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格安に出来る鉄道模型用のデジタル速度計の製作

 以前書いた100円ショップのデジタル温度計の改造記事にNATSUKIさんからコメントがあり、鉄道模型の速度表示に使うと具合がいいという話を教えて頂きました。

 おー、、そんな用途があったのか、と感心したので私もいじってみました。と言っても鉄道模型は持っていないので、雰囲気を味わって見ただけなんですけどね、、

▼素材のデジタル温度計
キャンドゥのデジタル温度計、100円

 これでバッテリー電圧計を作る方法はいろいろな記事で公開しています。今回は鉄道模型の速度計を作るのに必要な情報を、この記事に集めてみたいと思います。

 以下、順に説明していきます。

1.デジタル温度計の改造
 デジタル温度計を測定周期2秒、華氏表示、単位記号表示無しに改造します。やり方は、「キャンドゥのデジタル温度計の改造(仕様変更)」を参照下さい。要するにショートパッドの(1),(2),(3)を接続し、基板のパターンを一箇所切断する作業です。
 この改造を行うことで、199.9表示が可能になります。

2.速度計用の回路を組み込む
 鉄道模型で使われる0Vから12Vの範囲が入力できるよう、以下の回路を組み込みます。
 回路図中のLED/CDSのフォトカプラの作り方はバッテリー電圧計の試作編の記事をご覧下さい。
デジタル速度計回路図
 電圧の入り口から説明すると、D1からD4のブリッジで極性を固定し、スケーリング回路を通してLED1を光らせることでCDSの抵抗を変化させて、それっぽい表示を得る回路になっています。
 CDSに並列に入っているVR1はゼロ調。VR2はフルスケール調整。C1は電源がPWMだと誤動作しそうな気がしたので入れてみました。回路図の47μFはちょっと大きすぎるので、応答性を重視するなら1μFくらいが適当だと思います。でも、速度表示がゆっくりと変化する方がリアルな感じになると思うので、もっと増やした方がいいかも知れません。このあたりはお好みで調整してください。
 LED2,LED3,R2は折線近似回路なのですが、ここは後で説明します。

 なお、LED1には白色LEDを使いましたがこれは順電圧(Vf)が高いので、赤や赤外のLEDを使った方が良いと思います。そうした場合、LED/CDSのフォトカプラの感度が変わるので、R1,R2,VR2の値は修正が必要になります。

3.調整と特性確認
電圧/表示速度
 横軸が電圧で縦軸は表示される値で、12Vで120km/H表示に調整した例です。

 グラフには線が二本ありますが、赤い線(折線近似一段)が上に書いた回路の特性で、青い線(ノーマル)はLED2,LED3,R2を外した場合の特性です。

 実は最初は折線近似回路無しで作ったのですが、電圧に対する表示の直線性が悪かったので折線近似回路で補正しました。この回路は一段の補正ですが、お好みでもっと補正段数を増やしても面白いと思います。

 レール電圧が2.5V以上にならないと表示が変わらないのは、上の方に書いたようにLED1の順電圧が高いためです。ここに赤や赤外のLEDを使えば1.5Vくらいから速度表示が上がり始めるはずです。同じ理由で、D1~D4にはショットキーバリアダイオードを使った方が良いでしょう。
 ところで、鉄道模型は何ボルトくらいで動き始めるんだろう?

4.表示例
▼最低速度表示
最低値表示
 VR1でゼロ調しますが、残念ながら0.0表示にはなりませんでした。たぶん内部処理の分解能が足らないのだと思います。

▼時速120km
120km/H
 0.1km/Hまで表示しますが、これって実車を越えているかも。

▼在来線最高速
160km/H
 目の前をエアー「特急はくたか」が走ってますw

5.まとめ
 デジタル速度計はPICなどで作るのが最近のやり方だと思います。でもこの記事のやり方だと、格安で速度計を作ることができるので模型鉄の方にお勧めです。

 実はプリント板の部分を後ろに折り返して四角いケースに入れようとしたのですが、フレキの部分が不調でそこまでは出来ませんでした。ならば、ということで新しい温度計を買おうとしたのです、近所のキャンドゥではもう売ってませんでした。もう手に入らないのかなーー、本当だとしたらヤバイ。

 すでにお気付きと思いますが、この速度計の上限は199.9km/Hなので新幹線には使えません。在来線でお楽しみ下さい。(*^_^*)
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鉄道模型の速度表示

こんばんは! いやー、鉄道模型の世界に引き込んでしまいましたね、ありがたいです。

・秋月でトランジスタ1815の10個テープが80円だったので買い込み、旧作(2010-04-10掲載) を5台作りました。それと、気の迷いさんの電圧計も以前5台作ってありました。
・私の鉄道模型レイアウトは、我が家がシルバニアファミリーの極小ハウスなので、レイアウトサイズは60cm×40cm、電車もサイズ合わせして、NゲージのBトレインショーティ(1両のサイズは6cm)です(ポイントは無謀にも4台設置)。
・走行電圧はPWMですが1.5Vくらいから動き始め(スピードメーター表示23km)、3.6V(同53km)が通常の走行電圧です(これ以上速いと暴走状態です。ちなみに9Vでは90km表示)。2012-01-29 掲載のグラフでは、4Vで表示50Km、9Vで100㎞とのことなので、同程度といえるでしょうか。
・レイアウト前に電圧表示と、スピード表示の、温度計ディスプレイを並べて列車走行させると、アナログ電圧計より、いやー超リアルです(気の迷いさんの電圧計はマイナス表示になってしまうのが玉にキズですが)。
運がよければ春にデモ展示をする機会があるかもしれないので、そのときはお知らせします。

・この温度計の追加情報ですが、最近購入した回路は、サーミスタがチップに変わっていました。パターンも変わっていましたが、2秒・華氏表示・F非表示は同様に改造できました。

電流計も同様にできそうでしょうか?時間があるときにお願いします。

NATUKIさん、おはようございます

詳しいレポートありがとうございます。

気の迷いさんの電圧計も作られたのですね。あちらのサイトからは色々とヒントを頂いてます。

この次の記事に少し書いていますが、オペアンプを使うことで、もっと汎用性が高くて正確な電圧計を製作中です。これが完成したら電流の測定も簡単に出来るようになるはずです。

うまくいったらまた記事にしますね。

160km/h

GG現示ですね。
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