« 心電計プロジェクト:スケールが出ると心電計らしくなる | トップページ | RaspberryPi 2ではなくて、Intel Edisonを買う »

2015年2月 6日 (金)

心電計は少しおやすみ。以前作った装置の修理にはまる

 ちょうど一カ月ぶりのブログの更新である。こんなに間が空いたのは、心電計プロジェクトが一段落したあと一気に気が抜け、ブログに報告するような工作の話題が少なかったこともあるが、それより些末なことにこだわる所長の粘着気質も影響している。特にこの2週間はこれまで作った装置の修理にどっぷりはまって、抜け出せなくなっていた。

 電子工作を始めて間もないころ作ったLANによるプリンターの遠隔電源制御コントローラーが、また故障したのである。家族が独立してこの装置の必要性は薄れていたのだが、当初これが原因と考えていた見込みが次々にはずれてしまい、最後は完全に意地になっていた。 A4111243

 で、何とか原因究明に成功して、こうしてブログの記事を書いているのだが、その原因と言うのが、これまでの常識を超える不具合で、今のところ動いているものの、怖くてまだ完全な検証には至っていない。その顛末も含めて、この一か月の研究所活動をご紹介する。

息抜きにLEDペンライト2号機制作(1/12/2015)
 心電計はTFT液晶に想定通りの画面が出て一息ついた。スケールを振幅や時間幅に合わせて可変にしたりするソフト開発や、脈拍数を大きなフォントで表示する機能など、まだまだ実用までにやりたい工作が残っているのだが、とりあえずは少しお休みすることにしよう。

 心電計の作業の合い間に少しづつ部品を揃えていたやりかけの工作がある。乾電池ひとつで動くLEDペンライトの2号機である。この手のライトは100円ショップなどで山のように売られているが、DC-DCコンバーターの応用例として作った自作1号機が思いのほか使い勝手が良く(小さくもなく大きくもない。へたりかけの電池でOKなど)、意外に重宝している。

 それで、ずいぶん前に2号機を作ろうと思い、以前にも紹介したAitendoのPT1301というDC-DCコンバーターICを入手してブレークアウト基板に作りこんだ。LEDランプや、ケース、スイッチなどの部品も揃えた。1号機は2Fの洗面所、2号機は工作室に常備する予定だ。 P1136849

 スイッチの固定など全体の工作は済んでいない。こういう円筒の中にものを詰める「しかけ」は、何故か工作心(ごころ)を刺激する。固定の仕方に沢山の方法があり、「最も工数が少なく」「確実に固定され」「着脱が容易」な構造を考えるのは楽しいものである。

 スイッチは、だいぶ前から一号機の「モーメンタリー」(押すときだけON)ではなく、「オルタネート」(押してONさらに押してOFF)に動く小さなものを探していたが、期せずして、秋月とAitendoで、オルタネートの小さなタクトスイッチが最近発売された。恐らく、同じ製品だと思うが2号機にはこれを使うことにする。 P2066893

 それとAitendoでは、前から気になっていたDC-DCコンバーターICが売られていることを発見した。今度のペンライトにも使えるし、これまで何度か昇天させてしまった9Vレベル(乾電池の006Pの代替)のコンバーターにも使えれば嬉しい。

別のDC-DCコンバーターIC、EMH7601をAitendoから入手した(1/14/2015)
 このDC-DCコンバーターは、ふとしたことで、このサイトで絶賛されているのを見つけた。効率が良くて、回路も簡単だという(ショットキーダイオードが不要)。作ろうとしているペンライトには既にDC-DCコンバーター基板が用意されているが、これも急に欲しくなった。面白いものでこの物欲というのは全く理屈抜きに突然湧いてくるというのが不思議なところである。

 0.7Vからでも動くというので、LEDペンライトにも使える。久しぶりに、末広町のAitendoの直営店舗に足を延ばした。車をコインパークに入れ、少し歩いて店のあるビルに向かう。このあたりは秋葉原の商店街と全く雰囲気の違う中小オフィスビル街だ。平日にもかかわらず周囲は閑散としている。

 お店は3階にある。人気(ひとけ)の少ないビルで入口から店に入るまで誰にも会わなかった。店内は開店当初より品物が充実している。ただ、ICなどはランダムにあちこちの棚にブロックで並べられているので探し出すのが一苦労だ。

 ここにきた目的は、このICとオルタネートスイッチ以外に、去年の暮れジャンクで買ったシャープの7インチディスプレイ(¥7000が、千円以下になっていて衝動買い)のフレキケーブルと接続基板を手に入れるためでもある。P2066881

