google-site-verification: google3bd66dd162ef54c7.html

Arduinoで作るLEDストロボスコープ(ハード/ソフト解説編)

 前回の機能解説編に続いて、今回はハード/ソフト解説編です。

◆ハード解説

▼回路図(クリックで別窓に拡大)
自作ストロボスコープ、回路図
 コネクタで基板を外せるようにしたのでややこしくなってます。

主要部品
・パワーLED:秋月の1W白色、放熱板付き、 + パワーLED用レンズ・ホルダーセット
・液晶:aidendoの極小キャラクタ液晶 [FMA16213-02]
・電源のDDコン:秋月の昇圧型DC-DCコンバータ5V0.2A出力

 これを小さなケースに押し込んだのですが、ポイントとなったのがパワーFETと放電用のコンデンサ(C1)などの出力回路。最初は基板の上に置く予定だったのですが、液晶の横が空いていたのでそこに詰め込みました。この手が使えなかったらかなり苦戦していたと思います。

▼出力回路
自作ストロボスコープ、コンデンサと出力FET
 見づらいですが、奥の壁の下に電解コン。壁にへばりつくようにTO-220のパワーFETを取り付けています。なお、この電解コン(10V,2200μF)は低ESR品を使ってます。直列に0.5Ωが入っているのであまり意味が無いですが・・

▼スイッチまわり
自作ストロボスコープ、スイッチの裏側
 中央上の黒い筒はイヤフォンジャック。何しろ空間の余裕が無いのでひたすら低姿勢で取り付け。

▼スイッチの下には基板
自作ストロボスコープ、基板
 回路図に無い部品も付いているので細かいことは気にしないで下さい。w

▼側面
自作ストロボスコープ、側面

▼イヤフォンでモニタもできます
自作ストロボスコープ、信号音を聞ける
 本来はオシロなどを接続するための端子ですが、1kΩの保護抵抗があるのでイヤフォンでパルス音を聞くことができます。Dutyを20くらいにして低速にすると、ドコドコドコドコと単気筒のバイクみたいな音がして面白いです。

▼精度確認
自作ストロボスコープ、精度確認
 6000rpmに設定し、パルスの周波数をカウンタで測定。6000rpm=100Hzですが、測定結果は100.0093Hzなので優秀な成績です。

 但し、タイミングをソフトで作っているので平均周波数は合っていても、ジッタがあります

▼発光タイミングのジッタ
自作ストロボスコープ、60000rpmでのジッタ
 この波形は最高周波数の60000rpm、パルス幅最低のduty1/250で動作させた状態です。波形のなまりは、信号をイヤフォンジャックからシールド線で引き出している影響か?。

 上がパルスの間隔が判る波形。スケールは200μs/devで、1ms間隔で信号が出ています。
 下は同じ信号を最初のパルスを基準に一定時間のディレイをかけて2発目のパルスを観察したもの、つまりアナログオシロでDelayed Trigger をやっていてレンジは5μs/dev。
 下の波形を見ると4μステップで最大16μs程度のジッタが発生しています。この程度のジッタならストロボの光を目で見ている場合には全く問題無いと思いますが、何かの信号源に使う時には要注意です。

◆ソフト解説

 スケッチはこちら(拡張子がtxtになっています)

 Arduino1.0.1で作成しています。ちょっと変わった処理をやっているとこだけ説明しておきます。

・アナログモードでは可変抵抗の値をADコンバータで読んで回転数を設定。見かけの分解能を上げるためADコンバータの過去の値を4回合計し12ビット相当の値を得ています。(分解能は1/4096)

・可変抵抗の角度に対する回転数の変化が対数カーブとなるように変換処理を行っています。対数変換に最初はpow関数を使ったのですが計算時間が100μS以上かかりました。これではタイミング的に苦しいのでテーブル参照の折れ線近似に変更しています。ちなみに16段の折れ線近似を行っています。
 なお、回転数の設定範囲は300~60000rpmです。

・ストロボの発光周期を出来るだけ正確に保つため、タイミングはmicros()関数の値をポーリングして決定。但しmicros()は4μsステップの値しか返さないため前述のようなジッタが発生します。

・最高回転数では発光周期が1msになり処理はこの期間内に完了させる必要があります。液晶へ1文字書き込むのに約400μs必要で、全文字を一度に書き込むと上記制限を満足できません。そこで2文字ずつ分割して液晶に書き込むことで1ms以内で処理を完了させています。

・外部パルス入力時には、LEDのドライブ信号のポートを入力にアサインしてハイインピーダンス状態に切り替えています。この時CPUはヒマなので電池電圧の表示をやらせています。

 以上です。まだ改良の余地はありますが、切りがないのでここいらでまとめということにしました。と書いておっと、書き忘れてました。電池の消費電流はストロボ時100mA、LEDライトのMAX時は650mAでした。

 なおLEDストロボスコープのカテゴリを作りました。ここまで(これから?)の情報をまとめていますので、興味のある方はご覧下さい。
関連記事

tag : 自作 製作 工作 マイコン パワーLED

コメントの投稿

管理者にだけ表示を許可する

カレンダー
09 | 2017/10 | 11
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 31 - - - -
プロフィール

ラジオペンチ

Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
コメントを入れる時にメールアドレスの記入は不要です。なお、非公開コメントは受け付けていません。

記事が気に入ったらクリックを!
最新記事
カテゴリ
最新コメント
リンク
FC2カウンター
検索フォーム
月別アーカイブ
RSSリンクの表示
QRコード
QRコード