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アナログ気圧計2号機、仕様検討

 3年前に作ったアナログ表示の気圧計がそろそろ 2回目の電池交換の時期を迎えます。

▼アナログ気圧計
アナログ気圧計一号機
 これを作ったのは2014年の1月で、最初の電池交換は2015年11月でした。新しい電池を入れると1年10ケ月は動くみたいなので、次の電池交換は今年の9月頃になると思います。

 ちなみに同じ物を作られたhiroさんから頂いたコメントによると、hiroさんとこでは3年弱動いたようです。hiroさんの気圧計はステップモーターの電流制限抵抗を低めに設定しているということで、うちより長い期間動くようです。

 話を戻します。うちの気圧計ですが、このまま何も改善対策をやらないまま 2回目の電池交換の時期を迎えるのは、ちょっと寂しい気がします。 それで、いったんは1号機を改造しようかと思ったのですが、手間はたいして変わらないのでもっと電池が長持ちするように改良した 2号機を作ることに決めました。

 1号機の経験を踏まえ、2号機には次のような機能を入れたいと思います。

1) 電池電圧に応じて時計の駆動パルスを調整
 電池電圧を測定し、電池のへたり具合に応じてスッテッピングモーターの駆動パルスを調整する機能を入れたいと思います。これまでは電池電圧が 4.1V くらいまで下がると動作がおかしくなってしまいましたが、この機能を入れれば 3.3V くらいまでは正常に動かすことが可能になるはずです。なお電源は単三電池 3本使用しています。つまり開始時の電源電圧は約 4.5V です。

2) 電池が空になった場合の表示
 これまでは、電池が減るとパルスモーターが脱調して変な値を表示していました。これでは測定器としてまずいので、電池が空になった場合は、何らかの表示を行って安全に停止させるようにしたいと思います。

3) 気圧センサーは MPL25H を使用
 1号機に使った気圧センサーの MPL115A2 は、もう秋月で手に入らなくなっているので、現在入手可能な MPL25H に変更します。

 これ以外に、CPUの消費電力を出来るだけ減らすためにクロックダウンなども行いたいと思います。こういう対策を行うことで、2号機は電池寿命3年以上を目指します。たぶんこれ以上省エネ化しても、電池の寿命の方が怪しくなるはずです。

 ということで方針は決めましたが、まずは表示に使う時計のメカが必要です。ということで、ダイソーに行って気圧計に改造しやすそうな物を買ってきました。

▼ダイソーのアナログ時計
二号機用の時計
 気圧計は丸形の方がしっくりくると思うので、今回はこれでいくことにします。ダイソーの商品名は、置き時計(VOLEVA) 285でした。ちなみに、これは目覚まし機能が無いものですが、この機能が無いと、歯車などの部品が少し減るので改造作業がちょっと楽になります。

▼ムーブメントを分解
ムーブメント

▼コイルに配線
コイルから線を引き出す
 ステッピングモーターのコイルを外部から駆動出来るように線を引き出します。時計の回路とつながったままで回り込みが発生してしまうので、基板のパターンを一か所切断しておきます。

▼歯車などを元の位置に戻して
改造完了
 フタを締めればムーブメントの改造は完了です。

▼外部パルス駆動の実験中
時計の駆動実験中
 Arduino UNO を使って時計のモーターの駆動条件を調べているところです。ステッピングモーターのローターの磁石の直径が大きかったので高速駆動は難しいかと思ったのですが、とりあえず10倍速くらいで正転/逆転できるようになりました。

 電源電圧 5V の駆動条件はほぼ決まったので、次は 3.3V の駆動条件の調査に移ります。そのためには Arduino UNO は使えないので他のボードを用意しないといけません。さて、どうするか。

 ということで作る過程を楽しみながら少しずつ進めていく予定です。たぶん途中で別の話題の記事が入ると思いますが、完成まで気長にお待ちください。

ミニオシロ、DSO Shell のファームバージョンアップ (V055)

 このあいだ買ったミニオシロの DSO Shell (DSO150) の新しいファーム (V055) が出ていたので、早速バージョンアップしてみました。

▼使用中のDSO Shell (DSO150)
DSO Shell (DSO150)

 実は、ファームのアップデートがあった時は、JYEのサポートのファームのページに情報が出る、あるいは DSO Shell のフォーラムでアナウンスがあると思っていました。ところがどちらにも通知無しで、DSO Shell の製品紹介のページの情報が修正されていて、新ファームの提供が始まっていました。