 膨大な変換基板の棚から、幸いコネクター付きの40ピンの基板が見つかりこれを買うことにする。少し高い(¥780)が、0.5ミリピッチのハンダ付けをしないですむ。これで7インチディスプレイの工作はいつでもとりかかれる体制ができた(何を作るか決めていないけど)。

 いそいそと帰って、早速、PCを立ち上げ、データシートを調べる。EMH7601は、最大出力電圧が5.5V止まりということをデータシートで見つけて少しがっかりする。ただ、500mAまでとれて効率が高いというのは魅力だ。 P2066877

 ブレッドボードに、変換基板に載せたEMH7601をつけて早速テストする。おお、へたった乾電池ひとつで、煌々と白色LEDが点灯した。ただ、この変換基板どうも大きすぎる。せっかくのSOT23の小さなチップが台無しだ。このあいだの秋月の表面実装部品用のべた基板に小さく実装したくなった。いや、脱線はやめておこう(と言いながら、秋月でSMDの47μFコンデンサーを入手)。

ペンライト2号機完成(1/17/2015)
 
EMH7601は有力なDC-DCコンバーターではあるが、これでペンライトを作ってしまうと、せっかく作った前のPT1301基板が無駄になってしまうのは痛い。どちらを採用するか迷って、このEMH7601とこれまでのPT1301との簡単な性能比較をしてみた。

 その結果、乾電池1個の領域では、全く変わりがないことがわかった。どちらも1.2Vから、2.8V近辺まで出力する。一号機は、AS1322を使ったストロベリーリナックスのブレークアウト基板(¥950)を使っている。これとも比較してみる。P2066897

 一号機のLEDランプは、2号機にする予定のランプとどうも型番が違うらしく色温度が明らかに違う。明るさでいうのなら一号機の方が明るいようにみえるが、正確な測定器がないのでわからない。マルチメーターで測ったところでは、出力電圧は上記2つと殆ど変らなかった。負荷のLEDランプの種類が違うので何とも言えないところだ。

 結局、これまでのPT1301の基板を生かすことにして、ペンライトの組み立てに集中する。ランプのハウジングと、アクリルボディは変わっていないので、外観は1号機と2号機で全く同じになってしまい、思わず笑ってしまった。ちょっと見ただけでは見分けがつかない。P1246869

 スイッチだけが、2号機がオルタネートスイッチになっている。このスイッチの固定が一番厄介だった。スイッチの可動部が円筒にあけた穴と干渉してスムーズに入り切りができない。といって、スイッチを完全に固定してしまうと脱着ができなくなる。

 最初、秋月で売っていた、円形のユニバーサル基板[AE-20mm-TH] を使ってスイッチを固定しようとしたが、円柱にストッパーを接着剤でつけて固定する方法が、どうもうまく行かず、結局、一号機と同じような基板片を十字に組んで摩擦で止める方式に落ち着いた。 P1246872

 こんなささやかな工作でもやりだすと止まらない。あんまり凝るのも何なので、適当なところで切り上げて、とりあえず完成とする。裏はまだテープで止めただけだ。部品が固定できれば配線は一瞬で終わる。出来上がったペンライトを並べて記念撮影。オルタネートスイッチはやはりとても便利だ。つけたままにしてライトを任意の場所に固定できるアングラーのようなものが欲しくなった。

LANのプリンター電源遠隔コントローラーの修理(1/21/2015)
 この遠隔AC電源制御装置は、電子工作を始めて間もないころ、ドイツの制作記事を参考に、マイクロチップのNICドライバーENC28J60を使って作ったものである。途中、ACアダプターが壊れて交換したが、この8年間全く問題なく動いていた。

 娘が結婚し、離れた所からプリンターの電源を制御する機会がなくなって気が付かなかったのだが、あるとき、動かそうとしたら、ネット上で認識できなくなっていた。PINGも応答しない。手動のスイッチは動くので、マイコン(Mega168)が動いていることは間違いない。モジュラージャックのリンクLEDが点灯していないので、ENC28J60あたりに問題がありそうだ。

 使用機会がなくなっているので、急いで修理する必要は全くない。暫く放置していたのだが、心電計プロジェクトも一段落したので、重い腰を上げて修理することにした。

 まず、定石通り各部の電圧を測る。問題ない。修理用のUARTをつないで動きを確認する。ふむ、ENC28J60は初期化が済んだというメッセージを出して立ち上がった。NICチップは正常のようだ。しかし、モジュラージャックのLEDはどちらも点灯しない。

