趣味の開発日誌

ＣＱ誌、２００９年１０月号の特集、アマチュア無線家の製作実験アイデア集の中で、移動運用などのバッテリの電圧を監視するモニターをＰＩＣマイコンを使って製作しているものがあったので同じように作ってみました。

１０Ｖ～１４Ｖ程度の電圧を、３端子レギュレータで５Ｖに下げてＰＩＣ１２Ｆ６７５を動作させます。ＰＩＣは、ＡＤ変換器で、供給電源の４分の１を測定して、電圧を知ります。電圧が、バッテリとして適正であるかを判断して、ＬＥＤを点灯させます。

ＬＥＤは、赤、黄、緑、青の４色に分かれており、それぞれ単色で点灯と、その中間を示すために、隣接する２色が点灯する合計７種類があり、バッテリの電圧を示しています。

バッテリの電圧が、過充電（青）、適正（緑）、注意（黄）、警告（赤）というように、色が意味を示しています。

ＰＩＣ１２Ｆ６７５は、８ピンのＰＩＣで、１０Ｆ２００のような使いにくさはありません。１６Ｆ８４Ａなどと同じようにプログラムできます。１２Ｆ６７５を内臓発振４ＭＨｚで動作させ、内臓のＡＤ変換器で電圧を測定します。ポートはＬＥＤを直接駆動可能なのでそのまま接続されています。

ちょうど、ニッケル水素電池１０本による１２Ｖ電源があったので、その電圧を表示するために組み込んで見ました。ＬＥＤは３φの物を使っていますが、形が揃わないので見栄えがよくありません。

この電源は、もともとは小電流用なので、電源表示ＬＥＤはつけていませんでしたが、電圧が表示されるようになれば、電池の消耗が分かるので、電流を流す使い方が出来ると思います。

電源を入れると、赤、黄、緑、青の順に点灯した後、電圧を表示します。

内部は、基板一枚が取り付けられています。

オリジナルの回路には、９．６Ｖ（８本）に対応したモード２があるのですが、スイッチを長押しすることでモードが切り替わります。今回の電源は、１２Ｖ（１０本）用なので、このスイッチは省略しました。

４ＬＥＤバッテリモニターの消費電流が、使用する電流に較べて無視できないような場合には、スイッチで切り離せるようにしたほうがよいかもしれません。そのときには、電源スイッチを３ポジションスイッチとして切り替えるのがよいかもしれません。

秋月で販売されている「カラーグラフィックＬＣＤモジュール」を、添付されている資料を基に製作してみました。

資料に載っている回路は、１６Ｆ８４Ａを使った簡単なものなのですが、カラーグラフィックＬＣＤモジュールの裏のシールドの半田をはずしてみたところ、その細かさに驚きました。

液晶モジュールのコネクタは、０．５ｍｍの３６ピンフレキケーブル用のものなのですが、このケーブルさえ手に入れば、回路をそのまま製作することはそれほど難しいことではないと思います。しかし、一般にはフレキケーブルは入手できないので、液晶モジュールの裏のパターンの何箇所かにリード線をはんだ付けしていく必要があります。

資料を見ると、ほとんどは大き目のチップ抵抗やチップコンデンサの片方につなげばよいようになっていましたが、ＤＥ端子（１ピン）をはんだ付けするチップ抵抗は小さすぎました。そこで、コネクタの１ピンにはんだ付けしました。また、不明な３本の端子は、チップ抵抗などがないためはんだ付けしませんでした。

初め動いたときには、スイッチを押し続けるとカラーバーが出るようになりましたが、これは、テストモードになっているようでした。資料の回路では、ＲＧＢに対応した３つのボタンを押すと、それぞれの色が画面いっぱいになるというものです。

はんだ付けなどを見直した結果、ようやくデモの意図した動作をするようになりました。ただし、押したボタンの補色になります。目的の色を出すには、その色のボタン以外の２つのボタンを同時に押すことで表示できます。

１６Ｆ８４Ａのプログラムを変更して、押したボタンの色を表示するように直しました。

ボタンは同時に押すことが出来、合計７色表示できます。

表示には、バックライトが必要であり、冷陰極管点灯用のインバータで高電圧を印加する必要があります。

これだけきれいに表示できれば、ドット単位の表示で、きれいな画面が表示できるはずです。

「なる研」のサイトに解析情報があると教えていただきました。今は各色の６ビットを同じにしていますが、６ビットそれぞれを変えることで濃度を変えることが必要になるようです。

