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2008年8月29日 (金)

AC電流センサーを入手

ハードは難しい(4/11/08)
 2年ぶりの人間ドック、15年の寿命を全うした老猫のお葬式と立て続けに行事が続き、なかなか電子工作に時間がとれない。昨夜は、気がせいてテスタで電圧を測っていたら、100VのAC部分にテスタ棒が触れてしまい、ダイオードとフォトカプラの2つの部品の命を一瞬にして失ってしまった。何しろ真空管時代に入学祝いに貰ったアナログテスタをいまだに重宝して使っている。デジタルと違って視認性が良いし、このテスタはレンジの設定が絶妙で使いやすい。大抵のテスタのレンジは5と10刻みだが、これは、6、12刻みなので5V、100Vなどを測るのに便利なのだ(当ブログ冒頭の写真に写っています)。

 しかしテスタ棒(プローブ)の電極の先の太さは真空管時代の太さだ。ACがどれくらい降圧されているかプローブを当てたとき、生の100Vが来ている下のランドに触れ、小さなアークが飛んだ。やった。しかし、ヒューズやブレーカが落ちるほどのアークではない。ダイオード、フォトカプラなどに外見の変化はない。小さなアークはダイオードが犠牲を一身に引き受けてくれたからかと調べたが、導通状態でこわれていた。これはまずい、先に波及している。フォトカプラも苦労してはずして調べる。やはりこちらも100Vを喰らって息が絶えていた(こちらは断線状態)。 合掌。

 泣きながら(うそです)、2つの部品を交換。ついでに、先日の入力ポートがおかしかった負論理のオープンコレクタをやめ、オープンドレインで出力するよう回路を変える。MCUのポートのプルアップが何か悪さをしているような気がしたからだ。

 しかし、結果は同じだった。そりゃそうだ。オープンコレクタもオープンドレインも原理は同じなのだから余り意味はない。結局、このあいだのNICチップとMega168のレベル補正に使った3ステートバッファ(74HC126)に余っていた1回路分を使って分離することにした。これで、フォトカプラの出力をMCUの入力ポートに入れることが出来た。

 やれやれ、本質的でないところに時間を取ってしまった。しかし、それにしてもハードの世界は難しい。小学生の時から真空管ラジオをいじり、大学の専攻も電子工学という世間ではこの世界の専門家と言われるだろう自分でも、実務経験がなければ内実はこんなものである。

AC電流センサーを購入した(4/18/08)
 この記事はAVRの話がメインなのだが、一週間近く書き込んでいない。あまりに早くEtherNetの電源制御が実現したもので、すっかり気が抜けてしまい次の課題が見出せないのだ。いわゆるTCP/IPスタックといわれるソースと格闘しUARTを使ってHTTPの勉強をしようと意気込んでいたのだが、とりあえず究極の目的の電源制御があっさり実現してしまった。

 このドイツのWebサーバーのしかけは良く出来ていて、パスワードをファイルのディレクトリとして取り扱い、そこそこのセキュリティはあるし、電源の状態はしっかり把握しているし実用上もう何の不足もない。

 仕方がないので、せめて背景にテクスチャーを張ろうと思ったけれど、どんな小さい画像ファイルでも10Kバイト以上あり、SRAMが1K、EEPROMが512バイトのMega168ではとても歯が立たない。

 sleep機能を入れたところでMCUよりNICチップの方がはるかに消費電流が大きく、節電の効果は余りないし、機能的にアップするわけでもない。要するに、いじって楽しむところがもうないのだ。ただ、3Vのレギュレータが結構熱くなり、密閉したときが心配である。熱抵抗を計算したところでは大丈夫なようだが、ヒートシンクをつけたほうが良いかもしれない。それに、手動スイッチをつけたいのだが、もうスペースが殆どなく思案している。

