外気温モニターの拡張 その２

 前回は大雑把な全体像についてお話しました。

インターフェースとしてはSPIを使用するが、
電圧レベル変換が必要になるかも、というところで話が終わってました。

電圧レベル変換については後回しとしまして、
まずはSPIでの接続方法について検討していきます。

 

通常、SPIインターフェースでデバイス接続する際は、
マスター側とスレーブ側を直結するだけです。
データーINとデーターOUTの接続を間違えない限り、
特に難しい点はありません。

しかし今回は5mのケーブルを介しての接続ですので、
通常とは　ちょっと話が異なってきます。

そこで私の頭に浮かんだのは以下の4つの方法です。

１.ダイレクト接続方法

 

 

 

 

 

各ユニットの出入り口にバッファーを噛ませ、各SPI信号線を直結する方法です。
メリットは回路が単純である事です。
デメリットしてはハイインピーダンス線を引き延ばす為、ノイズに強くありません。
使用する電線はシールド付き4芯キャプタイヤケーブルです。
通信速度の上限はケーブルの静電容量に支配されます。
オシロスコープにて波形を実測し、通信速度を決めるのが良いでしょう。

 

２.差動信号化方法

 

各SPI信号線を差動信号に変換する方法です。
メリットはノイズに強く、長距離伝送に耐えられる点です。
通信速度も結構高速化できます。
デメリットとしては各信号線毎にツイストペア線が必要となるので、
今回の場合だと4対のツイストペアケーブルが必要となり、
ケーブル外径がやや太めとなってしまい、価格も高めです。

３.フォトカプラーによる接続方法

 

 

 

 

 

 

 

これはちょっと珍しい方法かもしれませんが、
各ユニットの入出力にフォトカプラーを噛ませるという方法です。
フォトカプラー間の通信線は「かんたんスマートモニター」、
及びセンサーユニット部から電気的に完全絶縁されるので、
ユニット間絶縁が重要視されるケースでは重宝するでしょう。
フォトカプラーは電流駆動となるので信号線のインピーダンスが低く、
ノイズ耐性も非常に高くなります。
デメリットとしては消費電流が多くなる点と、高速通信が苦手な点でしょうか。
フォトカプラーの他にDC/DCコンバーターも必要なので、
部品代も高めになる可能性があります。

通信速度の上限はフォトカプラーの性能に支配されます。
高速通信を行いたい場合は、オシロスコープによる波形確認を行いましょう。

４.半二重RS-422による接続方法

実は今回採用する方法がこれです。
SPIの信号をPIC等のマイコンを介して非同期シリアルに変え、
差動トランシーバーにて通信するという内容です。
差動信号ですからノイズに強く通信速度も高速です。
（半二重式なので、それによる制限は発生しますが）
デメリットとしてはマイコンのファームウェア開発が必要となり、
開発工数が大きくなってしまう点です。

それでも今回、この方式を選んだ最大の理由というのが、
信号線が１対のツイストペア線のみで足りる点です。
現状、外気温をモニターするセンサーが存在するわけですが、
これはアナログ電圧値で「かんたんスマートモニター」に入力しています。
この信号線というのが１対のツイストペア線なのです。
この他に電源用のツイストペア線も走っているので、
合計で２対のツイストペア線が「かんたんスマートモニター」から延びています。

そこで半二重RS-422方式を使用すると、
現状のケーブルが　そっくりそのまま流用できるのです。
外壁の通線加工が不要というのは　かなり利点ですので、
工数のデメリットを承知の上で　この方法を選んだのです。

通常、SPI通信は高速なので、フルにデーター転送を行われると
半二重のRS-422では送りきれません。
しかし今回の場合は通信頻度も少なく、データー量も少ないし、
リアルタイム性も求められないので特に問題にはならないでしょう。
ちなみにマイコンはマイクロチップのPIC16LF1823を使用予定です。

外気温モニターの拡張 その１

我が家では「かんたんスマートモニター」の連続稼働テストも兼ね、
外気温のモニターを続けております。
外気温だけでも見えるのは　なかなか面白いのですが、
昨今の豪雨を顧みて、湿度もモニター出来ると面白いかも？
と思い始めました。

そのシステム変更について、ここで記事にしていきます。
割と長い文章になりそうなので、分割形式で記載いたします。

 

さて本題です。
湿度を測る為には湿度センサーが必要ですが、湿度センサーはピンキリです。
温度センサーのように割と簡単に精度が出せる代物ではない為、
価格と精度に　かなりの幅が有ります。

