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2012年11月25日 - 2012年12月1日の1件の記事

2012年11月29日 (木)

次のテーマが見つからない。細かい工作を続けている

 親戚の不幸で関西に帰ったり、珍しくこの時期に仕事が立て込んだりして、まとまった時間が電子工作にかけられない。このところ夢中になれるような大きなテーマが見つかっていないこともある。ペンライトの制作記事以来もう20日以上経つが書くことが少ない。

 考えてみれば電子工作という趣味を始めて、まもなくちょうど5年になる。見回してみると、周囲には自作の工作品が溢れている。ひとつひとつは滅多に故障しないが何しろ数が多い。このお世話だけでも結構やることがある。

 PCの横には、FPGAを使ったデジタルフォトフレームが納まり、階段の下には人感センサーと気圧計、それにLANによるプリンター電源制御ユニットが常時動いている。後ろを振り返ると、本棚には腕時計のぜんまい自動巻き機、2台のLPCMプレーヤーにLM380革命アンプ、ガイガーカウンター(1台はとうとう友人に無期限貸与した)、あれからバラックのままになっているXbeeラジコン車など。

 洗面所に行けば、このあいだのLEDペンライト、工作室の棚のガラスケースには、使っていない温度ロガーやXbee電力ロガー、メトロノームの時間間隔を測定するリズムキャプチャー、自作CPU基板や小物まで含めると、もうその数は、数え切れない。

 当研究所のモットーは「実用品」を作ることだから、工作品が身の回りに溢れるのは当然と言えば当然だ。新しいテーマが見つからないと言うのも、身の回りで欲しいというものをあらかた作ってしまったということがあるのかもしれない。

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グラフィック気圧計が時々ハングする(11/4/2012)
 このあいだは、ガイガーカウンターを修理したが、今度は、常時稼動させている気圧センサーMPL115A2を使ったグラフィック気圧計が、時々止まるようになった。電源を入れなおせば何事もなく起動するが、また2日くらいで止まる。1週間動く時もあるが、半日で止まる時もある。

 RTCは動いているので、電源を入れなおせば正しい時刻が出る。何らかの原因でCPUがハングしているようだ。何が原因か、EEPROMにトレースデータを入れて、どこでハングするか調べようと、少し本気になり、基板をいじっているうちに直ってしまった(また再発したが)。

 状況から見ると、TFT液晶のコネクターの接触不良が可能性として一番高い。コードの中でイベントが終わるのを待つプロセスは考えてみたら、ディスプレイドライバー以外にはない。

 そういえば、このコネクターは開発初期に、接触不良に悩まされ、主なピンにハンダを薄く盛って問題解決したことを思い出した。そうか、そこがまた酸化したのだろう。まあ、これも気象データを記録しているわけでもない。いずれ、接点を磨くか、もう一度ハンダを盛ってやろう。

 この気圧計は、予報ロジックが未実装で、O-Familyさんからはケースに入れるよう勧められているが、今ひとつ気力が湧かずそのままになっている。気圧の推移をグラフで見ているだけで結構予報できるので実用性は十分ある。それより文字をもう少し大きくしたいのだが、これをやるのはまた大変でそう簡単にはいかない。

GPSレシーバーのUART電圧改善(11/5/2012)
先日、受信に成功したGPSレシーバーPA6Cである。回路図をみているうち、USBブリッジCP2102のTTL-UART部分は5V出力であることに気づいた。GPSレシーバーのVccは3.3Vである。これはまずいのではないか。

 あわてて測定してみる。USBブリッジからのUART TXはやはり5V近かった。これは危ない、早く手当てせねば。あわててネットで対策法を調べる。レベルシフターのICを使うほどのこともない。みんなどうしているのだろう。

 典型的な、3.3->5V、5V->3.3Vの電圧変換なら、時々掲示板でおみかけするgomisaiさんのネガティブログが詳しい。いつも参考にさせてもらっている。今度も早速、このサイトを訪れて回路を検討した。

 このなかから一番、簡便な方法、抵抗一本で下げる方法を選ぶ。USBのTXに10KΩをはさむだけ。分圧もしない。内部抵抗的にこれだけで良いような感じだ。念のためオシロで送受信波形を確認する。

 よーし、PA6CのRX(USB側のTX)は3Vに下がった。ちゃんとPCのユーティリティから送信信号を受信してPA6Cは反応している。壊れていなかったようだ。ほっと胸をなでおろす。

 GPSロガーを作らなければならないが、GPSレシーバーが具体的に何をやっているのかまだ何も知らない。泥縄に近いがGPSレシーバーそのものの仕様を勉強し始める。レシーバーが出すNMEAフォーマットもまだ何もわかっていない。レシーバーそのものにはログデータを蓄積する機能はないはずだ。

