電圧・電流・電力メータ

久しぶりの電子工作ネタです。

かねてから「電圧・電流・電力」を測れるメーターを作りたかった。
売っているのはあったけど高かったのです。
作ろうと思えば作れるので。

しかし、電力を計算するには掛け算が必要。これをアセンブラで書くのはイヤァな感じ。LCD表示も細かい事やろうとするとアセンブラでは結構めんどくさい。
Cで書くしかないかなーと思いつつ、Cは苦手なので手を付けていませんでいした。

重い腰を上げて、Freeで使えるCコンパイラを探しました。有名なのはCCSCですが無料版は無し。買うと高い。探していると、Mikro CというのがPIC対応で（AVR版もある）、無料版は2Kワードまでのバイナリを生成できるようです。これをチョイス。ネットを探しても作例は少ないのですが、HELPと20年近く前にやったANSI Cを思い出しながらコーディングしてみました。Mikro CはANSI-C準拠ということで、「はじC」も役に立つというわけです。はじC、懐かしいでしょ？

手持ちのPIC16F88に書き込みました。8ピンはF675、18ピンはF88を定番にしています。どちらも内蔵クロックを持っていて、A/Dから一通り入っています。

とりあえず数字だけの表示はOK。10bit A/Dして、8bitに削って、10進→ASCII変換して出すだけ。

ほぼ一発でうまくいったので、欲を出して小数点を割り込ませたり（255Vを25.5Vと表示させる）、空いているLCD部分にバーグラフを追加したりといじり始めました。気がつけば夜中の2時近く。

ある程度まではできたのですが、バーグラフのセグメント数を増やしていくとおかしな現象が出始めました。表示はループを使わずに、ステップ数文用意したテキストを全セグメント上書きする方法です。どうせスッカスカなので。

7桁を超えると、違う行の表示文字を壊します。グラフは2行目に出しているのに、1行目の表示を壊します。
8桁を超えるとメモリーを破壊するようで暴走します。LCD表示がフィーバーしています。

8桁までは、4桁、4桁に描画命令を分ければ可能なところまでいきつきました。しかし、8桁を超えるとだめなのです。LCDで空いているところは目いっぱい使いたいのが人情。

何やっても8桁を超える表示は解決しないので、悩んでいてふと思いついたのが変態PICのアドレッシング。ROMもRAMもバンク分けされていて、RAMバンクの先頭付近はスペシャルレジスターが埋め込まれています。また、ROMもバンク毎にアドレスがとびとびになっています。固定テーブルをROMに持つ時は、特にアセンブラで記述するときはバンク超えを考慮しないとうまく動かないのです。

これは完全に予想なのですが、もしかしたら不連続アドレスの問題をコンパイラが吸収していないのではないかと。もしそうであれば、メモリーを破壊するのも納得できます。ようするに、ツールのバグですね。

最近、F88よりも安くリニアアドレッシングとして使えるF1827というチップが出ていて、それを買っていたのを思い出しました。今から考えればF88は当時最強！でしたが、かなり古い部類です。古いからこそ枯れていると思っていたのですが...

F1827に変更しても、F88とピンコンパチでソースコードもA/D関係のレジスタを一部修正するだけでそのまま使えます。4桁単位に刻んでいたテーブルデータもまとめて配列に放りこんで一発描画するように戻し、ビルドして書き込み！

成功！！

やはり、F88（オールドアーキテクチャのPIC）に対して、Mikro Cはバグっているようでした。

あとはアナログ部分を作るだけ。
電圧検出は分圧で。電流検出はハイサイドに10mΩ程度のシャントを入れてOP-AMPで処理して入れてやる。この10mΩの抵抗を手に入れなくてはならないのがネックです。100mΩのセメント抵抗ならたくさん持っているのですけどね。100mΩでは20A流すと2Vロスしてしまうので、ここはなるべく小さくしたいのです。

バーグラフは、1W 2W 5W 10W 20W 30W 50W 70W 100W 200W 300W 400W 500Wと割り当てました。下の方はちょっと荒いですがLogです。