 DSO Shell のファームアップデート方法は、DSO Shell の紹介ページ(DSO Shell (DSO150) Oscilloscope DIY Kit) の中の、How to Upgrade firmware for DSO Shell というpdfの資料(以下 解説pdf)で詳しく説明されています。

 ちなみに以前同じ場所には DSO138 のファームアップグレード方法の資料が置かれていたのですが、いつのまにか DSO Shell のものと差し替えられていました。解説pdf の改版履歴によると、差し替えは2月23日頃に行われたようです。

 ファームアップデート方法はこの解説pdf に詳しく書かれているので、その通りに進めればOKでした。とは言っても多少気になる点などがあったので、ポイントを説明しておきたいと思います。

◆ファームアップデートソフト
 ファームの書き換えにはSTMicro からフリーで提供されている Flash Bootloader Demonstrator というソフトを使います。デモンストレーターという言葉が入っているので、ブートロダーの紹介ソフトかと思ったのですが、これがファーム書き込み用のソフトでした。

 解説pdf ではこのソフトを、本家の STmicro か JYE tech のいずれかから入手するように書かれています。やってみると、STmicro からダウンロードするためにはメアドなどの登録が必要みたいでした。メアドを登録するとたぶん後で余計なメールが来るようになって煩わしくなるはずなので、JYE tech からダウンロードしました。こっちだとメアドなどの登録など不要で、いきなりzip圧縮されたソフトが落ちてきました。
 ちなみに本家の STmicro だと v2.8 が入手出来るようですが、JYE tech からは一つ前のバージョンと思われる v2.7 になるようです。(この記事を書いている時点の情報です)

 以下は、解説pdf に書いてある通りに進めればいいのですが、要点を図で紹介します。

▼ジャンパーをショート
JP1,JP2
JP1 と JP2 をショートさせます。
 ハードウエアの準備として、JP1とJP2をショートさせます。上の写真の矢印部です。

▼シリアルポートへの接続
シリアルポート
 ここにUSBシリアルアダプタの信号を接続します。うちの DSO Shell は製作時にピンヘッダを取り付けておいたので接続は簡単です。なお、シリアルの信号レベルが 3.3V のアダプタが必要です。(保護抵抗が入っているので 5V でもたぶん大丈夫)

 ハードの準備が出来たらあとは Flash Loader Demonstrator を使ってファームの書き込みを行います。

▼警告メッセージ
警告メッセージ
 これは解説pdf に書かれていませんが、チップとの接続が確立すると上のようなワーニング画面が出ました。

 Remove Protection を押す、つまりプロテクトを解除しないと先に進めません。またプロテクトを解除するとチップ内のファームなど全ての情報が消されるようです。ファームを吸い出して簡単にコピー商品を作られたらたまったものではありませんから、海賊版対策なんでしょうね。とは言っても DSO Shell のファームは公開されています。

 ともかく Remove Protection ボタンを押してチップを初期化すると、その先の処理を進めることが出来るようになり、解説pdfの fig.6の状態になりました。

 続きは解説pdf に書かれている通りに進めればOKでした。くどいですが、 Remove Protection を押すと元のファームは消えてしまう(はずな)点です。もしファームのファイルを持っていないと DSO Shell は文鎮化してしまいます。(実際にやってないので推定です) ともかく新しいファームは事前に入手しておいて、中のデーターはエディタなどでざっと見ておいた方が安全です。

▼完了
ファームアップデート完了
 ファームの書き込みが完了すると上の画面になります。今回書いたファームのファイル名は、113-15001-055.hex でサイズは 43.93KB、書き込み時間は17秒でした。

 後はショートさせていたJP1とJP2を元に戻して組み立て直せば作業完了です。

▼アップデート前のバージョン (V054)
バージョン054
 これはアップデート前に撮影したものです。

▼アップデート後のバージョン (V055)
アップデート完了、V055
 ちゃんと -055に上がっています。LIBの末尾が -045に変わっていますがこの意味は判りません。

 ファームの修正内容は、Firmwares for DSO Shell に書かれていますが、V055では以下の3点の修正が行われたようです。
・50msより遅いレンジでトリガが掛からなかった問題の修正。
・画面右上に表示しているトリガの状態に、Holdoffを追加。Holdoffは一時的にトリガが無効になっていることを表す。
・0.1Vキャリブレーション信号に大きなオフセット(3.3V)がかかっていたバグの修正。

