インフレーションの物理学：なぜあなたのモーションセンサー装飾が失敗するのか

12フィートのサンタが夜遅くまで激しく鳴きながら、近所の人を起こしているところを想像してください。最初の考え方は「24/7」アプローチで、限られたベアリング寿命を持つ安価なブラシレスファンのドローンとともに、四六時中動き続けるものです。もう一つははるかに憂鬱な、「タイマー」アプローチです。これは、雨に濡れたナイロンの死体がまるで犯罪現場の証拠のように芝生に散らばっており、午後5時の蘇生を待っている光景で、実際に起こるかどうかは水分をどれだけ飲み込んだかによります。

青々とした湿った郊外の芝生の上に、完全に膨らまずしわくちゃになった大型のカラフルなホリデーインフレータブルが横たわっています。 — タイマーでインフレータブルを動かしていると、しばしば見られる悲しい昼間の光景で、水を集めて動きがなく見えます。

どちらも有能な家庭の主には受け入れられません。

明らかな中間地点は、「誰かが実際に通りかかったときだけディスプレイを点灯させる」というもので、エレガントな解決策のように思えます。電力を節約し、モーターのベアリングを保護し、騒音公害も軽減します。でも、大きなインフレータブルに標準のモーションセンサーを取り付けようとしたことがあるなら、その結果はわかるでしょう：来訪者がセンサーをトリガーし、膨らんでいない布の山を通り過ぎると、その装飾品が頭を土のマルチから持ち上げる前に、すでに玄関まで半分進んでいることに。コンセプトは悪くありません。物理学が問題です。人間の存在に反応させるために、グリーンス slugのように見えずに工夫しながら、遅延を乗り越える必要があります。

遅延計算

あなたのセンサーは問題ではありません。空気の置換が問題です。一般的な消費者向けインフレータブル、たとえば一般的な8フィートのGemmyモデルは、12V DCファンまたは小型の120V誘導電動機で駆動されています。これらのファンは内部の圧力を維持するために設計されており、素早く膨らませるための高い静圧を生成するものではありません。基本的には低トルクの空気送風機です。

電力が途絶えると、ナイロンは崩れます。雨が降っている場合、布は水を吸収し、素材の比重を増します。電力が復旧すると、ファンは大気圧だけでなく、濡れて折りたたまれたナイロンの死重をも克服しなければなりません。これには時間がかかります。理想的な条件下では、乾いたインフレータブルは30秒で立ち上がるかもしれません。しかし、太平洋岸北西部の細雨の中では、90秒以上かかることもあります。

これを人間の歩行速度と比較してください。平均的な成人は約3〜4フィート毎秒で動きます。あなたの歩道が30フィートの場合、訪問者は10秒以内に全距離をカバーします。計算してみてください。あなたのモーションセンサーがインフレータブル自体に設置されている場合、訪問者はサンタが左足のブーツを膨らませようとしている間にあなたのドアベルを鳴らしているでしょう。「サプライズ」要素はなくなります。あなたはただ、彼らの後ろで始動するファンの音だけが残ります。それは祝祭の喜びよりも掃除機の故障のように聞こえます。

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モーター制御に関する重要な警告：ファンを調光器や「スマート」速度コントローラーに接続して騒音問題を解決しようとしないでください。これらは通常、誘導モーターや特定の電圧曲線に依存する単純なDCブラシレスファンです。電圧を落とすことは、ささやき声の静かな動作にはなりません。むしろ、トルクを維持しようと困難に直面したモーターの突入電流が増加し、過熱や最終的には熱融合ヒューズの溶解を引き起こします。ファンの音が大きすぎる場合は、より良いファンを購入するか、バッフルボックスを作成してください。電圧を絞らないでください。

周辺防衛と幾何学

遅延を解決するには、トリガーをイベントから切り離す必要があります。「動作検知ライト」を考えるのをやめて、「周辺防衛システム」を考えましょう。センサーは飾りに取り付けてはいけません。敷地の入り口やターゲットエリアから少なくとも40〜50フィート離れた場所に設置する必要があります。

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インフレータブルがある家と、早期検知のために歩道の先に設置された遠くのモーションセンサーを示す図 — モーションセンサーを敷地の端に設置し、装飾の近くに設置しないことで、膨張に必要な猶予時間を確保します。

これは「 tripwire（罠線）」の考え方を必要とします。歩道やドライブウェイの入口にセンサーを設置し、インフレータブルを制御するスイッチに信号を送る必要があります。これにより、必要な猶予時間を確保します。ターゲットを50フィート離れたところで検出すれば、ディスプレイに到達する前に約15秒の膨張時間が得られます。まだ完全に立ち上がってはいませんが、「昇る」段階にあり、これは「死んでいる」段階よりも演劇的にはるかに面白いものです。

これを実現するには、安価なソーラーライトに内蔵された受動赤外線（PIR）センサーに頼ることはできません。これらは検出コーンが広すぎて、範囲も短すぎます。多くの場合、わずか15フィート程度です。方向性のあるセンサー、つまりドライブウェイアラームシステムに近いものが必要です。既製品のドライブウェイアラート（例えばHarbor FreightのBunker Hillユニット）を改造してリレーをトリガーさせるか、高品質な屋外耐性のZigbeeモーションセンサーを使用できます。ただし、PIRの感度は周囲の温度が人間の体温に近づくにつれて低下しますが、12月には寒さが逆に有利に働き、郵便配達員の熱シグネチャーが背景から浮き上がることもあります。

クラウドの遅延

完璧なセンサー配置をしても、通信プロトコルが遅いとレースに負けてしまうことがあります。センサーがハブに話しかけ、ハブがバージニア州のクラウドサーバーに話しかけ、それに応答し、さらにWi-Fiスマートプラグに話しかける場合、500msから2秒の遅延が生じます。これは取るに足らないと思うかもしれませんが、安価なインペラーの遅いスピンアップと相まって、各秒が重要です。

この特定の用途にはWi-Fiスマートプラグは避けてください。それらは反応が速くなく、インターネットの状態に依存しています。より優れた方法は、ZigbeeやZ-Waveなどのローカルプロトコル、またははんだごてに自信があれば直接433MHz RFブリッジを使うことです。ローカル処理は、センサー -> ハブ -> スイッチの信号が完全に自分のネットワーク内で処理されることを意味し、通常200ミリ秒以内です。この密集性により、反応が遅れるのではなく、迅速に感じられる効果が得られます。

湿気とカビの要因

ホリデーインフレータブルの白いナイロン生地のクローズアップショット。生えている暗くて不快なカビのスポットを示しています。 — 濡れた天候で膨張可能なものを循環させると、湿気が閉じ込められ、内部の生地に永続的なカビの汚れがつくことがあります。

この方法で膨張可能なものを管理する最後の非電気的リスクは、生物の成長です。ナイロンの飾りを24時間絶えず膨らませておくと、一定の空気の流れが内部を比較的乾燥させます。オンとオフを繰り返すと、特に湿気の多い気候では、湿った状態と収縮のサイクルが生じます。畳まれた生地の折り目に水たまりがたまりやすくなります。

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