satto.v11のブログ一覧

久々にバイクに乗ってきました。プライベートがバタバタしていたのでこいつを相手してやれなくてバッテリーが死んだまま６ヶ月間放置してました…。

２００５年式「MOTOGUZZI V11」です。もう全然見なくなりましたね〜。レアバイクの仲間入りですw

今日が車検満了の期日なんでさすがに直して動くようにしなけりゃってことで重い腰を上げました。

バッテリーは納車からの８年モノで充電しても電圧が全然上がらなかったので自然劣化で寿命を十分全うしたのではないでしょうか。

新品のバッテリーを初期充電して取り付けて、久しぶりにエンジンに火を入れるんでプチメンテをして、奇麗に洗車してあげました。

エンジン始動！

一発でかかりました！洋物のバイクは壊れやすいとかメンテが大変ってイメージがあるけどそれは過去の話…。インジェクションのありがたさを痛感しました。

久しぶりに３０km程度ですが走ってきました。すこぶる快調！

昨日の寒さはハンパなくて雪まじりの天気で体が固まってガチガチの運転でしたが、バイク自体は快調そのもの楽しく乗れました。
もうすぐしたらバイク乗りにとって、一年で一番いい季節を迎えます。
その時プライベートがバタバタじゃなかったら遠くにこいつと行きましょうかね〜(^_^)v

前回マイコンの「A/D変換」についてご紹介しました。
いままで作った回路はその機能を使ってセンサから来るデータを数値化しているものも多くあります。今回は今までに「A/D変換」を使った「センサ類」のご紹介（自分の備忘録w）します。

写真は「LM60BIZ」というIC温度センサです。主に回路では「外気温」を測定するのに使いました。
「クルマによく使用するPIC達 ３」の「卓上時計」の中で使ったり、「自作 時計 & 外気温をルームミラーに映してみた」で使ったりしてきました。

このセンサは、-40〜+125℃まで温度を検出できます。接続方法は簡単でセンサから３本の足が出ているので「+Vs」と『GND」に電源（2.7V〜10V）を接続しすると、「Vout」から温度に応じた電圧が出力されます。クルマにこのセンサを使うときにはノイズの介入を押さえるために「+Vs」「GND」間に0.1μF程度のコンデンサを接続して取り付けました。

このセンサからの出力電圧は摂氏温度にリニアに比例しており、+6.25mV/℃という係数を持っています。この係数をプログラムで温度変換用に簡単な式にすると…
（温度）＝　160.00 X （出力電圧[V]） - 67.84
となります。例えば…
このセンサで出力電圧が+612mVという電圧が「A/D変換」にて得られたら…
　　160 X 0.612 - 67.84 = 30(℃)
となります。

クルマにはラジエターやエンジン近くの温度を発するものの近くにおくと外気温は測定できないのでフェンダーの中に忍び込ませてます。使用感としては、道ばたでよく見かける温度表示に近い値（離れていても±2℃）に温度を示してくれます。たかだか±3℃程度の精度のセンサなので分解能を上げてコンマ台まで温度表示させても数値が暴れて見苦しかったので整数で表示するようにしています。正確な温度測定を必要としない雰囲気温度を測定するのに重宝するセンサではないでしょうか？？


次に、「MPS-2407」という大気圧（絶対圧）アナログセンサです。
「自作ブースト計を作ってみた」でブースト圧を測定するのに使用しました。
中央の突起にチューブなどをさしてその圧力を測定します。チューブをささずに放置すると大気圧が測定できます。
最初は、「使用した電子部品たち２（I2C機器）」で紹介したI2C機器の「MPL115A2」を使用しようと目論んでいたのですが、裸基板で基板自体を密封しなければならない事、I2C接続でプログラムメモリやコードがチョット複雑になることで今回のブースト圧の測定はこのセンサをチョイスしました。