 やっぱりそうだ。ログデータは必ず外に溜めなければならない。他の人はどうしているのだろう。ChaNさんのはマイクロSDカードに蓄積し、ログをPCに取り込むときは、マイクロSDカードを取り出しているようだ。こいつはとても小さくて、制作心を刺激する。CPUはAVRだ。

 一方、ねむいさんのは、STM32Primer2のケースを応用して内蔵のSDカードに蓄積し、USBのマスストレージクラスを動かして、PCにデータを渡している。あのマイクロSDカードは余りにも小さくて取り扱いが面倒なので、こちらの方が魅力的だが形は大きくなってしまう。

 折角作るのだから、何か新機軸を出したいものだ。このあたり、あれこれ妄想するのが電子工作の醍醐味のひとつでもある。ただ、具体的にこれを使うシーンが想像できない。まあ、最初はビル街に持ち込んで、準天頂の効果を確認することだけど。

すごいソフト発見。JAXA製のGPS衛星の周回シミュレーション(11/6/2012)
 あまりにもGPSに不勉強なので、少し基本から勉強した。衛星からの電波の周波数は1.2GHz帯のUHFである(3GHzから上のsバンドも使っているがこれは衛星テレメトリー用)。今、地球には70個近いGPS衛星が廻っていて、日本の上空にも常時6個程度の衛星が周回してくる。これらの電波を複数受けることで測地点の正確な緯度、経度、高度を測定する。

 沢山あっても衛星が上空の角度の低いところにあると、市街地や、森林地帯では見えなくなるので、測定精度が下がる。この難点を克服するのが、「準」天頂衛星という衛星だ。QZSSというのが略称である。日本ではJAXAが、2年前に打ち上げ、「みちびき」という名前がつけられて去年からテスト運用が始まっている。

「準」がついているのは、通信衛星や放送衛星で御馴染みの静止衛星と違って、上空の同じ場所に止まっていないからだ。上空に止まるために、静止衛星は地球の自転と同期する軌道、つまり赤道面に軌道がある。日本は赤道から35度ほど北にあるので、静止衛星を天頂に持って来ることはできない。日本の放送衛星のパラボラの角度が、かなり低いのはそのせいである。

 しかし、衛星軌道の角度と、高度を工夫すると、みかけの衛星軌道が、長い間天の高いところにあるようにすることが出来る。これが「準」天頂衛星だ。

 常に天頂付近にいるのだと最初思っていたが、このあいだブログに上げた衛星図には、「みちびき」がいなかった(193が識別番号)。どうしてだろうと調べ始めて、その面白さに引き込まれる。地球の自転と衛星の軌道をうまく調整している。

 日本では、夜中の0時ごろから、4時ごろまで一旦南の空に隠れるが、朝の5時ごろから23時ごろまで渦を巻いて天頂付近に存在する。見掛けの軌道は8の字型で上の丸の部分が天頂を囲むように周回する。見事なものである。

 以上の動きは、JAXAのサイトで、任意の日本の地点の上空のGPS衛星のシミュレーションをしてくれるPCソフトでわかったことだ。JAXAのサイトにある準天頂衛星の周回軌道の絵は何度見ても良くわからなかったが、このソフトで良く理解できた。

 このソフトQZ_Radarはすごい。観測点の緯度と経度と時刻を入力すると、その地点のすべてのGPS衛星の位置を正確に表示してくれる。時間間隔を指定して、その間の動きを画面上でシミュレーションできるようにもなっている。素晴らしい。

Ws000001 しかも、このソフトは無料である。JAXAだから税金で作られているのだろう。納税者として始めて得をしたような気分になった(確定申告用のソフトは腹が立つことばかりだったけれど)。ただし、JAXAのサイトから、このソフトをダウンロードするのは極めて難しい。

Ws000000  まずJAXAのホームページは、情報が余りにも多すぎて「みちびき」すら見つからない。「JAXA みちびき」のキーワードで、やっと「みちびき」のサイトに辿り付けるが、ここにはダウンロードのリンクはない。画面右上の「みちびきデータ公開サイトQZ_Vision」をクリックし、さらに出てくる、劇画風のポップなバナーの「USE」をクリックして始めてQZレーダーなるPCソフトのダウンロードのリンクが現れる。

Ws000002  「USE」のところのキャッチフレーズが、「使うみちびき! QZSS+GPSデータダウンロード」
では、事情を知っていなければとても辿りつけない。プロモーションとしては、「PLAY」のQZ_Visionみちびき3Dの方が金がかかってそうで、こちらを強調したかったのだろうけれど勿体ない話だ。

準天頂衛星の勉強をするうち宇宙の凄さに感動(11/8/2012)
 色々勉強するうちに、地球や月、人工衛星の実際の位置関係を正確に知りたくなり(昔、本で読んだがうろ覚え)、調べてみた。もう半世紀近くも前の子供のころ、夢中になって読んだ宇宙旅行の本の復習である。

