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AndoroidタブレットからUSBシリアル通信、続編 (FT232RL)

 前回の記事では Prolific のUSBシリアルアダプタを試しました。実は他に、FDTI のアダプタを買ったまま使わないで放置していたので、同じようにタブレットで動くか試してみました。

▼aitendoで買ったUSBシリアルアダプタ (FT232-6P-ISP)
AitendoのFT232-6P-ISP(USBシリアルアダプタ)
 850円が 50% Off で売られていたのでとりあえず買っておいた物です。これ、FTDIのFT232RLが乗っています。

▼USBシリアルアダプタ
USBシリアルアダプタ
 シリアル用の 6ピン コネクタに加え、ISP用の6ピンコネクタが付いています。 スイッチはインターフェイス電圧を5Vと3.3Vに切り替えます。USBのコネクタはmini-USB です。

 ところで、FT232RLのチップなら偽物かどうか気になります。

▼FT232RLのチップ拡大
FT232RL
 私に鑑定眼はありませんが、1ピンマークの窪みのエッジがシャープになっているのは偽物という話を聞いたような気がするので、このチップは偽物でしょう。まあ、この値段で買った人に、パチ物の心配などする資格は無いのですが。

▼普通に使えた
気圧計からのシリアルデーター受信
 Andoroidのタブレット (nexus7) にOTGケーブル経由で接続して、USB Serial Lite のアプリから普通に使えました。この写真は自作のアナログ気圧計からのデーターを読んでいるところです。

▼接続情報 (device descriptions)
Android のデバイス ディスクリプタから見たFT232
 FTDI の FT232 として認識されています。特にドライバとか入れた記憶は無いのでこのタブレットに最初から入っていたのだと思います。

 このアダプタはWindowsでも一度も使ったことが無いので、こちらの動作テストもしてみました。環境は Windows10です。

▼Windows10 のデバイスドライバから確認
デバイスドライバから見たFT232RL
 VID_0403, PID_6001 となっていてちゃんと FTDI社 の FT232 として認識されています。

 ちなみに2014年10月頃のWindows Update で FTDI のドライバが偽物のチップ内部に書かれている PIDを 0x6001 から 0x0000 に書き換えるという破壊活動をやらかして非難を浴びたのですが、その現場を確認出来る場所がここです。もちろん現在ではそんなことはやられていません。

 話を戻して、この後 Windows の TeraTerm を使ってシリアルポートからデーターが正常に読み書きできることを確認して、Windows からの動作確認は完了しました。

 ということで、動作確認が取れたUSBシリアルアダプタが一つ増えました。FTDI のチップでも正常に動くなら使わない手はありません。

 悪乗りしてもう一つ、

▼トラ技2014年3月号付録のARMライタ
トラ技付録のシリアルアダプタ
 これ、ファームを書き換えるとUSBシリアルアダプタになるのですが、提供されていたドライバのPIDの設定が間違っていて、そのままでは動かなかったものです。なお、ドライバを修正することでWindowsから動くようになっています。

 このアダプタが nexus7 で動くかやってみたのですが、流石に動きませんでした。まあそうでしょうね、こんなニッチなデバイスまで面倒見てくれるはずはありません。

◆まとめ
 ということで、ともかくUSBシリアル変換アダプタの手持ちがもう一つ増えました。余分に持っていれば、付けっ放しにしておいたり、そのまま何かに組み込んじゃう、なんてことも出来るので何時か役に立つはずです。

AndroidタブレットからUSBシリアル通信 (PL2303)

 アナログ気圧計作りは一段落して、とりあえず他に作りたい物はありません。こういう時は電子工作の環境整備をやりましょう、ということで、タブレットからシリアル通信を試してみました。

 マイコンを使った電子工作ではシリアル通信は欠かせません。普通は Windows の PCを使うのですが、タブレットでもシリアル通信が出来るようにしておくと、フットワークが良くなって何かと便利になるはずです。ということで、Nexus7 にUSBシリアル通信アプリを入れて動かしてみました。

 どのアプリを使うのがいいのかよく判っていないのですが、とりあえず目に付いた USB Serial Teraminal Lite というアプリを入れてみました。

▼ USB Serial Terminal Lite
Free USB Serial
 アプリインストール完了。もちろん無料アプリです。

 使用したUSBシリアル通信アダプタは Aitendo で500円くらいで買った Prolific のチップが入っています。

▼USBシリアル通信アダプタ
USBシリアル通信アダプタ
 これはいつも使っている物で、Arduino のシリアル書き込み用のケーブルを付けて使っています。なお、基板全体に収縮チューブがかかっているので、インターフェイスチップのマーキングは読めません。

