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アナログ気圧計2号機のソフト改良 (delayWDT2 を適用)

 前の記事の終わりに少し書きましたが、アナログ気圧計2号機の消費電流をもっと減らすために、スリープを実行するソフトを delayWDT2 関数に入れ替えました。

 関数を入れ替える前に、まずは従来のプログラムの状態の消費電流を測定します。

▼電流測定の様子
消費電流測定
 左下の線が電流測定用の配線です。

▼電池電流測定アダプタ
電池電流測定アダプタ
 この写真のように、薄いプラ板の両面に銅箔テープを貼り付けて、配線を引き出し、電流測定アダプタを作りました。これを電池と電池ケースの間に差し込んで消費電流を測定します。これ、一つ作っておくと便利です。

▼ソフト入れ替え前の消費電流
差し替え前、34.01μA
 ご覧のように、34.01μAでした。内訳は、電源電圧測定用分圧抵抗で 0.8μA、3端子レギュレーターが 6μA、CPUが残りの約 27μAとなっているはずです。

 これはスリープ中の消費電流ですが、これ以外に、10分間隔で行う測定/表示中は10mA以上の電流が流れます。でも、この動作時間は短い(約0.5秒)ので、平均すると 6μAにしかなりません。

 つまり、ソフト入れ替え前の消費電流は両者を合計した、40.01μA ということになります。

◆新ソフト
 スリープの関数を delayWDT から delayWDT2 に変更したスケッチ → _20180429BarometerLPS25H (拡張子が txt になっていてShift-JISエンコードになっています)

▼電流確認
消費電流測定
 本番用の電池に入れ替えて消費電流を確認します。

▼delayWDT2 に入れ替え後の消費電流
delayWDT2適用後、14.42μA
 消費電流が14.42μAまで減っています。これに測定/表示の電流の 6μAを加えると、合計で20.42μAの消費電流になります。つまり、消費電流は半減しています。

 delayWDT2 関数の内部には、タイミングが厳しい部分があるので、狙い通りに動かないかも知れないと、心配していたのですが、大丈夫でした。

◆まとめ
 これまでのプログラムでも、かなり消費電流が小さかったと思いますが、ソフトを入れ替えることで更に消費電流を減らすことが出来ました。値としては20μAになっており、電池容量が仮に1000mAh あるとしたら、5年以上は動くという計算になります。これくらいになると、電池の自己放電の方が問題になりそうです。

 ともかく、プログラムを改良することで、電池寿命を約2倍に伸ばすことが出来ました。このあたりが組み込みプログラムをいじる醍醐味です。というか、最初からこうしておくべきでした。

 回路の省電流化のためには、プログラムの改良以外に、回路設計上の注意点がいろいろあります。ということで、最終的には、この記事のように、消費電流を測定して確認した方が良いと思います。

 今回ソフトを入れ替えたので、電池も新しい物に交換して、電池電圧変化カーブを最初から測定するのが正しい対処だと思います。でもそうすると、これまでの1年間がもったいないです。ということで、電池はこのままで行くことにします。
 今回のソフト変更で消費電流は半減しました。ということは、これまでの1年は2年間に相当するので、あと1年動き続ければ3年間連続動作に成功した、とみなすことが出来るはずです。

◆自分用の覚え書き
 Arduino pro / pro mini 8Mhz としてコンパイル。

アナログ気圧計2号機の電池電圧、1年目

 センサーにLPS-25Hを使ったアナログ気圧計を動かし始めて1年経ちました。ちょうど良い節目なので電池電圧の変化グラフを見てみます。運転開始時点の記事はこちら。

 どんな物なのか、ご存知無い方もいそうなので、先に外観の写真です。

▼アナログ気圧計
LPS-25Hを使ったアナログ気圧計
 アナログ時計のムーブメントを使って気圧を表示しています。

▼電池電圧変化
電池電圧変化

 予想通り電圧低下のペースが落ちてきました。このあたりの電圧でしばらく粘ってくれると思います。この調子なら、目標の電池寿命3年はいけそうな気がします。なお、電池は単三のアルカリ電池を3本使っています。

 ちなみに、3.3V まで電圧が下がると、指針を Low batterry 表示の位置へ移動させ、LEDを点滅させて電池切れを知らせる仕組みになっています (いるはずです) 。

 4本組で買った電池の残りの1本は、リファレンス用として気圧計の後ろのスペースに保管しているのですが、その電圧は、1.6256Vでした。初期電圧は1.6441Vだったので、1年間の電圧の低下は僅か 18.5mVだったということになります。ダイソーで4本100円で買った物ですが、なかなか優秀な成績だと思います。

◆まとめ
 機械式表示なんて時代遅れと言われそうです。でも、気圧のようにゆっくりとした変化を表示させるなら、この方法はものすごく省エネです。置き針式なので、待機時の表示部の消費電力はゼロです。それに液晶よりずっと見易いと思います。

 このまま電池の減り具合をモニターして、本当に3年間動くか確認しようと思っていたのですが、少し状況が変わってきました。というのは、この気圧計はスリープ中の消費電流を減らすのにdelayWDT という関数を使っていますが、最近その改良版の delayWDT2 という関数を作りました。新しい関数に差し替えれば消費電流が現在の半分になるはずなので、これを使わない手はありません。

 ということで、手の空いた時にプログラムを書き換えたいと思っています。その様子はまた記事で紹介したいと思います。

 なお、この気圧計については、LPS-25Hを使ったアナログ気圧計のカテゴリに関連記事をまとめています。興味のある方はご覧ください。

アナログ気圧計2号機の電池電圧と台風21号(2017年)の気圧

 久しぶりにArduinoで作ったアナログ気圧計の話です。23日の明け方、台風21号(2017年)が関東地方を通過しました。当地への再接近のタイミングは見逃したのですが、気圧計を見ると今まで見たことが無いほど気圧が下がっていました

▼台風21号通過に伴う気圧低下の様子(2017/10/23 7:10)
台風通過で気圧低下
 気圧計は977.5hPaを示しています。気象庁の台風情報の6:50の記録では、「台風の中心はつくば市付近にあり、中心気圧は965hPa・・」となっています。台風は東京直撃コースだったので、もう少し早起きしていればもっと低い気圧が見れたと思います。

 ともかくこの気圧計を動かし始めてから測定された、最も低い気圧だったのは間違いありません。もう少しでスケールの範囲を外れてしまうところでした。もっと下の方まで目盛りを振っておいた方が良いかも知れませんが、めったにあることでは無いので、このままでもいいかなと思っています。

 参考:Wikiの平成29年台風21号の記事

 台風通過後は晴天になったのですが

▼翌朝の気圧(2017/10/24 8:00)
気圧が1020hPa超えた
 1022hPaです。念のために気象庁の測定値を見ましたがほぼ一致しているので測定精度は大丈夫そうです。

 前日の朝と比べると24時間で40hPaも気圧が上がっています。大陸から高気圧が移動してきたので気圧が上がったのだそうですが、変化率にすると4%以上になる訳で、結構凄い変化だと思います。

 ついでにこの気圧計の電池電圧を測っておきました。 

▼電池電圧の変化
気圧計の電池電圧推移

 5月2日に動かし始めて約半年経過しましたが、電池電圧が低下するペースが少し遅くなっている気がします。3年間の連続動作が目標なのですが、この先どうなるでしょうか。なお、電池は単三のアルカリ電池を3本直列で使っています。

 この気圧計については、 アナログ気圧計(LPS25H)というカテゴリに記事をまとめています。興味のある方はご覧ください。
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