 当然、PINGをかけても応答しない。ケーブルを抜き差ししていると、おっと、LEDが一瞬点いた。何、LANケーブルの接触不良か。いや、そうでもなさそうだ。ケーブルを換えても、ソケットをグリグリしても変化はない。時々、つながるが、暫くすると切れてしまう。 P1246862

 こういうときの故障部品の定番は、まずIC、次に電解コンデンサー、コネクターと決まっている。念のため予備のENC28J60チップと差し替えてみる。レディメッセージが出たと言っても信用はできない。

  症状は全く変わらない。ENC28J60とモジュラージャックを実装したサブ基板を、手で少しづつ動かしていると突然LEDが点き、PINGも通るが、切れるとネットも切れる。しかし、Mega168の応答は正常でハングもしていない。

 ENC28J60でもなさそうだ。電解コンデンサーはこの回路にはないので、残るはモジュラージャックである。8年も使ったのだ。壊れても不思議ではない。しかし、この換装は簡単ではない。まず手持ち在庫に、このパルストランス付きのモジュラージャックがない。買ってくるしかない。

やった!モジュラージャックだったと意気上がったのもつかの間(1/24/2015)
 仕事の帰り、秋葉原に出て、秋月でモジュラージャックを入手した。このブレークアウト基板がほしいのだが、まだ置いていない。パルストランス付きのモジュラーは2種類になっていて値段が違う(¥300と¥200)。

 スペックもフットプリントも全く同じで、今まで使っていたのが高い方のようだ。面倒なので2種類とも買って帰る。換装は実はとても厄介だ。モジュラージャックとENC28J60チップをサブ基板に載せ、サブ基板とメイン基板の間をピンのハンダ付けで固定しているので、このピンのハンダ付けからはずさなければならない。

 文句を言ってみても自分に返ってくるだけなので、黙々とハンダ吸い取り線でハンダをとり、メモに間違えないように、ハンダ付けの位置を書き留めて、少しづつ外していく。 モジュラージャックのハンダ付けも注意深く外す。

 このあたりも前の配線図だけでなく現実の配線をメモに残しておかないと危ない。以前の配線図は制作の極く当初のものであり、そのあと変更されていることがあるからだ(変更したことなど憶えていない)。

 やっとのことで換装が終わった。電源を入れる。やった!モジュラーのリンクLEDが点き、ネットの交信が始まってアクセスLEDが点滅する。モジュラージャックが不調の原因だったのだ。いやあ、苦労が多かった分、感動はひとしおである。久しぶりのカンがあたって意気軒昂、痛快この上ない。

 さあ、元へ戻そうと、基板をケースに戻し、ねじ止めの前に念のため電源を入れると、なんと!動かなくなっている。何い、モジュラージャックが原因ではなかったのか。新しいモジュラージャックでも同様な現象で止まってしまった。

 何という事だ。故障の原因が物理的な接触不良であることは間違いない。しかしモジュラーでないことは現象が再現することから明らかだ。動かない状況には2つあって、LEDが全くつかないときと、LEDがついてもネット上でつながらないときとがある。

 実はケースに戻す前に、モジュラーのLEDの緑と黄色が逆だったので、この交換をするため、サブ基板の配線を少しはずし配線の付け直しをしている。こうなるともう原因が特定できなくなってきた。実体顕微鏡で詳しく配線のハンダ付けを調べていくが、あやしいところは見つからない。こうなってくると意地になるのが所長の悪い癖である。P1246863

 サブ基板の配線面は、メイン基板に固定すると見えなくなるので、メイン基板との間の10本のピンをローハイトのピンソケットで着脱できるような作業にとりかかる。こうすればサブ基板を裏返しにして動作を調べられる。

ソケットに取り換えるも現象が特定できない(1/26/2015)
 メイン基板とサブ基板の間を離してテストが出来るようになった。それまではハンダ付けで両者をつないでテストしていたので、時々、配線間違いを起こして大騒ぎになるのだが、これで避けられる。

 ピンソケットの間にジャンパーを介して、メイン基板とサブ基板を物理的に離せたので、爪楊枝などで配線面をたどり、ハンダ付け不良や部品不良を調べるが、はっきりした徴候は出てこない。相変わらずランダムにモジュラーのLEDは点き、勝手に消える。泥沼が続いている。

 少なくともメイン基板の接触不良ではなさそうだ。サブ基板の物理的な接触不良が原因だろうということはわかった。メイン基板をいくら押したり、歪めたりしても状況に変わりはないが、サブ基板の押さえ具合でLEDが点いたり消えたりする。1日近く点いているときもあるが、ちょっと触っただけで切れたりする。