 地球の大きさを直径1.2センチ(パチンコ球くらい)とすると、月は正露丸(3.5ミリ)くらいの小ささで、月は地球の周りの38センチの軌道を周っている。人工衛星の軌道は、静止衛星がいくら離れていると言っても、1.2センチのパチンコだまの外周3.5センチのところにへばりついているだけで、宇宙といってもほんの入り口にすぎない。太陽の大きさはこの縮尺だと、直径1.39メートルの球(運動会の大玉ころがしくらいか)の大きさである。このあたりまでならまだ驚かない。

 しかし、ここからが驚くのが、地球と太陽の距離だ。何と149.5メートルもある。郊外電車の一両の長さが20メートル程度なので、7両か8両の電車編成の長さに相当する。えー、郊外電車のホームの先頭にパチンコだまを置いて、一番後ろに運動会の大玉を置いて、間に正露丸を置いて、これで日食が出来る。しかも、地球から見た、見かけの大きさが同じという太陽がちょうど月に隠れる皆既日食って、これ奇跡としか言いようがない。すごいことだと思う(軌道面が同じというのも不思議)。

 さらに恐れ入るのが、恒星(太陽系)と恒星の間の距離である。一番近いので4光年というから、4×10^12(10の12乗)キロは、この縮尺でいくと4000キロメートルに相当する。ほぼ日本から赤道直下のインドネシアあたり(曲線だけど)なのだ。宇宙空間では1.4メートルの玉(恒星)の一番近い玉まで4000キロ行かないとめぐり合わない。

 銀河系というのは、こうした星が、これだけ離れながら2000億個以上集まっていて、しかも、これが宇宙のほんの一部分に過ぎないことを考えると、考えるだけで気が遠くなっていく。こういうことが想像できる人間の叡智と、それを遥かに超える宇宙の悠久さに、ただ、ただ感動するだけである。

STM8Sを生き返らせるために苦労する(11/11/2012)
 それはともかく、電子工作の続きである。手持ちの電子パーツを整理しているうち、秋月で買ったマイコンの評価キットSTM8S-Discovery(¥750)というのが出てきた。一時ネットで評判になり、所長も何となくひとつ手に入れていた。このSTM8Sは、ARMプロセッサーで有名なSTマイクロが出したプロセッサーだが、ARMではない。

S_pb275461  奇妙なことに本体が8ビットマイコンなのに、STlinkという付属のUSBローダーには32ビットARMプロセッサーが使われているというおかしな構成である。恐らくSTマイクロの新作の8ビットマイコンの販拡のための価格設定だと思うが、手練れの電子工作マニアの中では、本体の8ビットマイコンをそのままにして、このローダー部分だけを切り取り、別のJTAGドングルに改造することが一時大流行した。

 しかし、本体の8ビットマイコンの方は、ARMでもない独自のSTマイクロのプロセッサーなのでGNU環境がない上に、日本語の情報が極めて少なく、日本のアマチュアの中では、殆ど省みられることがなかった(STマイクロの意図は見事にはずれた)。

 所長は、へそ曲がりな性格なら誰にも負けない。この評価キットを見ているうち、せっかく、はなばなしく登場したのに、ローダーの方ばかりが注目を浴びて、本体は捨てられるSTM8Sが急に不憫に見えてきた。みんながやらないというのなら使ってやろうではないか。

 へそ曲がりは私以外にもいると見えて、最近、ぼつぼつSTM8Sを応用した例が出てきた。特に、ここのサイトは充実している。このサイトは、ソニーをやめた回路設計エンジニアが開いているサイトで、話の展開が独特で面白いので所長の定期購読サイトのひとつであるが、STM8Sをこんなに詳しく研究されているとは気がつかなかった。

 STM8SにはGNUの環境は揃っていない。始め、無償期間限定の有料Cコンパイラーしかないと思っていたが(買えば10万円以上する)、良く調べてみると、Raisonanceの方のSTM8Sのコンパイラーはフラッシュサイズが32KB以内なら無料で手に入ることがわかった(期間無制限)。

 大体この販促用のチップのフラッシュは32KBであり、STM8Sも現在のラインナップの最大フラッシュは64KBしかない(その後、128Kまで増えたようだ)。そこで、この無償版を手に入れて、開発環境だけでも作ってみることにした。Ws000003

 ユーザーの登録、ライセンスコードの取得、アクティベーションコードと、やたらに面倒くさい手続きを経て、何とか、Ride7というIDE(開発環境)とコンパイラーを手に入れた。しかし、何をするためにインストールしたのか決めていなかったことに気づき、愕然とする。