例えば、オムロンの湿度センサー「ES2-HB-N」は実売約５万円ですが、
これでも精度は3％程度です。
気象庁等で使用している湿度センサーは更に高価なんでしょうね。

しかしながら湿度測定を生業にするわけではないので、
デモでそんな高価なセンサーを用意できるわけはありませぬ。

ここは大人しく秋月電子で扱っているセンサーを使用することにしましょう。

秋月電子の湿度センサーの項目を見てみると、結構な品種が並んでいます。
この中から絞り込むわけですが、実はあっさり１つに絞ることができました。
今回選んだのはAE-BME280です。

理由は単純で、これだけがSPIインターフェースを使用可能だからです。
その他の製品だと１線式インターフェースもしくはI2Cインターフェースです。

I2Cはかなり幅を利かせている様で、多くの製品で使われています。
I2Cで選ぶと選択肢が非常に広がるのですが、
今回は「かんたんスマートモニター」に接続するのが目的。
「かんたんスマートモニター」ではI2Cのインターフェースを用意していません。
これには諸々の理由があるのですが、ここでは省略いたします。

以上のような流れで、SPIインターフェースを持ってるAE-BME280を用意しました。

さて、システムの全体像はこんな感じ

 

室内に置いてある「かんたんスマートモニター」へ、
屋外のセンサーユニットを接続します。
4G回線へ接続するわけですから「かんたんスマートモニター」毎、
屋外へ設置すれば良いのでは？という疑問もありますが、
「かんたんスマートモニター」を防雨ボックスへ納める必要があり、
AC電源を室内から引っ張る必要もありまして、結構大掛かりになってしまいます。
更に室内に有ることでデバックが楽というメリットも。
なお、「かんたんスマートモニター」の屋外設置は多数事例が有り、
それ自体が難しいわけではありません。

ただまぁ、壁を通ることもありまして、
センサー部までのケーブルは約5m必要になってしまいます。

 

 

 

 

 

 

 

今度は全体像ではなく、「かんたんスマートモニター」とセンサー部の
接続について見ていきましょう。

 

 

センサー部からは測定信号を送る信号線を繋ぐのはもちろん、
センサー部の電源も「かんたんスマートモニター」から送ることになります。

 

 

 

 

 

 

電源についてですが、BME280は1.8Vが標準で最大3.6Vでも動かせるそうな。
しかしセンサーに必要以上の電圧を加えることはセンサーの発熱増加に繋がり、
測定値の誤差の原因になってしまいます。
ですので今回は1.8Vで動かす前提で考える事にします。

電源供給側である「かんたんスマートモニター」は複数種類が供給可能。
ユニットの１次電源（今回は12V)、アナログ用5Ｖ、デジタル系の3.3V、
という感じです。
1.8Vを出力する能力はありませんが、そもそも1.8Vのような低電圧を
5mのケーブル経由で供給するというのはナンセンスなので、
センサーモジュール側で降圧し、1.8Vを作成するのが一般的です。

今回使用するセンサーBME280はI2CとSPIの２種類のインターフェースを持っていますが、
今回は「かんたんスマートモニター」の都合で、SPIインターフェースを使用します。
そこで懸念事項となるのが信号の電圧レベル。

「かんたんスマートモニター」はマイコンの仕様により、信号は3.3V系となっています。

BME280の信号電圧は電源電圧依存ですから、
1.8V電源で駆動した場合は信号も1.8V系となってしまいます。

この電圧の違いを何かしらで対処する必要が出るわけです。

基板CAD用マシンのマウス新調

 基板CADマシンで使用していたマウスのボタンが劣化してきたようで、
クリックの反応が悪くなってきました。
CAD作業ではマウスのクリック回数がハンパ無いので、劣化は仕方無いところ。

汎用スイッチが使われているのであれば、
スイッチのみを交換するという手もありますが、
イマイチ分解方法が解りにくかったので、新調することにした次第。

今まで使用していたマウスはエレコムのM-XGL10DBBKという製品。
握りやすさを追求したEX-Gシリーズです。

EX-GシリーズはI/Fが有線・無線・ブルートゥースの３種類、
外形サイズはM・L・XLの３種類から選択可能と、
結構バリエーションが存在します。

私が使用していたのは無線タイプのＬサイズ。
有線タイプはケーブルが邪魔になってしまうし、
プルートゥースは定期的にマウスの挙動が停まるのでストレスになるしと、
無線タイプで落ち着きました。
ちなみに無線は2.4GHz帯を使っているそうです。
レスポンスは有線タイプと差異を感じません。