AVRに浮気しそうになりましたが思いとどまりました（笑）

ラジコンの充電機がすごい

これ、買ってみました。
リチウムイオン各種、ニッスイ、ニッカド、鉛。なんでもこなしてしまう。
リチウムイオンでは重要なバランス充電もできる。

コピー品が沢山出ているようだけど、このiMAX B6シリーズはコピー品でも品質が良いらしいです。
Net上にある説明書を漁っていたら、キャリブレーション（電圧センサの調整）が出来る事を知ってやってみたらOK。ちゃんとキャリブレーションも出来ました。

電源は12V系で範囲が広いのが使いやすいです。
が、付属の電源供給ケーブルは細くてとても5A流せるようには見えません。
5.5/2.5ΦのDCジャックなので、太いケーブルで作り直しました。
もちろん、入り口と出口共にパワーポール仕様にせ製作です。

バランスコネクタはJST（日本圧着端子製造）のXHシリーズです。
千石でハウジングとコンタクトを入手しました。

OP-AMPを使った単電源半波整流回路（ピークメータ用）

秋月で入手したバーグラフLED（OSX10201-GYR1）とLEDドライバ（LM3916）を使って、VUメータ（ピークメータ）を作りました。
問題は整流回路ですが、最初はショットキーバリアダイオードを使用してミキサーの出力を直接整流して入れたのですがうまくいきませんでした。-20dBのところが丁度Vfに引っかかったらしく、-16dBm位入れないと光りませんでした。

LEDドライバの参考回路に合ったPNPトランジスタとダイオードを使った回路を見て、「おー、これは面白い」と思って作ってみたのですが、これはこれでイマイチ。トランジスタとダイオードの組み合わせが悪いのか、しかしダイオードの代わりに同じトランジスタをダイオード接続しても0Vが浮いてしまい-20dBが点灯しっぱなしになりました。-10dB以上は良い感じなのですが。

そこで、OP-AMPを使用した理想ダイオード回路を採用することに。
＋/－両電源があれば簡単に綺麗に作れるのですが、ここは単電源で行きたいところ。エレキジャックのWebに参考となる記事があったのでマネしてみましたがこれもNG。あるレベルを超えるとマイナス側の波形が折り返してフルスケールで出てきてしまいます。細かく解析してみると、入力信号が約0.7Vmaxを超えると発生するようです。これは入力の保護ダイオードかなとピンと来ました。あるレベルを超えるとマイナス側が流出してしまうのですね。
これは入力にクリッピングダイオードを付けてOP-AMPの外側で波形のマイナス側を切り落として入らないようにしたら成功。あとは細かいところを調整して、入力のDCドリフト（浮き）、出力の時定数を決めていい感じになりました。

エレキジャックWebの記事
http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/cat137/cat142/cat208/

記事では「全波整流」になってますが、どうして全波になるかが納得できません。
これは実験で解ったのですが、マイナス側の流出による折り返しで、1.4Vp-pより入力レベルが高い場合は、出力がフルスイングまで出てしまいます。あるレベルまでは全波整流に見えますがアンプの誤動作ですね。

最終的に、こんな回路になりました。



この回路なら、安定した動作をします。
入力範囲はLM386の場合はレールトゥレールではないので電源電圧から少し下までなので、電源電圧12Vなら20Vp-p程度までは綺麗に出力します。

秋の電子工作「FRISK Pui-Pui」

Who-taroさんの所で紹介されていた電子オモチャ。
http://moon.ap.teacup.com/who_taro/

元ネタはこちら。
http://yawatta.seesaa.net/article/298173788.html

MicrochipのPIC12F1822を使った音モノです。
圧電サウンダーを振動センサーに使用し、検出したら発音体に使うというアイデア。
検出はコンパレーター機能を使っているようです。

振動でプイプイ鳴くので子供は大喜びでした。
でも、鳴かせすぎて「うるさい！」と怒られています。


フリスクのケースと、SDカードのケースに入れてみました。

使用部品（名称、型名、秋月通販コード、値段）
・マイコンチップ、PIC12F1822、I-04557、80円
・圧電サウンダー、SPT08、P-01251、100円（2個入り）
・ボタン電池ホルダー、CH243-2032LF、50円
・ボタン電池、CR2032、B-05694 、200円（5個入り）