 そう、これも部品箱に眠っている、64×128のモノクログラフィック液晶(Aitendo)を動かすために使うことにしたい。ああ、これも手段で目的でないな。まあ、目標は、JJYデコード環境(最終的には電波時計)、GPSロガーとしておこう。

ケースまで買ったが、革命アンプの同一基板上の電源は失敗だった(11/18/2012)
 LM380革命アンプの続きである。電源はスイッチング電源のままだ。ここはオーディオなのでまともなシリーズ電源にしたい。ただその前に、音が、どうも低音と高音が弱く中音ばかりが強調されているような気がしてきた。入力ケーブル(フォンケーブル)を換えたり色々調べる。

 結果としては、やはりブレッドボード上のテスト用LPCMプレーヤーが良くないようだ。フォンケーブルを短いものに換え、LPCMプレーヤー1号機から入力すると良い音に戻った(ように思う)。

S_pb275446  シリーズ電源の制作を始めた。仕事の帰り、久しぶりに秋葉に寄り、千石で普通の6V-0-6V電源トランス(¥880)、ケース(リードPS1 100X50X85 ¥640)などの部品を買ってきた。電源部を基板の残りスペースに入れてしまおうというのである。

 うまく行けば、この小さなケースに入ったアンプが作れる。、ただ、トランスの漏洩磁束が心配だったので、とりあえずトランスだけ固定し、100V部分を仮配線して、ハムが出ないか通電してみた。

S_pb185313  うーむ、明らかにハム音が増える。スピーカーから1メートル離れて、電源を入り切りしたときの音がわかるのでは、せっかくの良い音も台無しだ。やっぱりトランスが近すぎる。まあ、HiFiオーディオがすべてトロイダルトランスを愛用しているわけがようやく理解できた。

 しかし、どんなに小さいトロイダルトランスでも¥2000以上するのでちょっと手が出せない。どうしようか。少し離せばよいのかもしれないが、とりあえず買ってきたケースの中に入れることは出来なくなった。せっかく、基板の大きさにぴったりあうケースを見つけて上機嫌でいたのに残念である。

リップルはとれないし、電圧は17Vもある。スイッチング電源に戻る(11/20/2012)

 このままにしておくわけにもいかない。思い切って基板を分割する。コンデンサーをはずし強引にサーキュラーソーで半分に切る。幸い何も傷つけず切ることに成功した。早速、試す。よし、10センチも離せばハム音は消えた。勢いに乗って、電源部の完成を急ぐ。

S_pb215325  ハンダ付けは殆ど問題なし。平滑コンデンサーの大きさは迷った。10000μF以上は突入電流が心配だ。回路図を見ていると6000~8000μFほどが多いようだ。

 2200μFを3つつけることにする。電源を、このシリーズ電源に切り替える。うーむ、だめだ。またハム音がし始めた。スピーカーに耳を当てないと聞こえない程度だが、明らかにスイッチング電源の時に較べると大きい。

 オシロで調べてみた。ありゃあ、17Vもあるぞ。全波整流ではこれくらいになるのか。まあ、定格内だから良いとして、やはり120Hzくらいのリップルが出ている。余分に買ってあった2200μFをもうひとつつけて8800μFにする。

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 少し、ハム音は小さくなったが、リップルの程度は、オシロで見る限り、明らかにスイッチング電源に負けている。やはり10000μF以上が必要なのだろうか。今の容量でも、電源を切っても延々と電圧は下がらないし、突入電流は半端な量ではないはずだ。トランスや、ダイオードを痛めているのではないかと心配になる。

 あらたにセメント抵抗(5W)を買ってきて、電源品質を本格的に調べ始めた。電源トランス(12V)の電圧が定格より高いのは負荷が小さいためで、定格の300mA近く流すと、11Vまで下がった。しかし、これは負荷によって電圧が上下するということで音質には決して良い影響を与えないはずだ。

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 一方、スイッチング電源はオシロの波形で見る限り、とても好調なのである。オシロをACモードにして、感度を上げる(200mV/目盛り)と、シリーズ電源のリップルは派手に出るのに対し、スイッチング電源はきわめて優秀である。細かいパルスノイズも同程度で遜色ない。

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 試しに、以前買ってきてノイズの出た12Vアダプターを測ってみた。オシロを最大感度の50mVに上げる。この感度だと、何も測定しないプローブから、20mV近いノイズが出るのだが、このスイッチング電源は明らかにノイズが多い。とても派手なパルスノイズだ。これは不良品と言ってもおかしくない電源品質だ。

 この電源はともかく、スイッチング電源の品質は思ったより高いということがわかった。少なくとも、当研究所のオシロでは、リップルもないしパルスノイズもシリーズ電源と全く変わらない。スイッチング電源を今まで毛嫌いしていたけれど、このアンプでしばらく使ってみることにする。

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