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ミニオシロ DSO Shell に光インターフェースのデーター出力機能を付けた

 JYE tech のミニオシロのDSO Shell のファームを110にアップデートすることで、波形データーをシリアルポートから出せるようになりました。USBシリアル変換アダプタを接続すればデーターを取り込むことが出来ますが、このやり方ではグラウンドの電位がPCと共通になってしまうのが難点です。これではDSO Shell の良さが一つ消えてしまいます。そこで、電気的に絶縁するために、光インターフェイスで接続できるように改造してみました。

 別に光で出さなくても、フォトカプラで絶縁する、あるいは絶縁型USBアダプタを使うなどの手があります。でもここは判り易く光で出すことにしました。と言うとかっこいいですが、手持ちの部品だけで何とかしたかった、という貧乏根性が背景にあります。

 データーのレートが115200bps とかなり早いので、少し工夫が必要でしたがともかく完成しました。

▼光インターフェイスを接続した状態
光インターフェイスの使い方
 ケースの右下に開けた穴から光信号を取り出し、インターフェイス回路経由でUSBシリアルアダプタを使ってPCへ接続しています。
 
▼光の出口
光出口
 赤色LEDを使ったので、データー送信中は穴の奥が赤く光ります。

▼内部
DSO Shellに組み込み
 下側ケースにスペースがあったので、そこに送信用の基板を取り付けました。なお、基板はホットボンドで接着固定しています。

▼光送信部
送信回路
 写真左上のピンソケットを、本体のコネクタ(J5)に取り付けたピンヘッダに接続して使います。ピンソケットの端子はこの写真のように折り曲げないとケースに収まりません。なお、線の保護のため熱収縮チューブを使っています。

 右側の銅パイプは薄い(0.1mm)銅板を丸めてはんだ付けして作った物です。ここは内径3mmのパイプなら何でもいいです。ここにLEDとフォトトランジスタを対向して突っ込むことで光軸を合わせます。

▼受信回路
受信回路
 上が受光用のフォトトランジスタ(NJL7502L)で、これをDSO Shellの光の出口の穴に差し込みます。左が受信用の回路で、右はUSBシリアル変換アダプタ(AE-FT234X)です。なお、このUSBシリアルアダプタの信号レベルは3.3Vですが、入力は5Vトレラントです。

▼回路図
回路図
 受信側はカレントミラーを使ったフォトトランジスタの電流検出回路になっています。ここはJO-MIDI-FMさんの書かれた、汎用 4 ピンフォトカプラを使った MIDI 入力と言う記事を参考にさせて頂きました。ありがとうございます。
 なお、このフォトトランジスタは照度測定用なのでこういう用途に向いている物ではありません。またトランジスタも本来ならスイッチング用を使うべきです。ともかく、入手性第一(手持ち部品優先)で作ったのでこんな回路になっています。

▼出力波形(Q3のコレクタ波形)
受信波形
 立ち上がりがやや遅いですが、デューティーは50%を維持出来ているのでこの波形なら大丈夫だと思います。波形の上側のノイズ(ニジミ)は、電源電圧のリップルが原因です。

▼ターミナルソフト(TeraTerm)で受信している様子
teraterm
 スイッチ操作(ADJ + V/DIVボタン押し)をする度に、こういうデーターが流れてきます。波形データーだけでなく、測定条件や波形の周波数や振幅などのパラメーター情報も送信されています。なお、波形データーは行番号、時間、電圧が1行になっていて、1024行あります。

▼エクセルで波形をグラフ表示
エクセルで波形表示
 ここまでくれば、FFTでも何でも出来ます。このオシロに使われているADCのINLやDNLを見るのも簡単に出来そうです。

◆まとめ
 こう書くとあっさり出来てしまったみたいですが、115200bps のデーターをフォトトランジスタで受信するにはそれなりの工夫が必要でした。答えはほぼ回路図に書いてありますが、マージン確保のためには調整などが必要です。ということで、そのあたりの話は次回の記事で紹介したいと思います。
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No title

すごい!
ちゃんと安定して通信できてますね。

・フォトトランジスタ
・カレントミラー
・光軸調整

といったあたりがポイントのようですね。

ちなみに、可変抵抗が1個出てくるのですが、このあたりのアナログ調整はどのような感じに行われたのでしょうか?

アイパターン見ながら調整、という感じなんでしょうかね?(抵抗値によって、波形がどのように変化するのかがちょっと興味あります)

このフォトトランジスタは、たしか部品箱に手持ちがあって、以前あれこれ実験に使ったりしたんですが、やはり速度の点で色々厳しかった記憶があります。

フォトカプラでカレントミラーは、以前MIDI信号で使ったことがあるんですが、こういうときに使えば、速度、振幅それなりに拾えるということですね。

nekosanさん、おはようございます

最初に普通のフォトトラの使い方で実験した時は、波形の立ち上がりが遅く、遅延もあって全然ダメだったのですが、カレントミラーでやるとかなり良くなりました。

ご指摘のように可変抵抗の調整がポイントになりますが、その辺は別途記事にしますのでお待ちください。

高度技術です

回路は簡単なのにすごく高度な技術ですね。
これは、ぜひ、真似させて頂きます。

正月休みに、水中植物育成の、日の出日の入りタイマーを作る予定しています。
このタイマー、ソリッドステートリレーなど繋げると色々活躍しそうです。

re:高度技術です

hiroさん、おはようございます。

この回路でやっていることはバイポーラートランジスタを出来るだけ速く動かす方法で、たぶん1960年代頃の技術なんですよね。それが今でも通用するのは面白いです。

日の出入り同期のタイマー、うまく動くといいですね。
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