 というわけでもないが、AC電流センサーを秋葉原で入手した(¥1600)。レーザープリンタの電源制御を安心してやるために、これが常時どれくらい電流が流れるのか調べておきたかったからである。トロイダルコイルに適当に線を巻けば出来るらしいが、調整が必要だし、やはり出来合いのものが安心だ。Pict0713_2

 それにしても秋葉恐るべしである。一間そこそこの小さな店構えなのに当たり前のように電流センサーをしかも何種類も在庫していて一個から売ってくれる(東邦無線 ラジオセンター)。安いのや(¥1000)、小さいのもあったが、家全体の電力量も記録することも考え、コアが分離できて既存の配線にも使える標準品を買ってきた。

 これが結構面白い。ちゃんと30W位の電気スタンドから電圧が出て(数十mVだけど)、電流ロガーのセンサーとしては申し分がない。レーザープリンタは予想したとおり、ドラムが回っているときは定格の13Aほど流れるが、待機中はせいぜい数十W程度であることが確かめられた。これなら密閉したケースで長時間通電しても問題なさそうである。

 PCの待機電力が結構喰っているのに(10W以上)驚いていたら、測定を終わって正規の接続にもどした直後、何とPCの電源そのものが、突然小さな金属音とともに死んでしまった。何か関係があるとはとても思えないのだが微妙なタイミングである。

 スタンバイの5Vが死んでいる。電流センサーのインダクタンスでサージ電流でも流れたのだろうか。それにしてはこわれたときが同期していない。まあ、この電源は、かなり年期が入っているのでもう捨てても惜しくない。予備の電源でとりあえず動かした。こいつが動かないとAVR制作も出来ない。この予備も相当古いので新しい電源を手に入れる必要がある。久しぶりにPC関係の買い物で秋葉に行くことにする。

いやお恥ずかしい(4/21/08)
 PC電源では何ともみっともない経験をした。久しぶりのPCパーツの購入で、ウェブで事前に調査をし、先週の土曜、秋葉で400Wの電源を買ってきた。これまで250Wで十分動いていたので、こんなに大きなものはいらないのだが、今や、400Wが最小クラスだ。まあ、ビデオカードを増やしてマルチディスプレイにでもするときに役に立つだろう(フライトシミュレータに一時はまっていた)。

 ところが、こいつが動かない。マザーからはずして電源コントロールをグランドに落とすと電源が入る。PCにつなぐと動かない。てっきり初期故障だと思い、今日、重いめをしてユニットを店に持ち込んだ。これが意地の悪いことに店では動くのである。相性問題というやつである。店では相性については保証しないと言われ、仕方なくまた重い目をして持ち帰った。

こうなったら自分でTTLを組んで動かしてやる。昔と違ってハードの知識が増えている。ひとまず、動いている電源で、電源コントロールPS_ONの電圧を測る。スタンバイ時、4.5V、電源ONで見事0.1Vまで下がっている。ふーむ、マザーは悪くない。

 今度は新しく買ったユニットである。とりあえずケースに入れないでマザーボードだけにコネクタを差し込む。ん?何かこれまでと感触が違う。差し込まれ方が深い。これか。あわててスイッチを入れる。青色LEDが点いて何ごともなく動き始めた。Pict0717_2

 やれやれ、初心者のよくやる差し込み不良である。ケースに固定するとマザーの差込口はユニットのちょうど裏になり手が入りにくい。前の電源と同じようなところまで挿していて入ったものと勘違いしていたのである。いやいやお恥ずかしい。お店で粘らずあっさり帰って来て良かった。もっと恥をかくところだった。

 ついでに買ってきたレギュレータのヒートシンクをつけて何とか気を紛らせる。このヒートシンクは¥100(千石2階)なのだけれど可愛い。結構、放熱効果もある。スイッチも買ってきたがこれは、入りそうにない。

盛大なチャタリングを観測(4/25/08)
 LAN電源制御コントローラの制作も大詰めを迎えた。ネットワーク上での機能はもう十分だけれど、当初より想定している手動スイッチがまだ実装できていない。手動スイッチはどうしても欲しい機能である。目の前のレーザープリンタを動かすのにわざわざネットワークを経由するのでは使い勝手が悪すぎる。いちいちコンセントをつなぎかえているようでは意味がない。

