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台風24号の通過に伴う気圧変化

 昨夜から今朝にかけて台風24号が紀伊半島から東北へ通過して行きましたが、その時の気圧変化を記録してみました。

 記録に使ったのは以前作った気圧計で、制御はArduino、気圧センサーはLPS25Hを使っています。

▼気圧計
気圧計(LPS25H)
 この気圧計は測定結果をシリアルに吐き出しているので、そのデーターをパソコンに取り込んで記録しました。

▼USBシリアルアダプタで読み出し
シリアルデーターを読み出す
 回路図を印刷したものを小さく折りたたんでケースの中に入れておいたので、接続箇所は簡単に判りました。なお、気圧の測定結果は10分間隔に送られてきて、データーレートは115200bpsです。

▼パソコンに取り込み
PCのteraTermに接続
 PCのTeraTermでデーターを受信し、タイムスタンプを付加してファイルに記録しました。このままモニタの電源を切って放置して寝てしまいました。

 翌朝、というか今朝はとっくに台風は通過していて良い天気になってます。

▼気圧変化グラフ
台風24号通過に伴う気圧変化
 記録されたファイルをエクセルで加工して気圧変化グラフにしました。

 台風は1時から2時くらいに当地に最接近していて、気圧は977hPaくらいまで下がっていました。

 ということで久しぶりに気圧のグラフを作ってみました。今回は手っ取り早くPCを使いましたが、ESP8266やRaspberry Pi などを使って、Webサーバーに直接データーを送り込むようなことがサクッと出来るとかっこいいのですが、まだまだそんな実力がありません。

▼気圧計の電池電圧
電池電圧
 ちょうど良い機会なので、気圧計の電池電圧をチェックしました。まだまだ電池は元気で、目標の3年間連続運転はいけそうな気配です。ちなみに、下の赤い点線まで電圧が下がるとバッテリー電圧低下を検出して自動停止する仕掛けになってます。

 なお、360日目あたりで、スリープさせる関数をdelayWDT2 に変更してより省エネ化したのですが、このタイミング以降の電圧低下のペースが遅くなっている感じなので、効果はあったようです。

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。
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