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和時計の明るさセンサーで測定した、昼と夜の長さの変化

 Arduinoで作ったハイテク和時計は明るさセンサーで昼夜を検出して自動的に時刻を同期させています。

▼明るさセンサー
明るさセンサーというか太陽光発電パネル
 センサーと言っても、太陽電池パネルでバッテリーを充電する仕掛けの一部で、このソーラーパネルの発生電圧を監視することで昼夜の変化を検出しています。

▼和時計、卯の四つ、なう
自作した和時計
 この和時計では昼夜の検出精度がそのまま時計の精度に影響します。ならば、どの程度の誤差があるのか測定してみました。測定といっても、液晶に前日と前々日の昼/夜の時間が表示されているので、その値をメモしておくだけです。

▼測定結果
昼夜の長さの変化データ
 これじゃ判りにくいのでグラフにすると、

▼昼夜の長さの変化の様子
昼夜の長さの変化グラフ
 2月5日から8日にかけては雨が降ったりして天気が悪かった時期で、こうなると昼が30~40分短く(逆に夜が長く)なるようです。

◆じわじわと変化してます
 天候の影響はありますが、ベースのラインはこのグラフの期間では10分くらい変化しているように見えます。これはだんだん昼が長くなっている様子が検出されているのだと思います。ちなみに、2月4日は立春で、冬至から春分までのちょうど中間のタイミングにあたります。

◆でも、誤差がある
 時計の誤差の話に戻ります。つまり天候の影響で発生する40分くらいの誤差をどう考えるかです。私の意見は、「これくらいいいじゃん!」です。江戸時代の時刻の最小単位は一時(いっとき)の四分の一の一つ(ひとつ)で、現代風に言うと30分に相当します。40分はこれとあまり変わらないし、そもそもこの40分は、昼もしくは夜の全体の長さに対する誤差なので、時刻を見るタイミングによっては誤差はもっと少なくなるはずです。

◆誤差を少なくするためには
 とは言っても、センサーの検出感度をもっと高くして、暗闇が少しでも明るくなったら夜明けだーー、と判断するようにすれば天候による影響を小さくする余地は残っていると思います。ちなみに現在の検出の閾値の明るさは4EV(ISO100, F2.8, 2S相当)くらいで、これを2EVくらいにすれば天候の影響は少なくなるはずです。

◆江戸時代はどうしてたんだろう?
 ところで、江戸時代に悪天候が続いて何日も星も太陽も観測できない場合、天文台の時計だけが頼りになると思うのですが、当時の天文台の時計の精度はどれくらいだったんでしょうね。

◆最後に、
 上の表で一日の長さの平均値が23時間37分47秒となっていて、誤差が -1.5%もあります。これはArduino UNO R2のクロックの精度が悪いのが原因と思っていました。でもちょっと調べて見ると別の原因もありそうな感じです。このあたりはもう少し詳しく調べてみたいと思います。
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テーマ : 太陽光発電
ジャンル : ライフ

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