンがReset SW、　その下にあるのがTime Select SW、右側の小さい四角いものはPhoto MOS Relay、そして下の部分に音声発生モジュールが見える。このボードにはDC３Vが供給されている。モジュールの電源は別にボタン電池から供給される。

音声発生モジュール：　上部にボタンSWが２個見える。下の黒い導線の付いたSWは録音用で、押しながら右下のマイク（右側の円形のもの）に向かって１０秒間話し録音する。その間小さいLEDが点灯する。再生は赤い導線の付いたSWを一瞬押して行う。この再生SWの２つの端子にPhoto MOS Relayの３と６の端子を接続すれば１２F６２９を使う音声発生システムは完成する。左下の丸いものはスピーカである。ボード上にはボタン電池２個が見える。

Sound Recorder Module-M10. Similar modules are available in market. Some are very cheap, starting from a couple of dollars.

結果＆コメント

１） 正常に動作することが確認された。

２） 類似の音声録音再生モジュールが３００―１０００円くらいで出回っている。今回使ったものは音量がちょっと小さい。

３） １２F６２９の回路の実測電流消費は、音声再生時最大で４−５mA、時間待ち時が０．５−０．６mA、sleepに入ると０．０６mA（WDTE＝Enable）に低下する。このsleep状態は最大で１８時間位まで設定出来る。したがって、電源電池の消費はかなり抑えられるはず。

４） 下に記述のプログラム中のコマンドSleep periodのperiodは秒で指定し、０から最大で６５５３５秒（１８時間）まで可能で、１２F６２９は低消費電流モードになり、Watch Dog Timer（WDTE）がリセットされると低消費電流モードは解除される。便利なものである。

５） 実用機を製作して使ってみたい。どんな効果が出るか楽しみ。

６） 費用は大体１０００円ほど。

プログラム Program

電源ONで、１２F６２９のピン２（GPIO.5）のTime Select SWの状態を読み、T30minTimerかT1hrTimerに飛び、それぞれのルーチン内で３０分、または１時間毎に「立ち上がって歩け」趣旨（自分で好きなように作成する）の指令を音声で教えてくれる。これをnで指定された数だけ繰返す。終了したら　finishルーチンに進み、「立ち上がって歩け」の指令を３回出し、コマンドSleep　periodで１２F６２９をsleep状態にして電流消費を低下させて終わる。Sleepコマンドを使う時は、Watch Dog Timer（WDTE）がEnableでないといけない。

At first, the program reads Time Select SW (30min or 1hr). If it is 30min, jump to T30minTimer (30min timer), otherwise to T1hrTimer (1-hr timer). In each routine, time counting starts up to 30 minutes or 1 hour, and then a voice message is announced. This unit routine is repeated 'n' times and then jumps to the 'finish' routine where the voice message is repeatedly announced three time. After that, the program enters the sleep mode using PBP's command 'Sleep' with which the 12F629 system enters the low-power consuming sleep mode under the Enable state of its Watch Dog Timer. This sleep mode can last up to 18 hours.

'********************************************

'ChairStndUpAlarm.bas 2016.12.12

'Using 12F629 and PicBasic Pro V2.50A

'***********************************************

'Pin 1: Vdd(3V)

'Pin 8: Vss(GND)

'Pin 7: GPIO.0 - Drive Relay for Sound Recorder Module

'Pin 6: GPIO.1 - NC

'Pin 5: GPIO.2 - NC

'Pin 4: GPIO.3 - Reset

'Pin 3: GPIO.4 - NC

'Pin 2: GPIO.5 - Time Selector 30 min or 1 hr

'*************** Program *************************

CMCON=7 'Comparator off

SoundON var GPIO.0

TimeSelect var GPIO.5

TRISIO=%101000

m var word

n var byte

High SoundON 'この３行で０．５秒間SW-speakを押す

Pause 500 '0.5 sec for pressing SW-speak

Low SoundON

If TimeSelect=1 Then Goto T30minTimer 'Time Select SWが３０分か１時間かを調べ、YesならT30minTimerへ、そうでないならT1hrTimerへ飛ぶ