そのためには、コネクタに接続するフレキケーブルとコネクタの入手が必要となりそうです。探してみたのですが、コネクタが入手できないようでした。

代わりに、サンハヤトのフレキシブルコネクタ基板を利用する方法もあるようですが、厚みが薄くて、接触がよくないようです。

とりあえず、秋月版デモは、動作させることが出来ました。これから得られた経験は、基板にリード線をはんだ付けするのは難しいということでした。

先へ進めるには、コネクタの入手が決め手となりそうです。

なお、解析資料によると、この液晶モジュールは、画像を記録しておくフレームバッファ用のメモリを内蔵していないようで、表示している間、画像のデータを送り続けなければならないようです。つまり、本来は液晶表示コントローラが別に必要で、それを介してマイコンをつなぐようにしなければならないようです。

しかし、実験で画像を表示するだけなら、マイコンから画像のデータを繰り返し送り続ければよいようです。

電圧の具合にもよりますが、色はとてもきれいです。

書籍「センサ活用の素（２）」にでている、ライントレーサ車をラジコン車として使うラジコン送信機として、加速度センサを使用するタイプのものを製作しました。

ラジコンとしては、ジョイスティックを使用したものと変わりはありませんが、前進後退や、旋回を指示する方法が、送信機を傾けることによって行なうようになっています。

前進は、送信機を起こすようにすることで行い、後退は、送信機の先を下ろすようにします。旋回は、左右に傾けた方向に旋回します。

感覚としては、送信機を向こうに押し出すと前進、手前に引き戻すと後退と思ってしまうので逆のような感じがしてしまいます。

加速度センサは、重力加速度のセンサのようで、回転させたときの速度の変化を検出するものではないようです。送信機を傾けたままにすると、後退のままを維持し、元に戻すと静止するというようになります。どんどん傾けなければならないことはないので、操作は容易でした。

高価なジョイスティックを使用しなくてよいので安価に製作できるのが利点ですが、やはり、ジョイスティックの操作性はよいようです。

書籍「センサ活用の素（２）」の、ジョイスティック型ラジコン送信機を製作しました。

ストロベリーリナックスで販売されている、３１５ＭＨｚのＡＭ送受信モジュールを使用して通信します。変調は、ＲＳ２３２Ｃの１２００ｂｐｓのデータでＡＭ変調します。通信は、近距離で、エラーの場合には無視するだけでよいので簡単な方式が取られています。

この製作の目玉であるジョイスティックは、「ツバメ」のＴＸ－２６ＰＲを使用しています。スティックを傾けても、離すと中点に戻るようになっています。スティックを前に傾けると先進、後ろに傾けると後退ですが、左右に傾けたのでは左右に旋回しません。前進（または後退）しているときに、左右に傾けられていると旋回するので、斜め前、または斜め後ろに傾けると旋回します。

ラジコン車は、ライントレース車として使用すると、コースを作るための広い場所が必要になりますが、ラジコン車の場合、狭い場所でも、前進後退、旋回をできるので楽しめます。

ジョイスティックを初めて使用しましたが、ラジコン以外に何かに利用できそうな気がしました。

書籍「センサ活用の素（２）」の、ライントレーサ車のハードをそのまま利用した、３１５ＭＨｚ受信のラジコン車を製作しました。

始めに、ライントレース用のフォトセンサも、無線受信モジュールも取り付けない車体のみを製作しました。ＤＩＰスイッチの１番をＯＮにすると、テストモードとして、前進後退を繰り返します。

無線受信モジュールは、３１５ＭＨｚのＡＭ用のもので、３Ｖで動作するタイプのものです。

プログラムは、書籍にアルゴリズムをわかりやすく説明するためのものなので、簡単なしくみとなっています。ラジコン送信機から３１５ＭＨｚのＡＭで変調された１２００ｂｐｓのデータが送られますので、それを受け取って、前進後退、旋回などをします。

プログラムのソースを見て、簡単な仕掛けでこれだけのことが出来ると知ることが、書籍の目的としたことでしょう。プログラムを工夫すれば、もっといろいろなことができると思うのですが、何をすれば更によくなるのかが思いつきません。