 秋葉原に行くたびに適当なスイッチを探していたのだが、なかなか見つからない。ケースにスイッチをつければ簡単だが、これ以上ケーブルが増えるのは保守性が悪くなるので避けたい。しかし基板はもう一杯でよほど小さなスイッチでないとつけるところがない。千石電商で、基板に横向けに置く小さなプッシュスイッチを買ってきたが、ケースの外にボタンが出てしまい、これでは不用意にスイッチを押してしまいそうで運用性が悪い。

プッシュスイッチを探しているときに超小型のマイクロスイッチ(それもたったの¥50)を見つけA4271268 た。これがあまり可愛いので、何かあてがあったわけではないが、一緒に買ってきてあった。私は昔からこういう小さな部品が好きで衝動買いである。しかし、これを手の中で動かしているうち、ひらめいたことがある。

上蓋に穴を開け、マイクロスイッチのレバーのところに、棒を下ろせばスイッチが押せる。上蓋には何かガイドになるチューブを取り付ければ良い。チューブでなくてもコードを通す時に使うナイロンブッシングが使えるかもしれない。抜け落ちないように棒にストッパーでもつけておけば良い。次々にアイデアが浮かんできた。これはうまく行きそうだ。

 電子工作の面白さは、こういう自分なりに独自の「しかけ」をあれこれ考えるところにある。自分の工夫で考えたとおりに動いたときの喜びは何にも優る。邪道だけれどこのあいだのボタン電池をかませて温度センサーの必要な電圧を確保した仕掛けなどもそうだ。勿論DC-DCコンバータでもできるが余りにも大げさすぎる。

 「しかけ」に目処がついたので上蓋の工作はあとにして、とりあえずマイクロスイッチを基板に取り付け、MCUのポートにつないでスイッチ機能を組み込む。こういう手動スイッチには必ずチャタリングという厄介な現象があるのでこれを回避するソフトを組み込む必要がある。今度はソフトの世界の工夫だ。いろいろな方法があるが、まあスイッチの数も少ないので、ワンショットのタイマを動かしてチャタリングが終わるのを待つことにする。もちろんただ待っているだけでは、パケットをとりこぼす可能性があるので、割込みの入った時点でタイマをスタートさせ、あとはメインループの中で時間がたつのを逐一調べる。

 デバッグのためUARTに割り込みのたびに文字をださせることにしてテストしてみた。ちゃんとスA4251255_2 イッチは働いたが、割込みが10数回起きている。えー、何か別のことがおきているのだろうか。心配になってロジアナで調べてみた。いや、驚いた。やはりそのとおりだった。マイクロスイッチは特にばねを使っているのでチャタリングがすごいことが良く分かった。

 ただ、1ms程度で落ち着くので10msも待つ必要はないかもしれない。ロジアナで調べてみると、10msどころか30ms以上もかかっていることがわかった。タイマのカウントの計算違いかと計算しなおしたが合っている。もしかしたらMPUのクロックがちゃんと所定の12.5MHzになっていないのかとロジアナでクロックを見たがこれもピッタリ12.5MHzだ。A4251257_2

 調べているうちに原因がわかった。スイッチを押して出力が出るところをリレーからとっていた。リレーなどの機械部品の遅れはミリセカンドのオーダーになるのは当たり前だ。ロジアナのプローブ点を増やしてさらに確かめる。

 いや面白い。画面のピンクの逆△がスイッチの押されたところで、盛大なチャタリングが起きた後(短いパルスで赤くなっている)、Aの時点でリレードライブのトランジスタが動き、BでリレーがONされたところである。Aまでは正確に10msで、AB間は何と30msくらいかかっている。しかもご丁寧なことにリレーはONのときは、接点が力余って行き過ぎ、一瞬また切れているのがわかる(OFFのときは起きない)。