▼アナログ気圧計に接続
Android タブレットでUSBシリアル通信
 作ったばかりのアナログ気圧計にOTGケーブル経由で接続しました。この気圧計は運転データーを常にシリアルに流しています。

▼受信したデーター
シリアル通信データー
 ちゃんとデーターの受信が出来ました。ちなみにカンマ区切りで流れているデーターは先頭から、気圧(hPa)、針の位置(パルス)、針の移動量(パルス)、電源電圧(V)です。

 ということで割とあっさりと通信に成功しました。といっても正しく接続してボーレートなども合わせないといけません。

▼接続情報
Prolific PL2303
 USB device descriptions はこのようになっていて、Prolific の PL2303 として認識されています。VID:1659、PID:8963 は10進表記なので、16進ならVID:0x067B、PID:0x2303 ということになります。
 ちなみに、この画面は nexus7 (2013) V6.0.1 のものですが、nexus7 (2012) V4.4.4 にもインストールしていて同じように動いています。あと、動かすにあたってドライバのようなものは要求されませんでした。OSにデフォルトで入っている、あるいは何かの時に入れたのかも知れません。

◆まとめ
 ということで、タブレットからシリアルデーター通信が出来るようになりました。こういう環境整備を余裕のある時にやっておくと、後できっと良いことがあるに違いありません。

 そういえば aitendo で買ったまま放置しているUSBシリアルアダプタが一つあるのでこれも立ち上げておこうと思います。

【2017/05/04追記】
 このアダプタは Windows10 の Anniversary Update で不具合が生じていた物で、ドライバの差し替えで対策した物です。

多機能USB電源チェッカーを買った

 Aliexpress を見ていると USB電源チェッカーが安くて多機能なので思わずポチってしまいました。で、それが先日到着しました。

▼USB電源チェッカー
USB電源チェッカー
 一番上はこれまで使っていた 7セグLED表示のもの、この記事では LiTONG と呼ぶことにします。下の二つが今回買った物です。

 LiTONGの紹介記事を書いたのが約2年前で、価格は405円でした。記事を書いた時はコストパフォーマンスの高さに驚いたものですが、今ではそれをはるかに上回る仕様の物がほとんど同じ値段で手に入るのだから恐れ入ります。まあ Amazon と Aliexpress を比較するのは根本的に間違っていますが。

 上の写真の中段の物は、「7 in 1」 と呼ぶことにします。これは電圧と電流はもちろんですが、電力、積算電力、積算電流、累積時間、温度の7項目が測定が可能で、電圧範囲: 3.3 ~ 33V、最大電流 5Aという仕様のものです。詳しくは下記参照下さい。
USB 7 in 1
https://www.aliexpress.com/item/USB-tester-DC-Voltmeter-ammeter-current-voltage-meters-capacity-monitor-qc2-0-qc3-0-quick-charger/32762641983.html

 写真の下段の物は 「USB Safety Tester」 と呼ぶことにします。これは中段の物の仕様にプラスして、D+電圧、D-電圧、抵抗値、タイマーシャットダウン、自動シャットダウンの機能が付いています。更にUSBコネクタは両面刺し対応になっていて、これでもかというくらいに多機能になっています。詳しくは下記をご覧ください。なお抵抗値はケーブルの抵抗では無く、単に電圧を電流で割った値でした。
USB tester 3-30V
https://www.aliexpress.com/item/USB-Tester-3-30V-DC-Voltmeter-ammeter-current-voltage-power-meter-capacity-monitor-qc2-0-quick/32734901797.html

 どちらも送料込みで5~6ドル程度と格安で手に入ります。また、QC2.0 などに対応しているので高電圧・大電流にも対応できるのも嬉しいところです。といっても QC2.0 に対応した機器は持ってませんが・・

 ともかく最近の電子工作ではUSBの5V電源をよく使うので、高機能なUSBテスターがあると便利なことは間違いないです。

 前書きが長くなるのはいつものことですが、ここからが本題。このUSB電源チェッカーの特性を測定しておきます。単純な電圧や電流の精度を測定しても面白くないので、ここは仕様に書かれていないけど重要と思われる次のような項目を測定してみました。

▼USB電源チェッカーの等価回路図
USBテスターの等価回路
 これはUSB電源チェッカーの等価回路です。点線内の Sens & Dispモジュールで測定と表示を行っています。ここでまず気になるのはハイサイドの抵抗の R-High と ローサイドの抵抗のR-Low の値です。これは、電流を測定するためのシャント抵抗だったり、基板のパターン抵抗だったりするわけですが、この値が大きいとその分だけロスになるので出来るだけ小さい方が望ましいです。

 また、測定表示モジュールを動かすための電流 i0 (アイゼロ)が大きいと無駄な電流消費になってしまいます。ちなみに、USB電源チェッカーが表示する電流の値にはこの i0 は含まれていません。つまり無かったことにされちゃってます。

