迷走の果て・Tiny Objects

オークションで三個一組でサーミスタ温度計が出ていましたので、つい落札してしまいました＾＾；；
実は数ヶ所の温度を調べてみたいと前から思ってたんです。測定対象の温度範囲は０度～１０度ぐらいです。
机に並べてしばし放置、ばらつきは0.2度ほど。数ヶ所の温度を測ってどこが一番高いかを知りたいので、これくらいのばらつきなら大丈夫です。


氷点テストをやってみました。氷水で零度を作ってそれを測ってみるという方法です。

断熱のために使ったIglooのウオータージャグです、昔々家族とキャンプに行っていたころに使っていたものですが、一人身になってから放置してました。(写真を写す前に汚れを落としました＾＾；；）


ついでに八年ほど前に作った石塚電子のサーミスタを使った発酵器の温度コントローラも参戦＾＾；；させてみました。これも一人身になってから放置したまま・・・。
センサーはテープでまとめて温度差が(出来るだけ）無いようにします。


ウオータージャグの中にバケツを入れ、水とかき氷を入れるのですが、手持ちのかき氷器が貧弱でうまく氷を削れなかったので大半は角氷となってしまいました。

このあたりはリンクさせていただいているセッピーナさんがとても詳しく解説されています。参考にさせていただきました。

氷点 - 摂氏0度の作り方

センサーを入れた様子。


一時間近く放置、自作の温度コントローラの表示は0.16℃ですが、入手した温度計は１℃ほど高めに出ています。
どちらがより正確なのかは残念ながらわかりませんが、今回の目的には充分です。

以前aitendoの極小電圧表示器（DSN-DVM-368)をバラしてみましたが、疑問に思ったことがあります。
３桁LEDとの接続ですが、10ピンしかありません。
3桁7セグメントLEDならdp(小数点)も含めると8+3＝11で11ピン必要なはずですが、LEDを見ても10ピンしかありません。

調べてみました、結論から言うとLEDを3X8ではなく5X5マトリックス接続してありました。
LEDを７セグメント風に配置しているのです。

これなら10ピンですみますが、そうまでしてピン数を減らしたいのでしょうか？コストダウンのためでしょうね。

前回はセグメントドライブポートの出力電圧を調べてみましたが、次にデジットドライブポートの電圧を測ってみました。
(回路図中、U1のQA～QD及びU2のQA～QH)
LEDはカソードコモンですので点灯時はLレベル、0Vのはずなのですが、全セグメント点灯時にデジットドライブポートの電圧はオシロによる実測で1.2Vでした。各セグメントの電流は6mA強なので全セグメントでは約50mAになります。
抵抗値は24オームと算出できます。
ルネサスのデータシート4ページ目から出力電流特性(“L”レベル) を引用します。
50mA流して1.2Vだと使った74HC595はスタンダード系ではなくバスドライブ系ということになりますが・・・。

明るくしようと電流を増やすことを考えていますが、問題になりそうなのが各ポートやVCC・GND端子に流せる電流の限度です。

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プログラム変更、PSoCのSPIMユーザモジュールを使わずに書き直し。
小数点を表示させて見ましたが、写りがよくないですね。私の古いデジカメではこれが限度でしょうか。



LEDの消費電流ですが、セグメント点灯時、電流制限抵抗330オームの両端電圧は約2.1Vでしたので、6.4mAとなります。
一方セグメントをドライブしているU3（74HC595)の出力ポートのVCCからの電圧降下は点灯時0.2Vでした、したがってU3のポートの出力抵抗は0.2/6.4＝31Ωと算出できます。


ルネサスのアプリケーションノートから出力電流特性を引用します。
使った74HC595はスタンダード系だと思いますので、大体あってるようです。

デジットで超小型12桁7セグLEDモジュールを入手しました。拡大レンズ付です。

FaceBookの某グループで74HC595を使えば良いとアドバイスされ、早速実験してみました。
回路図です、パスコンは省略してます、PSoCで制御していますが、３線シリアルですのでArduino他でも当然動くはずです。



実験中の基板です。円周率(3.14159265358・・・）を表示させてみました。
74HC595だけでドライブできるかどうか心配でしたが、とりあえず動いてます。電流などはまだ測ってません。
なお電流制限抵抗は330Ωです。
PSoCのSPIモジュールを使いましたが、タイミングにてこずりました。
結構きれいに見えるのですが、レンズが廻りの光を反射させるのでうまく写せません。

Facebookの友達でもあるトラブルシューターさんからaitendo極小電圧表示器(以下DVMと略す）の表示を微調整できることを教わりました。
おもちゃドクター養成講座（県西）用電源試作
基板裏左上のジャンパーで調整できるとの事です。
言われてみればたしかに左上にジャンパーがあります。


こうなると中身がどうなっているのか知りたくて分解してしまいました。


最初に目についたのが78L05、5Vの三端子レギュレーターです、実はレギュレーターは3.3Vだと勝手に思ってました。
回路は簡単です、上の写真に抵抗の番号を振ってあります。(コンデンサは省略してます）