書籍では、このラジコン車を使って、「ジョイスティック型ラジコン送信機」と、「加速度センサ型ラジコン送信機」で制御します。コマンドも簡単なので、それ以外のラジコン送信機を製作することも出来ると思います。

ストロベリーリナックスで、２．７Ｖ～３．６Ｖで動作する、１６文字ｘ２行表示の液晶モジュールを購入しました。マイコンから液晶モジュールにデータを転送するためにＩ２Ｃを使用しますので、ピン数の少ないマイコンでも使うことが出来ます。

１６文字ｘ２行のキャラクタ表示のほかに、１２セグメント分のシンボルを表示できます。

コマンドは、ＨＤ４４７８０互換となっていますが、多少の違いがあります。その一つとして、コントラストの調整をコマンドで行ないます。サンプルソフトでは、３Ｖ用に調整されていましたので、３．３Ｖを印加すると濃すぎました。サンプルプログラムを修正して書き込むとちょうどよくなりました。

サンプルプログラムは、ＡＶＲのＡＴＭＥＧＡ１６８用が提供されます。サンプルでは、Ｉ２Ｃをハードウェアで行なっています。８ピンのマイコンなどでもＩ２Ｃは可能なので、小さくまとめ上げることができます。

２．７Ｖ～３．６Ｖという電圧は、乾電池駆動にちょうどよいようにも思えますが、電圧が変動したときには、液晶のコントラストが大きく変化してしまうので、調整する機構を設けておく必要があると思います。

３．３Ｖ系のマイコンであれば、電圧が安定しているので、コントラストは一度あわせておけばよいようです。

ＬＣＤコントローラの電圧範囲が、２．７Ｖ～５．５Ｖとなっており、５Ｖでも動作させることが可能と、説明書にでていますが、その場合、コントラストはかなり絞らなければならないようです。８ピンのＰＩＣなどでも使ってみたいと思います。

秋月の「圧電振動ジャイロキット」は、回転させた方向を、２軸で検出して電圧の変化で示してくれますが、直感的に変化がわかりにくい点があります。

キットの基板は、半分がユニバーサルエリアとなっていて、Ｖカットで切り離すことができるようになっています。

ＰＩＣ１６Ｆ７８５を使って、２軸の電圧の変化をＡＤ変換機で読み取り、変化したときにその方向を示すようにＬＥＤを点灯させるプログラムを作ってみました。ＰＩＣは、ＡＤ変換器と、ＬＥＤが４個点灯できればこれに限ったものではありません。

基板を傾けると、傾けた方向のＬＥＤが一瞬点灯します。加速度センサなので、変化したことを検出するものなので、傾けるとその方向のＬＥＤが点灯し続けるわけではありません。

圧電振動ジャイロキットは、半分がユニバーサル基板となっていますが、直感的に動作が解るようにするなら、このような回路が組まれていれば解りやすくなると思いました。

なお、ＡＤ変換でセンサの出力を読み取るとき、ＡＤ変換のリファレンス電圧をＶＤＤとしているので、電源電圧が変動すると、ＡＤ変換の読み取り値が変化してしまいます。プログラムでは、静止の電圧から変化したときにＬＥＤを点灯するようにしているので、静止の電圧が変化してしまって変化を検出しづらくなることがありました。
電源を入れたときに、静止状態の電圧値を読み込んでキャリブレイトできるようにしたほうがよかったと思いました。

秋月キットの極細冷陰極管（１．８ｍｍφ　９ｃｍ）＋小型インバータ点灯セットを組み立ててみました。

小型インバータに５Ｖを印加すると６５０Ｖｒｍｓ程度を発生し、冷陰極管が放電発光するものです。明るさはまぶしいくらいに輝きます。

極細冷陰極管は、いろいろなサイズがありますが、キットに含まれていたのは外径１．８ｍｍ、長さ９１ｍｍのものです。

組み立てに際して、高電圧になるので感電しないように書かれていますが、冷陰極管は、両端にリードが出ている細いガラス管なので、折れないように注意する必要があります。キットの輸送のために、折れないために一本予備が同梱されています。

２本あると、並列にして点灯したくなりますが、点灯できるのは１本という注意書きがありました。１本を蛇の目基板に組み立てましたが、余った一本を何かに応用できないかと考えています。