▼トリガホールドオフ表示の例
holdoff

2017/03/12追記
 この場所(矢印部)にはトリガレベルが電圧の値で表示されることがあったと思いますが v055では電圧表示機能はは無くなったようです。 


◆まとめ
 ということでファームのアップデートは完了しました。致命的な問題の修正では無いし、大きな機能が追加になる訳でもありません。ということで、余裕があればやっておいた方が良い程度のアップデートかも知れません。

 マイコン工作をやるにはUSBシリアルアダプタは必須ですが、使い慣れて信頼の出来るアダプタを持っていると、こういう初めてのデバイスに接続する時に安心です。実は配線を間違えて最初は Flash Loader Demonstrator がうまく動きませんでした。でも USBシリアルアダプタに問題は無いことが判っていたので、割と簡単にミスが発見出来ました。

 あと、こんなことでも無ければSTM32のファーム書き込みなんて、やるチャンスは無かったでしょうから、良い経験をさせてもらいました。

ベランダ太陽光発電の累積発電量が100kWhを超えた

 ベランダに小さな太陽電池パネルを取り付けて太陽光発電をやっているのですが、この累積発電量が 100kWh を超えました。使っている太陽電池パネルは次の写真のようなもので、合計容量は35W (30W + 5W) です。なお、この話題の前回の記事は 70kWhの時点 でした。

▼太陽電池パネル
太陽電池パネル

 ここで発生した電力は自作の GTI (グリッドタイインバーター)を通して AC100V 系に混ぜて自宅内で消費しています。

▼GTI の表示パネル
もうじき表示がオーバーフロー
 GTI にはこの写真のように運転状態と発電量を表示させています。この写真は夜間で運転停止(SLEEPING) 状態のものです。下段の左が本日の発電量、右側が累積発電量です。これは3月5日時点のものですが、ご覧のように累積発電量が 99957.3Wh となっていてあと少しでオーバーフローします。

 累積発電量が 100000Wh を超えると表示領域が足りなくなって表示が破綻するかもしれません。もしそうなったらかっこ悪いなー、こんなことなら小数点以下の表示をやめてもっと大きな値まで表示出来るようにしておけば良かった。

 などと考えている間にも発電量は増えていって、とうとう表示限界を超えました、

▼累積発電量100kWh突破
表示は一回転
 オーバーフローした部分は無視し、ゼロサプレスした状態で何事も無かったように表示されました。これなら大丈夫です。

 車のメーターと同じで、10万キロで一回転という感じの表示になっているんですね。というか、そういうふうにプログラムしたのは自分ですが、すっかり忘れていました。

▼累積発電量表示画面
100kWを超えた
 モードを切り替えると累積発電量を詳しく表示出来ます。こちらの画面では大きな値が扱えるので、ちゃんと 100052.84Wh と表示されています。ん、四捨五入した値が一つ上の写真の値とちょっと違ってますが、細かいところはまあいいか・・・、いや、作り込みが甘いと言うべきですね。

▼累積発電量推移
累積発電量推移
 グラフにするとこんな具合で、1年間で約 30kWh のペースで順調に発電量が伸びています。これなら太陽電池パネルはまだ大丈夫そうです。

◆まとめ、雑感など
 太陽光発電は少しでもいいから自前の電力を確保しておきたくて始めたものです。もちろん 2011年3月の大地震が大きななきっかけになっています。最初はバッテリーに充電する方式で始めたのですが、バッテリーの維持が大変なので GTI に変更しました。

 ともかく GTI の運転開始以来3年以上経ちましたが、ここまでトラブル無く運転を出来て良かったです。100kWhの発電量は、電気料金に換算すると、3000円といったところでしょうか。まあ、太陽電池パネルの購入費用程度は吸収出来ていると思います。とは言っても、GTI の部品コストや私の工数を入れるととんでもない赤字ですが、そのあたりは趣味の世界なのでプライスレスとしておきましょう。

 3.11 の災害の後は太陽光発電への関心が上がり、電子工作の世界でもソーラーパネルを使った事例の発表が相次いでいたのですが、最近はそれほどでもなくなっているのがちょっと残念な気がします。

 さて、今後の計画ですが、この GTI はしっかりと作り込んだつもりなのでそう簡単には壊れないと思います。でも 30W 程度とはいえ電力を扱っているので普通のマイコン応用の回路と比べるといろいろとリスクは高いです。そんなことで、いつかはこの GTI の運転を止めないといけないと考えています。

 ただこの太陽電池パネルは太陽のアナレンマの観察にも使っているので、単純にGTIを切り離すとアナレンマの観察に影響を与えそうです。ということでGTIの運転停止は慎重にやる必要があります。

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