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100円ショップの時計で作るアナログ気圧計の製作

 100円ショップのアナログ時計を改造して気圧計を作る話の続きです。

気圧計の文字盤

 Arduino UNOとしてACアダプタで動かすところまでは完成していますが、どうせなら電池駆動にしたいところです。

 ということでArduinoをスリープさせて省エネ化を図る方法について調べていました。いろいろやってみた結果、パワーダウンモードに入れれば消費電力を27μAまで下げることができたので早速気圧計のスケッチに追加。晴れて電池駆動までこぎつけました。

▼電池で動く気圧計
電池駆動のアナログ気圧計
 電池で動くモノはワクワクする、というか不思議な魅力を感じるのは私だけでしょうか?とりあえず006Pを改造して引っ張り出した4.5Vで動かしています。

 気圧測定と時計の駆動中はCPUを動かすので12mA程度の電流を消費します。でも10分に1回、1秒程度動くだけなので平均電流としては20μA。これにCPUのスタンバイ中の電流の27μAを加えた合計の47μAが全体の消費電流になります。ということは、単三電池の容量が2000mAhあると仮定すると4年以上連続動作が可能になります。

▼回路図(クリックで別窓に拡大)
MPL115A2を使ったアナログ表示の気圧計

 この気圧計は10分に一回しか動かないので、電池を入れた時にちゃんと動いているのかすごく不安になります。そこで、リセット時にボタンを同時押しすることで以下の動作をさせることにしました。
・Pin14をアースに落とす(ボタンを押す)→ 2秒間隔で測定 
・Pin13をアースに落とす(ボタンを押す)→ 秒針を±10秒の範囲で連続で行ったり来たりさせる

 2秒間隔の測定では針が落ち着き無くばたばたと動くと思います。気圧センサーであるMPL115A2の分解能は10ビットしかないのでこのあたりはしかたないところです。(一応100回測定の平均値を取っています。)
 レンジフードなどの強力な換気扇を動かすと気圧の変化が判ります。またセンサーを指でちょっと暖めてやると、針が大きく振れるので正常に動作していることが判ります。そのまま放っておくと元の値(付近)に戻ります。

 秒針を振らす機能は時計のムーブメントの個体差の調整用に付けてみました。この機能を動かしながらVR1を調整し、正転/逆転が正常に行われる範囲の中央に合わせることでVR1を最適値に調整出来るはずです。でも、まだ他のムーブメントで試したことが無いのでうまくいくかどうかは未確認です。なお、実験ではVR1の最適値は220Ωでした。また、この調整をやる時は秒針を付けておいたほうがいいでしょう。

▼回路部
ブレッドボード上の気圧計

 動作はOKぽいのでこれを最終的な基板とケースに移すのが最後の作業になります。

 ホームセンターでケースを物色したところ、

▼安全策ならこれ。
安全策
 単三3本の電池ホルダーと秋月のC基板が無理なく入るサイズ。

 でもなんだかスマートじゃないです。ならば、

▼思いっきり小さく作るならこれでしょう。
出来ればこれに入れたい
 単三電池を4本入れるケースの一区画に回路を押し込めないか検討中。

 はたしてうまくいくでしょうか?

tag : Arduino 電池駆動

ATmega328用の電源電流測定アダプタの製作

 このところArduinoをスリープさせて省電力化させる方法をいろいろ試しています。

 この実験ではプログラムをいろいろ変え、その都度Arduino UNOからCPUを引っこ抜いてブレッドボードへ移して確認する作業が必要になります。もちろんArduino UNO全体の消費電流は測定可能です。でもそれだとUSBシリアルインターフェイスや電源のレギュレータなども含んだ値となってしまうため、CPUをパワーダウンさせた時の数十マイクロアンペアなどは全く見えなくなっちゃいます。

 で、こんなことを何度もやっているとCPUの抜き差しが面倒くさくなってきます。そこで電流測定アダプタを作ることにしました。

▼回路図
ATmega328P電源電流測定アダプタ回路図
 左がICのピン、右がICソケット側です。

 ジャンパーの切り替えで電流の直接測定と1Ωのシャント抵抗を使った電流測定ができるようにしてみました。

▼主要部品
材料
 ピン側をしっかり固定するためにスルホールのユニバーサル基板を使います。右側は秋月の基板用リードフレームです。

▼ピン側基板の組み立て
ピン側組み立て中
 リードフレームを半田付けしておいて、反対側から0.5mmのスズメッキ線をスルホールに少し差し込むようにして半田付け。なかなかうまく差し込むことが出来ず難航しました。

▼ICソケット側基板の裏
ソケット側基板の裏
 こっちの基板は幅を1ピッチ大きくしてあり、そこにジャンパーピンやシャント抵抗を取り付けます。

 この段階で何か間違えていると組み立て後の修正はほとんど不可能。念入りにチェックします。

▼合体
合体!
 スズメッキ線を5mmくらいの長さに切り揃えて合体。7番ピンの線だけは斜めの配線になるので1mmくらい長めにしておきます。
 スズメッキ線はICソケットのピンの外側の側面に沿わすようにはんだ付けすると、多少信頼性が良くなると思います。

▼完成
完成
 ATmega328用のCPUゲタ完成です。念のために全ピン導通があることをテスターで確認します。

▼Arduino UNOで使ってみる
Arduino UNOに差してみる
 1ピッチ幅が広くなっているのでリセットスイッチが押しにくくなるかと思ったのですが、それほどでもなかったです。ただICSPのコネクタピンの真上に基板の角が来ちゃってます。でもArduinoでこのコネクタを使うことは無いのでまあいいかと。もしこの記事を見て作る人がいたら、上の基板に切り欠き入れICSPのピンを逃げるようにすることをお勧めします。

 ともあれ正常に動作することが確認できました。

▼せっかくなのでIOポートの壊れたCPUを測定
ポートの壊れたCPU
 以前ポートを壊してしまったCPUの消費電流を測ってみます。シャント抵抗(1Ω)の電圧測定でやっています。

 パワーダウンモードに入れるスケッチを書き込んで測定してみると。

▼消費電流
20mA以上流れてる
 正常なチップなら30μA程度になるはずが、なんと20.931mA。

 出力ピンのトーテムポールの上下が貫通気味になっているみたいです。この石は燃えないゴミに出すことにしますw

 ということで、ATmega328用の電源電流測定アダプタ完成です。それにしても、これだけみっちりとはんだ付けやったのは二ヶ月ぶりくらいです。

tag : AVR 消費電流 Arduino

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