実は私のバラしたDVMは、下の写真ではわかりにくいかもしれませんがJ2はパターンが引かれてショートしてあります。
理由はわかりませんけど。


あくまで私の入手したDVMがこうなっていたというだけで、ロットによっては違いがあるかもしれません、念のため。

aitendoの極小電圧表示器ですが、入力に2KΩの可変抵抗器を入れて表示をあわせてみました。
入力5.00Vの時に表示が5.00になるように調整しました。そのときの抵抗値は約1.8KΩでした。

aitendo極小電圧表示器

入力電圧	入力０Ω	入力1.8KΩ
0.00	0.00	0.00
0.50	0.44	0.44
1.00	0.96	0.96
1.50	1.48	1.44
2.00	2.00	1.96
2.50	2.48	2.44
3.00	3.00	2.96
3.50	3.52	3.48
4.00	4.04	3.99
4.50	4.56	4.48
5.00	5.07	5.00
5.50	5.56	5.50
6.00	6.08	6.00
6.50	6.60	6.52
7.00	7.12	7.00
7.50	7.64	7.52
8.00	8.15	8.04
8.50	8.64	8.52
9.00	9.16	9.04
9.50	9.68	9.56
10.00	10.2	10.0

かなり改善されました。

消費電流ですが、電圧5Vのとき
8.88表示で10.2mA
0.00表示で9.4mA
でした。

極小電圧表示器 [VM3D-30V-036]を二つ購入、色は一番安い赤。
二線式ですが、裏側左下の半田ブリッジを外して線をつけると三線式になります。


電源電圧5Vで、入力電圧を0V～10Vまで0.5V刻みで変えて測定してみました。

aitendo 電圧表示器

入力電圧	DVM-A	DVM-B
0.00	0.00	0.00
0.50	0.44	0.44
1.00	0.96	0.96
1.50	1.48	1.48
2.00	2.00	2.00
2.50	2.48	2.48
3.00	3.00	3.00
3.50	3.52	3.52
4.00	4.04	4.04
4.50	4.56	4.52
5.00	5.07	5.04
5.50	5.56	5.56
6.00	6.08	6.08
6.50	6.60	6.60
7.00	7.12	7.11
7.50	7.64	7.60
8.00	8.15	8.12
8.50	8.64	8.64
9.00	9.16	9.16
9.50	9.68	9.64
10.00	10.2	10.1

1.5V以上で2%以下の誤差。値段からすれば上等でしょうかね。
入力にアッテネーターを入れて1%程度減衰させてやればいいかな。

ブートローダライタキット [AKIT-SBW]
あちゃんでいいの [AKIT-ADINO]
あと極小電圧表示器 [VM3D-30V-036]も買いましたがそれは後ほど。

手持ちに使っていないゼロプレッシャーICソケットがあったのでブートローダーキットは安いほうを買いました。

ブートローダーキットのコンデンサは基板パターンを使わずに裏側に短く配線しました。
基板パターンはコンデンサのGNDラインがぐるっと大回りしてICのGNDに繋がってますが、なぜこんな引き回しをするのか理解できません。これでも動作すればいいのでしょうが・・・。

一年ほど前にMPL115A2を使った気圧計を作りました。HT7733で3.3Vをつくり電池一本で動作させていたのですが、最近やたらと電池の減りがはやい。調べてみると20mAも流れてます、以前は数mAだったんですが。
DC-DCコンバータ廻りが怪しいとにらんであれこれ調べてたら、積セラがおかしい。テスターで調べると１kΩ！！。
この積セラは何かのジャンク基板から外したものだったと記憶してます。こういうこともあるんですね、はじめての経験です。


ついでに基板の写真を載せておきます。
右側がHT7733を使ったDC-DCコンバータ、気圧センサーの読み出しとLCD表示にはPSoC CY8C27443を使ってます。

ネット上で見かけるフランクリン発振回路はアンプに74HCU04かLM311を使ったものがほとんどです。これはLCメーターで使われているからでしょう。（LCメーターについては電子マスカットさんにリンクが多数あります。）
この方式の発振回路は正弦波発振回路としては問題があります。位相条件はともかく、振幅条件が問題です。
回路のループを切ったときに位相回転=0度及び利得=１が条件ですが、上記の74HCU04やLM311を使った回路ではゲインが大きすぎます。
さらに74HCU04を使った場合には上記回路のR1が5.6KΩになっているのが多く、これでは小さすぎます。
そこでフランクリン発振回路をシミュレーションしてみました。
オペアンプの出力をダイオードで振幅制限してあります。
LC同調回路の入力抵抗を5.6Kと100Kと切り換えてシミュレーションし、発振周波数をFFTで見ました。
さらにアンプゲインも1.3倍と101倍と換えて比較してみました。

まずはアンプゲイン101倍の場合です。
緑色が入力抵抗5.6Kの場合です、発振周波数は15.9KHｚ程度になるはずですが、9.2KHｚと大幅に低くなっています、約0.6倍です。
LCメーターでは発振周波数をもとにインダクタンスを計算しますが、LC同調回路ですから発振周波数はインダクタンスの平方根に反比例します、逆に言うとインダクタンスは発振周波数の二乗に反比例します。
このシミュレーションでは1/(0.6*0.6)=2.8ですから100ｍHのはずが280ｍHと計算されてしまいます。


アンプゲイン1.3倍としたときのシミュレーションです。入力抵抗5.6Kではやはり低くなっています。


ここではわざとインダクタを100mHと大きくしたため入力抵抗の影響がはっきり出ています。インダクタが小さいと影響も小さくなります。とはいえ74HCU04を使ったフランクリン発振回路をLCメーターで使う場合には入力抵抗を大きくしないと、大きなインダクタの測定で誤差が大きく出てしまいます。

アンプゲインも影響します、抑えたほうがいいのですが、そのために74HCU04やLM311以外で作ろうとすると結構厄介そうです。
今回路を検討中です・・・。

過去記事：コイル抵抗を考慮して計算のし直しではコンデンサのESRを計算に入れてなかったので、伝達関数を求めなおしました。