Goto T1hrTimer

T30minTimer '30-min timer

For n=1 to 24 '30min x 24 times=12 hours　　'この行と下のNext nで時間タイマの外枠を構成

For m=1 to 18300 'measured value? for 30 min '以下の３行が時間タイマ

Pause 100 '0.1 sec

Next m

High SoundON '以下の３行でSW-speakを押す

Pause 500

Low SoundON

Next n

Goto finish

T1hrTimer: '1-hr timer

For n=1 to 12 '1hr x 12 times=12 hours

For m=1 to 36600 'for 1 hr

Pause 100 '0.1 sec

next m

High SoundON

Pause 500

Low SoundON

Next n

Goto finish

finish: 'Finishing routine 終了時のルーチン

For m=1 to 3 'この行と下のNext m間で「SW-speakを押す」を３回繰返す

High SoundON

Pause 500 '0.5 sec

Low SoundON

Pause 5000

Next m

Sleep 43200 '12 hrs =13600x12 in second under Watch dog timer ON 'ここでSleep periodを入れると電流消費がperiod期間（秒）低下して終了

End

'***** End of Program ******

'Note:

'melabs U2 Programmer's configurations for 12F629:

'Oscillator - INTOSC, WDTE - Enable, PWRTE - Disable, MCLR - Reset, BODEN - Disable, CD - Disable, CDP – Disable

実用機の製作（２０１６．１２．２２　追加）

Making 'Practical Model' (Newly added on 2016.12.22)

　　音声発生モジュールの音量が小さいので（後日、大きいものに換える予定）、ブザーを組み入れて音声の発生前にブザーが鳴るように改良した。具体的には電子ブザーを鳴らすために、電源を電池２本の３Vから３本の４．５Vに代えた。更に、プログラムも変えた。これで待機時の電流消費が０．５−０．６mAから０．８６mAほどに上昇した。

回路図：　トランジスタ駆動のブザーを追加して時間が来たことを明確に知らせるようにした。電源は４．５Vに上げた。

Circuit Diagram: Power source was increased to 4.5V from 3.0V in order to drive a newly added electronic buzzer.

実用機：　プラスチック容器に入れてある。音声モジュールの音量が低いので、最新式のものに換える予定。

Practical Model: The sound level of this sound module is not high enough, so it will be replaced with a more powerful one.

プログラム Program

　　電源を入れるかReset SWを押すと、ブザーがピー、ピー、と５回なり、次いで録音した音声メッセージが１回発生する。そして、３０分か１時間のタイマールーチンに入る。終了するとブザーが５回鳴って音声メッセージが１回発生し、次のタイマールーチンをこなす。この繰り返しを１２時間続ける（３０分モードで２４回、１時間モードで１２回）。終了したら、finishルーチンに入って音声メッセージを３回繰り返して「１２時間が終了しましたよ」と知らせてくれ、そして、１２時間低電力消費のSleepモードに入る。

The previous program was modified so as to use a buzzer that supposes to inform the start and various turning points of program routines.

'********************************************

'ChairStndUpAlarmA.bas 2016.12.21

'Using 12F629 and PicBasic Pro V2.50A

'30 minutes and 1 hour timers

'***********************************************

'Pin 1: Vdd(3V)

'Pin 8: Vss(GND)

'Pin 7: GPIO.0 - Drive Relay for Sound Recorder Module

'Pin 6: GPIO.1 - Drive Buzzer

'Pin 5: GPIO.2 - NC

'Pin 4: GPIO.3 - Reset

'Pin 3: GPIO.4 - NC

'Pin 2: GPIO.5 - Time Selector 30 min or 1 hr

'***********************************************

CMCON=7 'Comparator off

SoundON var GPIO.0

TimeSelect var GPIO.5

Buzzer var GPIO.1

TRISIO=%101000

m var word

n var byte

For n=1 to 5 'Beeps Buzzer 5 times immediately after Reset-SW ON or Power-SW ON

High Buzzer

Pause 200

Low Buzzer

Pause 200

Next n

Pause 200

High SoundON 'Turns on Sound Module for testing purpose

Pause 200 '0.2 sec for pressing SW-speak

Low SoundON

Low Buzzer

If TimeSelect=1 Then Goto T30minTimer

Goto T1hrTimer

T30minTimer:

