非接触水栓+ドア連動制御: コロナ対策・感染症予防スマート衛生システム

プロジェクト背景と目的

COVID-19パンデミックを契機に、手洗い後の蛇口・ドアノブ接触による再汚染を防ぐ非接触衛生システムを低コスト(約11ドル/1,500円程度)で構築します。超音波センサーで手を検知し自動給水、手洗い完了後にIRセンサーで検知してドアを開錠する「手洗い必須」のアクセス制御を実現。オフィス・商業施設・家庭の玄関・トイレ等への導入に適しています。

システム構成と必要部品

動作シーケンス

1. 待機状態: LCDに「Wash your hands before you enter」表示
2. 手検知 (超音波<15cm): リレーON → ポンプ駆動で給水開始、LCD「Hands detected / Wash hands - 20s」
3. 手洗い完了 (超音波範囲外): リレーOFF → 給水停止、LCD「You are safe now」、内部フラグstate=1セット
4. ドア開錠要求 (IRセンサー検知):
   • state=1の場合: サーボ90°回転で開錠、LCD「You may go in / 10 seconds left」、10秒後に自動施錠、初期画面に戻る
   • state=0の場合 (手洗いスキップ): LCD「Wash your hands to grant access」、開錠しない

ハードウェア実装のポイント

• 水中ポンプはリレー経由で外部電源 (5V/12V等) から駆動。Arduino出力ピン直結不可
• リレーチャタリング防止にdelay(1000)で最小ON時間確保
• 超音波距離計算: distance = (duration/2) * (331.3/10000) (音速331.3m/s、cm単位)
• IRセンサーはLOWアクティブ (物体検知でLOW出力)
• 実用化では電磁弁(ソレノイドバルブ)の方が確実・衛生的。自動ドアとはソリッドステートリレーで接続

コードの核心ロジック

// 超音波トリガー
digitalWrite(trig, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trig, LOW);
duration = pulseIn(echo, HIGH);
distance = (duration/2) * (331.3/10000);

// 給水制御
if (distance > 1 && distance < 15) {
    digitalWrite(Relay, HIGH); state = 1;
} else {
    digitalWrite(Relay, LOW);
}

// ドア制御
if (state == 1 && value == LOW) { // 手洗い済み + IR検知
    servo.write(90); delay(10000); servo.write(0); state = 0;
} else if (state == 0 && value == LOW) { // 手洗いなし + IR検知
    // アクセス拒否メッセージ表示のみ
}

派生・応用アイデア

• アルコール消毒液ディスペンサー化 (容器密閉必須・揮発防止)
• 自動スライドドア/自動ドアシステムとの連携 (SSR経由)
• 手洗い時間の強制カウントダウン表示・音声ガイダンス追加
• 複数ユーザー対応 (RFID/NFCで個人識別・ログ記録)
• IoT化 (ESP32等) で使用回数・異常検知をクラウド監視

注意事項

• 水漏れ対策: ポンプ・チューブ接続部の防水処理を確実に
• 電源: ArduinoはUSB給電、ポンプは別電源推奨 (ノイズ・電圧降下対策)
• 屋外/湿気環境では基板のコーティングまたは防水ケース必須
• サーボトルク不足時はMG996R等の高トルクサーボに置換
• 非常時手動開錠機構 (機械的非常解錠) を必ず併設すること