夏休みの工作

今年は小2の娘っ子。
今年の工作はこれにしました。

「PICでLチカ」はハードルが高すぎるので、PICのコード（アセンブラ）はパパが作りました。
電子回路のハード部分まではやってあげて、コレを使ってどうしあげるかは娘次第。
さて、どんなのができるかな？

ちなみに去年はピンホールカメラ（見るだけのやつ）にしました。
これもちょっと早すぎだったかもしれませんが、クラスで大人気だったようです。

秋月FMトランスミッターのLSI「NS73」 のTips

NS73の入力レベルは100mV/140mV/200mVに設定できます。
入力ATTは倍率1/11なので、それぞれの設定での100%変調入力レベルは次の通り。

100mV　+3dBm
140mV　+4dBm（3.75dBm）
200mV　+9dBm

業務用機器（ミキサー等）の0VUは+4dBmなので、140mVに設定するとほぼぴったりになる。


チャージポンプ時定数は、標準の80usよりも125usにしたほうがS/Nがよくなる。
プリエンファシスは日本の放送仕様は50us（デフォルト）。

同じ部屋にUPS（APC SU1000）があるのだが、定期的に自動動作しているノイズが入る事がある。これは、秋月のスイッチングACアダプタが一番うるさく入り、トランス式のACアダプタでも入る。アースループかな・・・

秋月FMトランスミッター（NS73）を修理して

秋月FMトランスミッター（NS73）　4800円

ちょっと高いけど、周波数安定度は抜群。
届いた夜に組み立てて、S/N改善させようといじっていてパチッ！
1時間で壊してしまいました。

NS73が壊れたようなので（I2CバスがLowに引っ張られっぱなし）、NS73だけ発注。
先ほど交換が完了して復活しました。



ついでにUSB-DACキットも購入。1700円

このDAC、ノイズ少なくて良いですね。
ROLANDの音楽編集ソフトとセットになっているUSB-AUDIO I/Fよりも良い感じ。ROLANDのはUSBからのノイズが入るようで、無音だとジュルジュルとノイズが聞こえるんです。
秋月のUSB-DACですが、電源部に使っているケミコン（100uF）が1個つぶれていました。気持ち悪いので手持ちの220uFを使用しました。Analog部とDigital部の両方とも220uFに交換。


で、なにをしたいかというと・・・


最近お気に入りのコミュニティFM　ゆいまーるラジオ（FMうるま）
JOZZ0BO-FM, 86.8MHz, 沖縄県うるま市, 20W

これをPCで受信して、FMトランスミッターで送信して、家の中でFMラジオで聞きたい。
やっぱ、ラジオはラジオで聞くのが良いのです。
たとえIPラジオでも、最後はラジオで。
単なるこだわりですけどね。

LEDミニランタン

Amazonで2個680円

単３電池３本で使えます。
この手のグッズはLEDが電池に直結の場合が多く、LEDに定格を超えた電流を流し続けているので寿命が短いのが多いです。長時間使用するとLEDの輝度がどんどん落ちていきます。PCの足元証明に使用しているバッファローブランドのUSBライトも直結らしく、半年も使っていないのに輝度が落ちてしまいました（直視してもまったく問題ない明るさまで）。

電池ボックス内のネジ２つを外すと分解できました。
配線を追うと、11個のLEDは全て並列に繋がっていて、電流制限抵抗は入っていませんでした。高級な機種ですと定電流回路が入っていて、電池が消耗してきても明るさは維持するのですが、安価なものは制限無しか抵抗１本の例がほとんどです。この製品の電流制限は、電池の内部抵抗と配線の抵抗に頼っているようなものです。

電池の出力部に5Ω（1/4Wの10Ωを2個パラ）をつけて、電池電圧の定格4.5VのときにLED 1本あたり20mA程度になるようにしました。これで輝度は少し落ちますが、LEDの寿命はかなり延びるはずです。

電池容量の勘違い（鉛系）

アマチュア無線の移動運用には、鉛バッテリーが良く使われます。
安価で大容量だからですね。

しかし、この容量の読み方を勘違いしている方が思いのほか多いのです。

一番良く使われているのが、12V・7.2Ahのバッテリーでしょう。
このバッテリー、容量の7.2Ahという数字から、「7.2A連続で1時間使える」と思っていませんか？
実は、これは間違いです。

