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100円ショップの温度計を電圧計に改造 製作編

 キャンドゥのデジタル温度計を測定範囲11~14Vのバッテリー電圧計に改造する話の製作編です。

 回路は試作編でブレッドボード上に完成しているので、部品をユニバーサル基板に移していくだけの作業です。もう一度回路図を掲載しておきます。

▼温度計を電圧計に改造する回路図
温度計を電圧計に改造する回路図

▼組み上げた回路
作った基板
 ユニバーサル基板で5×15ピッチで作成しましたが、R5とLED2が入らなくなってしまったので、苦し紛れに裏側に取り付けましたw。右下のトランジスタがQ1で、回路の流れとしては反時計方向に進み、6時の位置にある黄色の配線2本で温度計のサーミスタがあった端子に接続しています。写真に写っていませんが、基板には穴があけてあり、組み立て用のプラスチックのスタッドが貫通できるようにしてあります。

 ここまで作ったら、最終的な感度調整を行います。

 あ、書き忘れていましたが、温度計自体は2秒間隔測定、℃表示が消えるように改造しておきます。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。

▼感度調整結果
精度曲線
 黒い線が実測結果で、赤い点線が理想ラインです。非線形な特性をうまく2点で串刺しにするように調整でき、11.5~13.5Vでは±0.1Vくらいの精度がでています。
 VR1がオフセット、VR2が感度の調整ですが、いきあたりばったりでやるより、ある程度合って来たら0.5V間隔で特性を測定してエクセルでグラフを書き、それを見てどこを追い込むか判断すると楽です。

 あとは元のケースに組み込みます。

▼電圧計完成
電圧計完成
 電源はバッテリーから取っているので電池のLR44は不要です。しかしこの電池が入っていないと前面のカバーがカチット止まらなくなってしまいます。そこで、マイナス側にセロテープを貼ったLR44を入れておきました。もちろん同等の厚さの絶縁された物があればそれでもOKですが、探しているよりこの方が手っ取り早いと思います。

▼液晶の表示
液晶表示
 温度計は33.1℃を表示していますが、裏に貼った白い紙にいろいろと "おかず" を書き込んで、13.31Vに見せています。二つ目の小数点が消せれば完璧だったのですが、そこまでは出来ませんでした。

▼ミニ太陽光発電のバッテリーボックス
バッテーリーBOX全体
 この温度計電圧計は見かけもいいので、そのままバッテリーボックスの上に置いて使ってます。分解能が10mVあるので、微妙な電圧の変化が判って具合がいいです。ちなみに、このバッテリーボックスの中には、チャージコントローラと暗くなるとLEDを点灯する回路(太陽電池の電圧検出方式)が入っています。

最後に
 基準電圧を作っている回路がいいかげんなので、温度変化に伴う感度変化があります。計算してみると10℃の変化で0.2Vくらいの誤差が出そうです。精度を追求するなら、基準電圧はTL431などで作ったほうが良いと思います。ただ、この温度計のLSIの温度安定性がどの程度なのか全くわかりませんが、、

 LED/Cdsのフォトカプラーは秋月電子でCdS+LED アナログ・フォトカプラ MI0202CLとして売られていました。仕様を見ると、形状がかなり大きい、LEDのVfが1.5V、感度がこの記事で作った物と比べると10倍くらい低いですが、これらの点に注意すれば使えるのではないかと思います。
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鉄道模型スピード表示

みなさんのブームからは周回遅れですが、製作しました。鉄道模型のマスコン速度電圧を、マイコンを使わずに、それらしい速度メーターにに表せると面白いと考えていたのが実現しました。ありがとうございました、華氏表示にしたので、12Vのとき120(㎞)と表示され大満足です。

欲が深いのですが、可能であれば、入力電圧がないとき(=列車停止時)『LOW』表示でなく、『0』表示となるオプションはできないでしょうか?ご指導よろしくお願いします。

NATUKIさん、今晩は

はじままして、コメントありがとうございます。
鉄道模型ですか、昔からやってみたいと思っているのでうらやましい。

で、入力電圧が無い場合の表示ですが、CDSに並列に抵抗を接続しておけば表示の最低値を制限できるようになります。
つまり、電圧が無いとLEDが光らないのでCDSの抵抗はほぼ無限大になってLOW表示になってしまいますが、並列に抵抗を入れておくことで最大抵抗値を抑えることが出来ると思います。

どれくらいの抵抗値がいいのかすぐには判りませんが、1MΩか100kΩの半固定抵抗を使って、良さそうなポイントを探せばいいと思います。

なお、いつもぴったりゼロ表示にするのは難しいかも知れません。また、こうすると、感度とオフセットに影響が出るのでVR1とVR2の再調整が必要になるかも知れません。

NATUKIさん、追加情報

自分の昔の記事を読んでみたら華氏表示と抵抗値の関係を調べていました。
http://radiopench.blog96.fc2.com/blog-entry-170.html

70kΩで000.0表示になるので、100kΩの半固定抵抗をパラに入れて、良さそうなポイントを探せば良さそうです。

鉄道模型スピード「0」表示完成

こんばんは。早速アドバイスいただきありがとうございます。並列100KΩを調整し、列車停止時(電圧0V)にて、ぴったり「0」表示が出ました。
12Vで、MAX 115(㎞)表示が出るので、電車レイアウトや、電車運転マスターコントローラ横に配置すると超リアルです。(ミニ太陽光発電と異なり、鉄道模型速度表示は自己満足のイメージの世界ですから十分役立ちます)。ラジオペンチさんの作品は「模型鉄」ファンの愛用になりそうですね。実は、AVRマイコンで速度計を作る準備をしていましたが、こんなに早く完成してびっくりです(新規購入部品は秋月でCDSが40円のみ・・電車代のほうが高かった)
なお、入力0V時は温度計に電気が行かないと思い、LEDをはずして、ボタン電池からIC電源を取りました。これでよかったでしょうか?

NATUKIさん、おはようございます

ノッチオフで「0表示」が出るようになって良かったですね。

たぶんオフセット回路(Q1,Q2)は省略して、LEDに抵抗を介して電流を流しているのだと想像してます。こうすると、LEDのVf分だけ表示の立ち上がりにオフセットが出ますが、模型の電車もすごく低い電圧では動かないでしょうから、ちょうど良いかもしれないですね。

温度計(速度計)の電源はボタン電池から取って正解です。ただ、表示の更新頻度を2秒にしているのでオリジナルより電池寿命が短くなると思います。でもAVR使うよりは間違いなく省エネですよね。
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