 人間の目からは一瞬でもこんなに沢山のことが起きていることが手に取るようにわかる。いやいや1万円そこそこのロジアナだけれど素晴らしい。未知の世界を発見した気持ちになってとても充実した気分を味わった。

最後の最後にミス(4/29/08)
 連休初日に家族で東急ハンズにでかけ、懸案のプラスチック棒を入手した。20センチ¥150が高いのか安いのかわからないが、お誂えのように直径5ミリのスチロール棒が売っていた。慎重に寸法を測ってケースにナイロンブッシングの穴を開け、スチロール棒を切って、コンパウンドで磨きプッシュスイッチの形にする。マイクロスイッチのばねが効いて軽いプッシュスイッチになる。快調である。しかし、最後の放熱穴をついでに好い加減に開けたのが良くない。3ミリのドリルで5つ穴を気楽に開けたら最後のひとつがずれて開いてしまった。Pict0718

 あーあ、である。今度のコントローラのケースの工作は我ながらプロ並みの仕上がりと内心得意に思っていたのだが、最後の最後で小学生の夏休みの工作レベルに落ちてしまった。気を抜いてやるとろくなことがない。

 コントローラを置くところは夏でも高温にならない地下室で、放熱孔がなくても大丈夫とは思ったのだが、何しろ常時電源を入れておかなければならない。用心のために孔を開けたのが良くなかった。最後の一つがずれてみっともない姿になる。いずれ大きく開けて何とかしたいが、すっかり気分が落ち込んでしまった。

 その他の工作は順調だ。次のプロジェクトはマイコンに大容量の記憶装置をつけるMMC(SDカード)デバイスの実装にしている。そこそこ高速だし、古い携帯電話やデジカメの余ったSDカードが活用できる。これがあるとマイコンのWebページも賑やかにできる。

 まず、実験用に、ヒートシンク、スイッチ、LEDのついた5VDCアダプター基板を作る。ブレッドボードに取り付けるためピンヘッダーを下に出した。 次に既に入手してあったサンハヤトのMMC(SDカード)ソケット変換基板(これが高くて\1000以上した)に、ピンを半田付けし、これもブレッドボードに付けられるようにした。

 回路図は、Webページに沢山公開されているが、やはりchaN氏のものを参考にする。MOS FETになっているカードの電源制御は、MOS FETが手元にないので、トランジスタに替えて動くことを確かめた。あとはプルアップ抵抗などをつければハードは完成だ。ブレッドボードはこういう実験には本当に便利だ。

 問題はソフトである。chaN氏のTinyFSを使ってしまうことになりそうである。LAN制御と同様、本当はスクラッチから作るべきなのだが、どうも不精になっていけない。理屈がわかっていれば、どんどん活用すべきなのだけれど、これではいつまでたっても技術レベルが上がらない。

 今度のネットワーク制御も原典のひたすらデータが来るのをループして待つ方式ではなく、割込み制御をやろうと思ったが、このENC28J60はデータシートどおりの割り込みが起きていないことが実験で明らかになった。そう言えば、オリジナルの記事にも割込制御は不安定なのでやめたという記述があったような気がする。 迷ったが、今のところ安定して動いているので、これ以上手を入れることは止めた。

 これとは別に、完全なお遊びだが、LEDマトリックスを買ってきてある。これはMMCが動けば、8ドットの日本語フォントでも入れて、電光掲示板にでもしようと思っている。そうだ、表面実装にもチャレンジした。

 秋月で買ったMega128をアイテムラボの変換基板に乗せてみた。MMC制御のためである。こいつは64ピンのTQFPでピン間は0.8ミリなので、そう難しくないだろうと、最初、たかをくくって気楽に2面を半田付けしたところ、残りの面がずれていることがわかって最初の半田付けは大失敗であった。冷や汗をかきながらウェブに出ていた細線を使う方法でやっとのことではずし何とか変換基板につけることができた。いやいや勉強することが山ほどある。

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