 ICでもない、ソケット(モジュラージャック)でもない、ハンダ付けでもないとなると、あとは抵抗とか、セラミックコンデンサーとかのパーツになる。しかし各部品を点検するとなると部品をはずすしかなく簡単に調べられるものではない。

 8年近くも動いていた機械だ。どこかは壊れるだろう。しかし、こんな不毛な作業を続けているのが段々馬鹿らしくなり、サブ基板だけ作り替えようかと考え始めた。この機械をすべて廃棄するという選択肢は今のところない。こんなことで負けていられるか。

久しぶりの志賀高原は寒かった(1/29/2015)
 そうこうするうちに、スキーの日程が来た。久しぶりの志賀高原である。学生時代に一緒に滑った昔の仲間が来るというので、日を合わせて集まったのだが、何と70を過ぎた所長が最年少で、みんな70後半の先輩方ばっかりだった。それでもみなさんお達者で年を感じさせない。P1290332

 4年ぶりの志賀高原スキーは楽しかった。3日間の日程で幸い良い天気に恵まれ、たくさんのスキー場をくまなく滑るいわゆる「スキーサーカス」を楽しんだ。志賀高原は谷をいくつかはさんで変化に富んだ多くのスキー場があるので滑りがいがある。

 最終日は、志賀の最高峰、横手山まで登った(と言ってもリフトだが)。ここには日本で一番高いパン屋さんがあるので有名である(高いと言っても値段ではなく標高)。ここの山頂は、蔵王に匹敵する美しい樹氷でも知られている。P1290333

 眺望も素晴らしい。この日は雲もなく、妙高、戸隠から、白馬連峰、穂高と槍、微かに噴煙を上げる御嶽山、それに富士山まで、すべて確認できた。ただ、寒いこと寒いこと、恐らく零下15度はあったと思う。余り寒くて手が凍え写真は良く撮れなかった。

 頂上から続く渋峠のスキー場の雪質は最高で、いつも自分が上手くなった気分にさせてくれる。横手スキー場の穴場は実は、メインコースから派生して伸びた小さなゲレンデ、横手第5、6リフトだ。誰も滑る人もなく、ここからの笠岳の眺望は絶品である。S_p1290334

遂に原因を究明。リンクレベルの終端抵抗のハンダ付け不良(2/3/2015)
 
スキーから帰ってきて地下の工作室にこもる。電源コントローラーのトラブルシューティングが待っている。もうそろそろ決断の時だ。メイン基板とサブ基板に分けて、サブ基板のどこかの接触不良であることまではわかったが、それ以上の進展はない。

 隅から隅まで40倍の実体顕微鏡でハンダ付けのおかしなところをチェックするが、みな問題ない。残った調査対象CR部品をはずすくらいなら、もう一度、サブ基板を作り直す方が早い。適当な基板を決めてレイアウトを考え始める。

 それでも諦めきれず、爪楊枝で各部品を少しづつ触っているときのことだ。パルストランスに並列に入っている終端抵抗を少し強く押したときに突然リンクLEDが点灯した!何い、外見上のハンダ付けは全く問題がなく綺麗に見えているところだ。

 さらに強く押す。もう、切れない。リンクLEDはついたままだ。横でアクセスLEDが忙しくブリンクし始める。これは一体どういうことだ。以前、UEW線ではこういうことがあった。しかし、51Ωの終端抵抗のリード線は軟銅線でハンダは綺麗に盛り上がっている。

 抵抗がぐらぐらしているわけでもない。それなのに、内部で接触不良を起こしていたのである。長い間、がた老研究所を悩ましていた、コントローラーの不具合がやっとのことで解決した。いや、これまでに何回、サブ基板をはずして点検したことか。この状況はこれまでの常識を超えている。P2066882

 この部分の再ハンダ付けは、色々考えたが、とりあえずこのままにして装置を全部組み上げ直した。最終のねじを締め終わった途端、また不具合が再発すれば(これがよくあることだが)、ここのハンダ付けをもう一度やりなおそうと考えた。せっかく動いているのに下手にいじってまた動かなくなるのが怖い。

 全部を組み上げ、ケース固定の4つのネジを締めて、恐る恐る電源を入れる。おめでとうございます。装置は全く問題なく正常動作を開始した。2日経つが今も問題ない。奇妙な解決だがとにかく肩の荷は下りた。これでブログに報告できる。

|

« 心電計プロジェクト:スケールが出ると心電計らしくなる | トップページ | RaspberryPi 2ではなくて、Intel Edisonを買う »