サイズは好みが有ると思いますが、私はＬサイズがベストでした。
Mサイズも使ったことありますが、小さいと手にストレスが溜まる模様です。

ということで、実績を考えると同じ品に買い替えるのがベストですが・・・・・
M-XGL10DBが無くなってる！！

なんとリニューアルで新製品に置き換わっておりました。
ならば後継機種でいいかと思いきや、あれ？微妙に外形違う？？

そう、リニューアルで外形が変更になっていたのです。

長時間作業に使用するマウスは握った感覚が結構重要なので、
外形変更は非常にネック。
安易に購入する前に、実物を確かめる必要があります。

先週のお出かけの最中、ビックカメラへ寄る機会が有りましたので、
現物を触ってみました。
う～ん、確かに　かなり感覚が異なります。
とは言え、ダメ出しするほどでもないので、とりあえず１台購入してみることに。
購入したのはM-XGL30DBSKBKという製品です。

早速写真で比較してみます。

まず、上から見た様子。

 

左側が旧機種で、右側が今回購入した新機種。
旧機種同様、Ｌサイズを購入したので、見た感じはだいたい同サイズでしょうか。
ホイールが有る上面が右側に傾いてるのが解りますでしょうか？
写真の撮影アングルの問題ではなく、実際に新機種は傾いているのです。

 

次に横からみた写真。

 

高さが大きく異なるのがお解り頂けるかと。
この、高さの変更と上面傾きの変更とにより、握り具合がかなり異なります。

改めて握り比べてみると旧機種の方がしっくりくるのですが、
新機種の方が好みという方もいらっしゃるという事なのでしょうか？

現状、無線マウスについては　これがベストの様なので使用していきますが、
改めて旧機種は良かったなぁと実感したのでした。

LP-168S用電源ユニットの製作 ラスト

 板金が届き、これで完成！と思われた電源ユニットですが、
予想外の事態が発生したのは前回書いた通り。
この問題は中々に根深く、プロジェクト自体が没案件になっておりました。

LP-168Sは2.1chアンプなので、スーパーウーハー用のアンプが存在します。
スーパーウーハー用ですから低音域を扱うわけですが、
そうは言っても通常はHPFを用意してある程度から下の周波数は切ってしまいます。

ところがLP-168SはこのHPFが無いようでして、
そのおかげで非常に綺麗な低音が出てくるのです。
と・こ・ろ・が、HPFが無いということは増幅域がDCにまで及ぶので、
電源の質に敏感になっちゃうんですね。

そんなこんなで、一般的にはオーディオアンプ向きのはずのトランス式電源が、
LP-168Sに対しては相性が悪いという結果になってしまった模様。

この電源を使用したいのなら、LP-168S本体に対して、
更なる大幅改造を加える必要が有る、という話です。

そこまでしなくても専用のACアダプターで十分満足する音が出てるので、
このトランス式電源は没でいいべと判断したのでした。

 

ところがここにきて１大事件発生！
なんとLP-168Sに不具合発生したのです。
症状としては不安定な雑音が混じるというもの。
最終のパワーアンプ段で発生している点までは絞りましたが、
それ以上は　なかなか難しいところ。
どうも私の感覚では、パワーアンプIC自体に不具合発生してる模様。

ならばそのICを交換してみればハッキリするわけですが、
LP-168Sは変態実装なもんで、パワーアンプICの実装には専用治具が必要なのです。
（治具が無いと位置合わせが出来ないから）

ということで、LP-168Sについては　これ以上お手上げと思い、
新しいアンプを購入することにしました。
それがこれ。

 

 

Nobsound製アンプで、購入はアマゾンから。

スーパーウーハーの音質についてはLP-168Sに及ばないものの、
実用にならないレベルではないので、今後はこれを使用することに。

このアンプ、入力電源がDC12～24Vという仕様。
つまりLP-168Sの電源がそのまま流用できるんですね。

最初、LP-168S用のACアダプターを使用していたのですが、
ふと、トランス式電源が使えるんじゃね？と気づいたのです。
早速試してみると・・・・・おおバッチリじゃん。