For n=1 to 24 '30min x 24 times=12 hours

For m=1 to 18300 '18300 for 30 min

Pause 100 '0.1 sec

Next m

Gosub BuzzerRou 'Jump to Subroutine BuzzerRou

Pause 2000

High SoundON

Pause 500

Low SoundON

Next n

Goto finish

T1hrTimer:

For n=1 to 12 '1 hr x 12 times=12 hours

For m=1 to 36600 '36600 for 1 hr

Pause 100 '0.1 sec

Next m

Gosub BuzzerRou

Pause 2000

High SoundON

Pause 500

Low SoundON

Next n

Goto finish

BuzzerRou: 'Subroutine to beep Buzzer 5 times

For n=1 to 5

High Buzzer

Pause 200

Low Buzzer

Pause 200

Next n

Return

finish:

For m=1 to 3

High SoundON

Pause 500 '0.5 sec

Low SoundON

Pause 5000

Next m

Pause 2000

Sleep 43200 '=3600x12 in second under Watch dog timer ON

End

'*****End of Program******

'Note:

'melabs U2 Programmer's configurations for 12F629:

'Oscillator - INTOSC, WDTE - Enable!!, PWRTE - Disable, MCLR - Reset, BODEN - Disble, CD - Disable, CDP - Disable

音声録音＆再生モジュール　（２０１６．１２．２９　追加）

Slightly Better Sound Recorder Module (K-L12M-BSK, 10-seconds recording) added (2016.12.29)

　　秋葉原のaitendoで以下に示すような音声の録音再生キット（K−L１２M−BSK、最大１０秒録音可）を￥４５０で購入し、組立て、古いものと交換した。３−４．５Vで動作する。

左の写真は袋入のキット、右の写真は入っている各パーツを示す。２．５mmピンヘッダとボタン電池は含まれていない。心臓部のICは右上部の黒い円形の部分に入っている。お店のホームページには概略図や写真は載っているが配線図はまだない。

組立てたキットの表と裏の写真を下に示す。ICの入った小さいボードは裏面が表に出ている（左写真）。左写真でLEDのすぐ左側の上下直列６ピンの最も上のピンの内側に穴が空いているが、この穴と大きいボードの穴の間に導線を通して半田でつないでやる必要がある。

完成した音声の録音再生モジュールを古いものと入れ替えた状態。スッキリし、音量も多少大きくなった。

Looks tidier and slightly higher sound level.

ボタン電池を単三電池２本（３V）に交換（２０１７．１．１０　追加）

Coin battery replaced by two AA batteries to prevent the sound distortion of speaker (newly added on 2017.1.10)

　ボタン電池（CR2025、リチウム、３V）を新しく入れても音割れが発生し、音量も１−２日で急激に低下、実用に耐えられなかった。そこで、代わりに単三電池２本（ケース入り）を導入した。その結果音量はそんなに大きくないが、音声はよりはっきりと聞き取れるようになった。この音声録音再生モジュールの電流消費は音声発生時の瞬間最大値が３０mA、待機時はほぼゼロ（テスターで測定不能）であった。

Power consumption of this Sound Recorder Module (K-L12M-BSK) was found to be max. 30mA when speaking and almost zero when waiting.

音声録音再生モジュールの電源を１２F６２９の電源（単三３本で４．５V）と一緒にする（２０１７．１．１１　追加）

Use of the power source (4.5V) for 12F629 also as that for Sound Recorder Module (K-L12M-BSK) (newly added on 2017.1.11)

　　音声録音再生モジュール(K-L12M-BSK)で使われているICはISD810で、このモジュールの電源は３−４．５Vとなっており、１２F６２９の電源（４．５V）と一緒に出来ることが分かった。また、６V電源でアンプLM386を追加した回路図もaitendoのHPに載っていた。音量を大きくすることが出来るようだ。時間が来ると、「ピーピーピーピーピー」とブザーが５回鳴って、録音した音声「時間です、立って動きましょう」が２回繰返す。

It was found later that the power source (4.5V) for 12F629 could also be used for driving Sound Recorder Module (K-L12M-BSK) because the module was designed to work with the power of 3-4.5V. Now the sound is clearer and slightly louder.

Menu Pageへ戻る (Return to Menu Page)

Topへ戻る (Return to Top of Page)