AVR」カテゴリの記事

電子工作」カテゴリの記事

コメント

shuji009さん、ははは、そう簡単には断線しませんよ。
私が電解コンデンサーで経験したのは、確かブログにも
書いたと思うけれど、何度か使いまわした100μFのリード線が
中で切れていて、脈流になっていたことで、
まあ、100個に一個くらいの感じですか(乱暴に扱って)。

ハンダで固定して、温度差の激しいところで使えば、
確かに切れやすくはなるでしょうね。

投稿: がた老 | 2015年2月13日 (金) 20時40分

がた老さん、ばんとさん、お疲れ様です。

気になって、手持ちの抵抗で簡単な実験をしてみました。

まず、元々の抵抗値をテスターで測り、その後、リード線をラジオペンチ等で挟んで、(思いっきり)引っ張ったり、曲げた上でひっぱたりして、抵抗値がどうなるか?を調べただけですが・・。

残念ながら抵抗値は変わらずでした。リード線の片側切れてしまいましたが、それでも変わらずでした。
因みに、抵抗は中華製品で82オーム品です。

たった1個の試験なのでたまたまなのか、やり方が悪かったのかは不明です。

いくつかの抵抗をぐっと引っ張って基板に半田付けして、ヒートショック試験をした方がいいのかもしれませんが、流石にそこまでは・・。

以下蛇足ですが・・
マイグレーションとかウィスカとかも考えて一応調べたのですが、実際に使われている半田が何かわからないので?ですし、もし半田に問題があれば、もっと他の電子工作物に問題が出ると思うし・・。

投稿: Shuji009 | 2015年2月13日 (金) 03時51分

そうですか。そちらも経験されましたか。
強く曲げて固定すると切れる可能性があるようです。
装置は、常時電源が入っていて熱があり環境は余り良くありません。

ウェブ上では、チップ抵抗の硫化断線の話は出てきますが、
リード線の抵抗の断線の話はないようです。

今度の抵抗は、強く押すと断線が回復して、その後安定しています。
ハンダ付けのときに曲げすぎたのでしょう。今後は気をつけることにします。

投稿: がた老 | 2015年2月11日 (水) 11時49分

毎度です。ばんとです。

抵抗内部が破断ですか。考えられる原因ですね。
当方も経験があります。
抵抗を強く引っ張ってハンダ付けして作ってた
のですが、しばらくしてから抵抗が壊れて破断
しているのを発見したことがあります。
リードを引っ張りすぎて弱くなってたとこに、
リードの余裕がないので寒暖の加減でリードが
縮んで引っ張り応力が働いて破断したものと判
断しました。

それからはリードのハンダには少し余裕を持たせ
るようにしてます。

投稿: ばんと | 2015年2月11日 (水) 10時17分

ばんとさん、どうもです。
やっと、反応があった。そうなんです。まだ検証していません。
サブ基板とメイン基板のピンをハンダ付けしてしまったので、
問題の抵抗の再ハンダ付けができなくなっています。

4つの終端抵抗のハンダ付けは、前に見たときは、8か所とも、
まず完全(リード線とランドの間が水滴状)だったので、
恐らく抵抗器の中の経年変化(7年以上)による内部断線と
睨んでいますが、確認はしていません。

以前、電解コンデンサーで内部断線を経験していますので、
有り得ないことではないと思っていますが、今のところ、
安定して動いているので、余りいじりたくないというのが、
正直なところです。

投稿: がた老 | 2015年2月11日 (水) 00時14分

毎度です。ばんとです。

がた老さん、接触不良というのはハンダ不良な
のでしょうか?
それとも抵抗の内部にヒビのようなものが入って
接触不良になったのでしょうか?

ひとつ目なら単純にハンダ不良が原因!!
ふたつ目なら、リードの余裕がなく寒暖の差な
どで破壊とか湿度などが原因でリード線が錆び
てしまったとかの原因が考えられます。

当方の電子工作でも起こりそうなことなので、
もし分かるようでしたら、お教えください。

投稿: ばんと | 2015年2月10日 (火) 21時42分

コメントを書く



(ウェブ上には掲載しません)


コメントは記事投稿者が公開するまで表示されません。



トラックバック

この記事のトラックバックURL:
http://app.f.cocolog-nifty.com/t/trackback/1089557/58843319

この記事へのトラックバック一覧です: 心電計は少しおやすみ。以前作った装置の修理にはまる:

« 心電計プロジェクト:スケールが出ると心電計らしくなる | トップページ | RaspberryPi 2ではなくて、Intel Edisonを買う »