GS Yuasaのデータシートを見ると、この容量は20時間率で計算した容量とかかれています。
「20時間率」とは何でしょうか？

満充電のバッテリーを一定のある電流で使用すると、20時間使えた。
逆算すると、7.2Ahだった。

と、言う事です。
つまり、7.2Aの1/20の電流（360mA）で20時間持つという事です。

さて、ここからが重要なお話。
鉛バッテリーは放電レート（放電電流）が高いほど実容量は少なくなります。同じようにデータシートを見てみると、1C（7.2A）で放電させると、0.7時間で終止電圧に達しています。つまり、容量7.2Ahの数字の7.2Aで使うと、7割程度の容量になってしまうわけです。5Ah程度ですね。
※この例はかなり高性能なものです。1Cでは5割になってしまうものが多いです。

鉛バッテリーの容量表示には、その種類や用途によって、5時間率と20時間率で規定しているものが多いです。たまに10時間率というのも見かけますが少ないです。

NiMHやLi-ionは比較的こういった容量低減が少ないので、1C程度ならほぼ見たとおりの容量が出ます。
また、鉛バッテリーは使用時に電圧低下が大きいので、割と早く12Vを維持できなくなります。0.2C未満の放電レートでの放電終止電圧は10.5Vです。1Cでは電圧降下が大きいので、端子電圧で9.5Vまで許されます。ここまで使って空となりますから、12Vぎりぎりで動くようなアンプ等は短時間で出力低下を経験するでしょう。

もう1つ。
安価に手に入る鉛バッテリーには、自動車用がメジャーです。
液がこぼれると大変な事になるのですが、それ以外にも使いにくい点があります。
まず、この自動車用バッテリーはエンジン始動用だということ。エンジンをかける瞬間だけドカンと電力を使い、エンジンがかかったらすぐに充電して満充電に戻す、このような使い方をします。すなわち、浅い放電と充電を繰り返す用途です。
これを他の用途に転用して、深い充放電（満タンから空までの繰り返し）をすると、寿命が極端に短くなります。また、電圧変動も大きい（送信すると一気に電圧が下がる）ので使いにくいです。また、自動車用は走行の振動や揺れで極板がリフレッシュされる事を期待しているようで、静置状態で使い続けるとすぐに駄目になります。以前、ソーラー発電の蓄電に使用してみたのですが、すぐに容量低下してしまいました。
本格的に移動運用等に使用するのであれば、自動車用は避けたほうが良いです。通信機器用のシールドバッテリーや、元から深放電を考慮したディープサイクルバッテリーを使いましょう。高いだけのことはあります。


※1Cという単位について
公称容量の数字を基にした放電・充電の電流を表現するときに使用する単位です。
たとえば7.2Ahのバッテリーを標準充電するときは初期電流0.25Cで10時間という使い方をしていて、これは7.2A×0.25＝1.8Aで電流リミットをして10時間充電するという意味です。同様に放電も同じで、1C放電といったら負荷に7.2Aの電流を流すという意味です。

線量計の校正

週末にDoseRAE2が来たので、手作りガイガーカウンターを校正しなおしています。
けっこう難しいですね。
というのも、基準線量計は手に入ったのですが、基準線源が身近にないところ。まあ、身近にあったら怖い話ですが、校正するにはなんらかの「元」が必要なわけでして。

ランタンのマントルが弱い放射線を出すので、それを「強線量の試料」として、自然放射線を「低線量の試料」にして、２点校正を行っています。

GM管のデータはばらつきが大きいので、長期観測をして平均化しなくてはなりません。
これがまた時間がかかります。

いろいろとテストしていて、今まで気がつかなかったことに気がつきました。
普通の木造一軒家なのですが、1Fよりも2Fの方が傾向的に線量が低いと言うこと。
ちょうど風雨烈しい金曜～土曜に見たのですが、明らかに1Fの方が高め傾向でした。
床下に瓶が埋まっている事は無いと思いますが、溜りやすい地面からの影響でしょうかね。

校正しているのは2台。どちらも若松Mark2ですが、1つは定点観測、もう1つはGPS付きで持ち出し用です。
まえに作った自作はローカルに貸し出し中。高感度なので探索するには良いのです。これは今月のQEX Japan（別冊CQ）に載りました。