タクトスイッチのIoT化改造（USBセレクターのIoT化）

赤外線のリモコンがついている機器は、赤外のＬＥＤを光らせて信号を送り込めば、制御する事が簡単にできるが、リモコンがない機器は？という事でスイッチのボタンで制御する機器を外部が制御する事をやってみる。

我が家は、個人のデスクトップPCと会社支給のPCとを家で使う場合、キーボード、マウス、WEBカメラは、このUSB3.0のUSBセレクターを使っている。このＵＳＢのハブをＩｏＴ化、つまりＷＩＦＩ経由やマイコンから制御できるようにしてしまおう！というもの。

https://www.amazon.co.jp/gp/product/B072R16Z6S/ref=ewc_pr_img_1?smid=A9R64JPBW6UFH&psc=1

USB3.0だと３千円弱で、ＵＳＢ2.0だと２千円ぐらいで購入できる。セレクタ自体を作る事もできるだろうが・・中には数百円というのも売っていてさすがに改造はするが購入。チャンネルの基本USBハブだが、ボタンを押すと接続先が①と②と２系統を選択できる。

このセレクタに限らないが、ボタン一つで、行先を変えるという場合は、大抵中身は、タクトスイッチが入っていて、ボタンを押す度に、中に入っているマイコンが経路を切り替えるというような構造になっているはず・・・・。このUSBセレクタを題材にしているが、他の機器でもほぼ同様の措置で、外部のマイコンなどから操作する事ができるようできるはず。

隙間に、隙間ゲージを入れて分解してみた。

短編、長編ともに爪が２か所づつあって、それをはずすと分解できる。一か所、破損させて分解にいたった・・・結構固かった。

タクトスイッチ周辺

(見難いが、拡大すると①Aとか②Aとか写真に記載しています）①Aの端子と①Bの端子（写真で下側の二つ）は、内部で接続されているので、テスターを当てると抵抗値はほぼゼロ。つながっている。②A,②B（この写真で上側にある二つ左右）も、同電位。①と②の間がスイッチを押すと短絡される構造。タクトスイッチの左に見えるのが簡単なマイコンだと思われるが、印刻がなく、型番なんかもわからない。

PCのUSBポートに接続してテスターをあてると、①側はGND、USBのタイプAのシャーシ部分と同電位でつながっている。②側は、USBのシャーシ部分、つまりGNDから電位が高く4.8Vとなっている。

これは、②側はプルアップされていて、スイッチを押すと、ゼロになる、つまりLOWになる事を内部にマイコンが検出して、USBの行先をスイッチしていると推測できる。

https://voltechno.com/blog/pullup-pulldown/#google_vignette

つまり上のような構造になっている。スイッチ一つで、状態Aから状態Bにという場合は基本的にはこの構造だろう。

実際テスタを当てて、②側の電位を見ながらスイッチを押し続けるとゼロ、GNDに落ちている事が確認でき、手を離す時にUSBのセレクタが１から２、または２から１に変化する事が確認できた。

HXコネクタを接着剤で隅に入るtけて、線でスイッチの両端を外に引き出せるようにした。加えて、チャンネル①、②と示すためのLEDが２つあるが、そのうちLED１のプラス側も外に引き出すようにした。これを制御する後々接続するマイコン側で、今USB出力が１の状態か、２の状態か？というのを把握するためである。人間の目だと１のＬＥＤが光るか、２のＬＥＤが光るかで判断できるが、マイコンは、１のＬＥＤがＨＩＧＨか、ＬＯＷかで把握するため。

ケースを加工して、ＨＸの雄もケーブルに接続して取り出せる状態に。

USBセレクタから引っ張り出してきたスイッチのプルアップされている側②につながってい線をSwitch2に接続して、２SC1815のトランジスタを使うスイッチング回路を作る。

マイコン、今回は後々にWifi経由で制御したいので、AVRのマイコンではなく、ESP8256を使っているが、テストという事で、オンボードのLEDに接続されているGPIO16のピンを使用。ベースに流れる電流は、少し多めで4ｍＡを想定して630Ω、ベースとエミッタの間は、漏れ電流を流し込むたの抵抗として適当だが10ｋΩの抵抗をつける（20～30ｋでもＯＫなはず）。特に負荷がある訳ではなく、スイッチさせる事が目的なので、Switchから引っ張り出した線とトランジスタの間には抵抗は設けていない。

スケッチは、簡単に、

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);     // Initialize the LED_BUILTIN pin as an output

  pinMode(10, INPUT);     // Read status of USB selector

}

// the loop function runs over and over again forever

void loop() {

  int use_state = digitalRead(10);

  if (use_state==1){

     Serial.println( "USB channel == 1" );

  }else if (use_state==0){

     Serial.println( "USB channel == 2" );

  }

  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // Turn the LED on (Note that LOW is the voltage level

  // but actually the LED is on; this is because

  // it is active low on the ESP-01)

  delay(100);                      // Wait for a second

  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);  // Turn the LED off by making the voltage HIGH

  delay(4000);                      // Wait for two seconds (to demonstrate the active low LED)

}

4秒ごとに、USBセレクタを切り替えるようにして、適当に100ｍ秒だけスイッチを押してスイッチの部分をＧＮＤに落とすようにする。

しっかり、EPSのマイコンからUEBセレクタを制御する事ができるようになる。

LED１のLEDがＨＩＧＨかＬＯＷかを読み取って、今セレクタが１か２かの状態も読み取りできている！

この回路のいじり方だと、もともと回路についていたタクトスイッチも有効で、手動での切り替えというのも継続して利用できる。

他のUEBセレクタとか、HDMIセレクタとか、ボタン押して切り替えていくものは、基本的には多くは同じ構造なため、同じようにタクトスイッチに同様の細工をすれば外部から制御が実現できる。

動画でピコピコ音がするのはぶら下げているＰＣのＷｉｎｄｏｗｓがＵＳＢ（適当にＵＳＢメモリ）を刺していて、それが認識される、取り外されるという時の音がしている。

赤外線でコントロールできるものは、赤外線のＬＥＤで信号を送り込んでやればよいが、赤外線のリモコンがない機器でも、ＩｏＴ化する事ができたぞと・・・いうお話でした。