そんなわけで、今更ながら　このトランス式電源ユニットが日の目を見る事になった次第。

そのまま流用しても使えないことはなかったのですが、
現状はLP-168Sに合わせる為、色々捻りを加えてます。

それらは新アンプにとって不要な内容なので、この際、改修することにしました。

その１・トランスの換装

元は豊澄のHT-1205を載せてました。
これは出力容量が12V 0.5Aです。
アンプ側の消費電流は0.1～0.2A程度なので、HT-1205でも足りるはすです。
しかしオーディオ用ならば電源には十分余裕が欲しいと感じるはず。
実はトランスの容量を　そこそこに絞ることで、
出力電圧が上がり過ぎない様にという捻りを加えていたのでした。

しかし新アンプは上限24Vですので、無理に電圧を抑える必要がありません。
そこでHT-1205を止め、昔使用していたアンプユニットのジャンクから取り出した
トランスへ換装しました。
このトランスは中間タップ付きで26V 1.1Aという出力。
つまり13V 1.1A ×2本という使い方が出来ます。

その２・平滑回路部の変更

トランス後の回路も結構手を加えました。
以下が変更前の回路

 

 

 

 

 

 

それに対し変更後が以下

 

 

 

 

 

 

HT-1205ではブリッジ整流式でしたが、
今回のトランスでは中間タップが使えるので、
ダイオード2本による全波整流式としています。
これにより平滑電圧が少しアップしました。

電圧がアップした分、R1でドロップする電圧も大きくすることができます。
R1とC1でLPFを形成し、電源リップル分を低減しています。
なのでR1は大きい方がベターなのですが、
アンプの消費電流とアンプへの出力電圧も加味する必要があります。

一番大きな変更点は3端子レギュレーターを削除した点ですね。
LP-168Sでは実用電圧範囲が狭かったことも有り、
7812で定電圧出力する様にしていました。

しかし一般的にはこの手のパワーアンプ用電源は定電圧制御を行いません。
新アンプ用電源でも定電圧制御は不要でしたので、7812はバッサリカット。
これで電源出力には余裕が出来たはずです。

L1とC2によるLCフィルターも存在していますが、
この回路では上記RCフィルターの方がカット周波数が低いため、
あんまり効いていません（笑）

余談ですが、C2も換装しています。
新回路では出力電圧が実測13V程度なので、
16V耐圧の電解コンでも足りる様に思えます。

ところがこれはアンプの負荷電流が流れている前提の話。
何かしらの事情でアンプが切れて負荷電流がゼロになった場合、
16Vをオーバーしてしまう可能性が大です。

そこで念のため、25V耐圧の電解コンに換装することにした次第。
手持ち品の都合から3300μFに減ってしまいました。
実際、特にデメリットは感じていません。

最後に新アンプの電源部の合体です。

元々この電源はLP-168Sと合体させる様に設計していたわけですが、
新アンプはケース無しのほぼ基板という形状。
しかもLP-168Sより二回りくらい小さいです。
そこで平板のプレートを用意して、アンプと電源部を合体させることにします。

meviyでサクっと製作、と考えたものの、なんと今はお盆真っ最中。
meviyも長期休みの真っ只中。
早くても加工品が届くのは来週末というところなので、
とりあえず　それまでの繋ぎとして3Dプリンター製のプレートを用意することに。

 

こんな状態になりました。
このプレートはABS製なので、シールド能力は皆無。
すぐ下のトランスの影響によるノイズが懸念されましたが、
全く問題ありませんでした。

とりあえずこれで様子見し、後日meviyで作製した鉄プレートに置き換えるつもりです。

ZIFソケット

 ZIFソケットが必要な際は、エイリス社の製品を長らく愛用してました。
当方にて同人ハードとしてリリースしてるPIC書込みアダプターでも、
やはりエイリス社のZIFソケットを使用しておりました。

ところが秋月電子ではエイリス社のZIFソケットの取り扱いを止める模様。
エイリス社自体はZIFソケットを作っている様なので、
単純に秋月電子の商品入れ替えみたいです。

秋月電子では代わり？という意味なのか、ULO社のZIFソケットを扱ってます。
エイリス社の物と比べると格段に安い！！
しかし１つ難点が有りまして、ICソケットに刺すことが出来ないんですね

ZIFソケットは消耗部品扱いになっておりまして、
ある程度の回数を使用すると交換が推奨されます。
なので下地としてICソケットを噛ませておくと、
簡単にZIFソケットが交換できるわけです。

ある意味、エイリス社のZIFソケットがこれが最強の利点とも。

それに対しULO社のZIFソケットは基板に直付けするしかないので、
交換の際はハンダを除去して交換するしかありません。
もしくは基板丸ごと新品交換してしまうか、ですね。