用途として、液晶のバックライト光源、ＦＡＸ・スキャナ用光源、複写機のイレーサー用光源、各種表示・装飾用光源、その他ディスプレイ用光源などが挙げられています。

カラーグラフィック液晶モジュールとセットになったキットがありますが、液晶モジュールのバックライトが冷陰極管によるものなので、小型インバータが利用できるということのようです。

書籍「センサ活用の素（２）」にでている正弦波発生器を製作しました。マイコンにオペアンプ２個を内蔵している１６Ｆ７８５を使用し、オペアンプによりウィーンブリッジ回路で正弦波を発生させています。

発振器自体は、内臓のオペアンプだけで出来てしまいますが、残ったマイコンにより周波数カウンタを作り発振周波数を表示しています。

周波数は、２００Ｈｚ～４０ｋＨｚ程度が発振できます。ウィーンブリッジによる発振器は、正弦波が発生できますが、オペアンプのゲインを適切な値に合わせていなければなりません。ゲインを適切に調節するために、出力信号を検波して、アナログフォトカップラを通してフィードバックすることで安定化を図っています。

小型（薄型）に製作するために、リチウムイオン電池（３．７Ｖ）を使用していますので、電圧を液晶モジュールで必要な５Ｖの昇圧する必要があります。マイクロチップ社のＭＣＰ１２５３－３３ｘ５０を使用することで昇圧できるのですが、ＳＯＰ－６パッケージは小型なので、はんだ付けが難しいので、頒布されているパターン図により、感光基板でプリント基板を作りました。

オペアンプ２個でウィーンブリッジ発振器を構成するだけなので、回路は簡単です。

組み立てるとうまく発振しましたが、初めて電源を投入すると発振せず、一度電源を切って再度入れるとうまく発振するようです。原因は不明ですが、放置してあった後は電圧が下がっていて発振しないが、再度投入すると電圧が上がっているので発振するというようなことなのでしょう。２回電源を入れればいいということで、深く追求しませんでした。

発振したので、パルス波でなく正弦波とするために、アナログフォトカップラによる帰還を調整しなければなりません。簡単な方法は、出力をオシロで観測して、波形が正弦波になるように調整することです。

オシロとして、パソコンをオシロに変えるソフトオシロ２を使いました。トラ技にｄｓＰＩＣ基板が付録についていたときにＣＤＲＯＭに収録されていたものです。見てみると、いくら調整してもパルス波のままで正弦波になりませんでした。理由は、発生している正弦波のレベルが３Ｖの振幅があるため、パソコンのサウンドカード入力では飽和してしまうためでした。サウンドカードでは、１．５Ｖｐ－ｐ以下にしなければなりません。

正弦波発振器の出力にレベル調整を入れて再度測定しました。調整すると、見かけ上はきれいな正弦波となりました。ウィーンブリッジは、きれいな正弦波が発振できるので、これで問題ないと思います。

ソフトオシロ２を、ＦＦＴアナライザとして、発振器をスイープさせてみると、レベルが変化しないで周波数だけ変化していきました。

オーディオ帯域が発振できるので、歪率の測定は無理でも、周波数特性の測定には使えそうです。

秋月キットの「圧電振動ジャイロキット」を組み立ててみました。

角度の検出のセンサは多数ありますが、このキットで使われているのは、村田製作所の圧電振動ジャイロ（ＥＮＣ－０３Ｒ）で、振動体に回転角速度が加わると、コリオリ力が発生するという原理を応用した角速度センサです。

電源電圧２．７～５．２５Ｖを供給すると、０．６７ｍＶ/ｄｅｇ．／ｓｅｃ．の感度で電圧を発生します。推奨回路では、この出力を、直流分をカットした後、ＮＪＭ２１１５の非反転増幅器で１０倍に増幅するようになっています。

このキットは、この推奨回路をそのまま２組分回路化したものとなっています。

このセンサを使えば、ロボットなどの姿勢制御、カメラの手振れ検出などに利用できます。

出力をテスタで測定しながら角度を変えてみると、静止時１．４Ｖから、０～５Ｖの範囲で変化するようです。この出力をマイコンのＡＤ変換器で読み込めば、傾けた方向などを表示することができると思います。

このキットのほかに、圧電振動センサモジュールとして使えるものもあります。各部の動きを中央のＣＰＵで把握したいようなときに利用するとよいと思います。