 ということで、R-High と R-Low および i0 を測定してみます。この測定のために以下のようなツールを用意しました。

▼測定用コネクタ
電圧端子を引き出す
 USBコネクタのピンから電流を流すための線を出した冶具を作りました。また、電圧を再現性良く測定するために、スズメッキ線で電圧測定用の端子を引き出しました。つまりケルビン接続にしています。なお、写真はありませんがメス側のUSBコネクタも同じように作ります。

▼電子負荷
電子負荷
 負荷電流を流すために使った電子負荷です。なお、電源には安定化電源を使いました。

▼ヌル測定
unll 測定
 ケルビン接続にしても、コネクタの導体抵抗と接触抵抗は除去出来ません。そこで、この写真のように被測定物無しで測定冶具を直結して抵抗を測定しておきます。以下の測定結果はmΩ単位で示していますが、これは、電流を1A流した状態で測定した電圧降下を抵抗に換算したものです。なお、電圧測定には10μVまで測定可能なDMMを使用しました。

 この状態での測定結果は、R-High = 20.8mΩ、R-Low = 18.1 mΩでした。これがヌル値になります。

▼LiTONGの測定結果
旧型 LiTONG
 R-High = 110.1mΩ、R-Low = 149 mΩ。 i0 = 26.3mA @ 5V

 チェッカーの単体の抵抗値は、被測定物無しの測定値(ヌル値)を上記の値から引いた値になります。とは言っても引出し用のコネクタ無しで使うことはあり得ないので、この測定値が実質的な抵抗と考えて良いと思います。

 往復で260mΩの抵抗が入ることになりますが、1A程度の電流ならまあ問題にならない範囲だと思います。i0が 26.3mAと結構大きいですが、7セグのLEDを4個使っているのが響いているのでしょう。

▼7 in 1 の測定結果
7in1 USB Tester
 R-High = 153mΩ、R-Low = 146 mΩ。 i0 = 14.25mA @ 5V, 14.96mA @12V、15.47mA @18V

 このチェッカーはQC2.0対応で、5Vより高い電圧の測定にも対応しているので、12Vと18Vでの i0 も測定しておきました。電圧が上がってもほとんど電流が増えないのは良いです。

 往復で 300mΩの抵抗が入りますが、QC2.0の仕様では5Aもの電流が流れる場合があるので、300mΩはちょっと大きい気がします。

 あと、このチェッカーの売りの一つはシャント抵抗にマンガニン線を使っていることなのですが、ハイサイドかローサイドのどちら側にシャント抵抗が入っているのかは、この測定結果からは判断出来ません。

▼USB Safety Tester の測定結果
USB Tester 3-30V
 測定結果: R-High = 96.1mΩ、R-Low = 160mΩ。 i0 = 17.4mA @ 5V, 18.8mA @12V、21.2mA @18V

 多機能な影響でしょうか、i0が多めです。抵抗も往復で270mΩあります。 

 このチェッカーは電源オフ機能があり、指定時間経過後などの条件で自動的に電源を切断することが出来ます。このスイッチには MOS FETを使っている可能性が高いですが、もしそうなら電圧が低いとONにならないはずです。そこで低い電圧での挙動を調べてみると、電源電圧約2.5V以下でプラス側の回路が切断されました。これは p-MOS FET でハイサイドのスイッチを行っていると見て間違いなさそうです。なお、直列にFETが入っているのにR-High 96.1mΩは立派な性能だと思います。

▼まとめ
・どのチェッカーも往復の抵抗が0.3Ω近くあるので、電流が大きい場合は電圧降下が大きくなるので注意が必要だと思います。

・測定・表示回路は20mAくらいの電流を消費しますが、この値はチェッカーの電流計には表示されません。

・USB電源チェッカーは、2年前には7セグのLEDで電圧と電流を交互に表示していたのが、今ではグラフィック液晶で多くの項目を一度に表示するように大きく進化していました。しかも消費電流はほとんど変わらない、というか少なくなっているのだから恐れ入ります。

・この測定ではミリオーム台の抵抗測定を行っているので良く判るのですが、USBコネクタの接触抵抗はかなり不安定で、しっかりと差し込まないと50mΩくらいの違いはすぐに出ます。今回の測定では出来るだけ抵抗が低くて安定した状態を測定結果として採用しましたが、実際の使用条件ではもっと高い接触抵抗の状態で使われる恐れもありそうです。

▼たわむれ
3連
 左から電源を供給して右端には何も繋いでいません。ゼロアンペアになりそうですが、USB電源チェッカーが消費している電流があるので、左端のチェッカーは0.05Aと表示しています。
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