ちなみにZIFソケットの老舗にして定番とも言えるTextoolでは、
専用のベースソケットが用意されてました。
ただまぁ、Textool製のZIFソケットは格段に高価だったので、
当然ベースソケットも高価なわけでして、
それを追加するのは同人レベルだと厳しい。

PIC書込みアダプターの新版基板が到着したので、
早速ULO社のZIFソケットを装着テスト。
問題無く刺さったので、リリース可能です。

「つくまた」に間に合う様なら、頒布するかも？

今更ながら気づいた、アパホテルのカミソリ

 私のヒゲは床屋泣かせと言われる代物らしく、かなり硬いのでした。

硬いヒゲを普通のカミソリで剃るのは結構大変だそうで、
電気カミソリの方が向いてるんだそうな。

確かに、たまにホテルに置いてあるカミソリでヒゲを剃ると、
結構な確率でヒゲ剃り負けを起こしていたので、
指摘された際には合点がいったもんでした。

そんなわけで、若い頃からずっと電気カミソリを使用していたので、
宿に置いてあるカミソリはほとんど使わない日々が続いていました。

そんな状況下、先月アパホテルに泊まった際、
ホテルのカミソリを使わざるを得ない状況が発生。
渋々使ってみたわけです。
す・る・と・・・・・・・・

なんかめちゃくちゃ具合がいい！！

完璧とまではいかないものの、これなら次第点じゃないかという剃り具合だったのです。
改めてよく見てみると4枚刃でシェービング剤も付いてる模様。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

各ホテルのカミソリをマジマジと観察してるわけではないのですが、
他のホテルで　こんなにいいカミソリを置いてるの、見たことがありません。

後日、Schickのホームページで同等品を探してみましたが、
全く同じ物は見つかりませんでした。

一番近いと思ったのはディスポーザル品の「クアトロ4　チタニウムライト」。
外観はかなり似ているのですが、アパのカミソリには有る白い部位がありません。
アパのカミソリは「クアトロ4　チタニウムライト」の上位カスタム品なのでしょうか？

ともあれ　このカミソリならば電気カミソリの代用にしてもいいかなと。

こんないいカミソリを置いてくれるアパホテルには驚嘆してます。
今まで気付かず、ごめんなさい。

IoT用SIMで唸ってる

 うちはIoTハード屋を謳っているわけですが、
最近は困った状況に直面しております。

うちはハード屋という立ち位置なので、
お客さんへのIoTユニット販売は売り切りという形にしてます。
どういう意味かと言いますと、1台いくらで売り、
その後はお金を頂くことは無いということです。

IoT動作に伴う通信料金はどうすんの？という疑問が出ますが、
これは通信に関する契約をお客さんが直接結んでもらう形にします。
こうすることで、お客さんの通信費負担が最小で済むわけです。
IoT屋でこの形を取ってるのは　うちだけだと思われます。

お客さんが毎月数千円も通信費を払っているならともかく、
IoTだと毎月数十円しか消費しないケースが少なくないんですね。
かと言って、その程度の金額を間に入って支払うとしたら、
事務処理の手間を含めて数百円は請求する必要が出るわけです。
お客さんから見たら、かなり損してるように感じますよね。
そんなわけで、うちは通信費請求に噛まない様にし、
手離れ良くしているのです。

というのが、当初リリースした「かんたんスマートモニター」の話。
さくらインターネットのsakura.IOを使用しているので、
毎月のお客さん負担は100円に満たないので、
上記のような販売形態をとることが可能でした。

と・こ・ろ・が！！
sakura.IOが販売終了してしまい、
新たなシステムがさくらインターネットからリリースされたわけですが、
SIMの契約の他に、クラウド側のサーバーの契約も必要なのです。
(sakura.IOでは毎月のモジュール利用費にサーバー代も含まれてる）

このクラウドサーバーの費用というのが毎月4千円以上するんですね。
クラウドサーバー１台で1万枚のSIMを収容できることになっているのですが、
他のお客さんのSIMが見えちゃまずいわけですから、
SIM契約をお客さん側で行うとしたら、
サーバーもお客さん側で契約する必要あるわけです。

SIMを数千枚とか使われてるお客さんなら問題無い話ですが、
数台のIoT機器を使いたいというお客さんが
４千円以上のサーバー台を負担するというのは酷な話ですよね。

そんなわけで、当初の「かんたんスマートモニター」の売り方が
出来なくなってしまって困惑中なのでございます。