このセンサの中身は図のようになっており、「ホイーストンブリッジ」回路にて圧力を測定しています。
簡単に接続を説明すると、「+INPUT」と「-INPUT」に入力電圧をかけてやると「+OUTPUT」「-OUTPUT」に電圧差が生じその電圧差を「A/D変換」で数値化してやって計算をしてやる。

このセンサも「電圧の差」は圧力とリニアに比例しており、0.16mV/hPaという係数を持っています。
今回のようにブースト計に使うときには実際の測定値には大気圧を含んでいます。大まかに大気圧を1000hPaとして…
（ブースト圧 [hPa]）＝（電圧の差 [mV]）／0.16 [mV/hPa]）ー 1000hPa（大気圧）
としました。
実際の表示には、1000hPa = 約1.0bar で単位換算して表示させています。

中に「-OUTPUT」が２つありますがこれは校正用や補正用に使われるらしく今回は使いませんので短絡して使用しました。
「電圧の差」の測定方法については、「+OUTPUT」と「-OUTPUT」でそれぞれGNDとの電圧をA/D変換しその差を「電圧の差」としました。恐らく「A/Dコンバーター」を使えばもっとすっきりした回路とプログラムとなると思いますが、今回は試せませんでした。また暇なときに遊んでみますw

クルマには、「自作ブースト計を作ってみた」に書いてますので参照ください。
使用感としては、問題なくセンサーの圧力は正常に示していると思います。校正できる気圧計がないんで何とも言えませんが…w
このセンサは、I2C接続の「MPL115A2」よりは数値の暴れ方が激しいように感じます。多分に回路やプログラムにも問題ありかもしれないのでそこはまた見直していこうと思います。またデジタルモニタVer.4でも作るかなw

こうして、センサを使って見えないものを見えるものにしていく事も電子回路の楽しみでもあります。今までに作った回路は正常には機能していますが、手探り状態の試作品に近いものばかりです。作った後で「ああすればよかった〜」なんかはしょっちゅうあります。電子工作って値段もそんなに高くないんで何回も作り直しては自分の納得いく完成品に仕上げていければなんて考えています。

今回「自作ブースト計を作ってみた」の全ての表示は「A/D変換」で得たデータを表示しています。

「A/D変換」とは、アナログデータをマイコンが読めるデジタルデータに変換する事だけど、実際にPICマイコンでのアナログデータ換算は、「電源リファレンス」に対する割合で換算を行っています。

例えば、PICマイコンでよく使う「10bit分解能」での測定の場合…(10bit = 1024の分解能)

あるアナログデータを5Vの「電源リファレンス」でA/D変換を行って、その変換結果が512という値が返ってきた場合、5Vで1024の分解能をもっているということなので、
5(V) X 512 / 1024 = 2.5(V)　だという事。

ってことは、この「電源リファレンス」ってのが計算のベースになっており、この電圧が計算には重要であるって事がわかります。この「電源リファレンス」の簡単な設定方法の一つに「マイコンに入力されている電源を使う」という設定にする事です。ですが、この方法は電圧の変動によって計算結果も顕著に変わってしまいます。そこで今回使った「PIC16F1938」には「固定電圧リファレンス」ってのがあって、あらかじめ校正されたリファレンス電圧が機能として用意されています。「1.024V」「2.048V」「4.096V」から電圧を選ぶ事ができて、マイコンに入力されている電源以下の電圧ならどれでも使用できます。これなら、回路を組んで電圧の実測をしてプログラムを書き換える必要もなく、他の電源に繋げても正確な結果が得られます。
今回の回路は「4.096V」の電圧を使ってデータを計算させています。


以下のような場合、A/D変換をする時にはちょっと工夫が必要です。
①「電源リファレンス」よりも大きな電圧を測定する場合
…そもそもマイコンに大きな電圧をかけるのはNG
②「電源リファレンス」に比べ極小の電圧を測定する場合
…上の計算だと分解能は4.9mV程度の分解能しかない


まず、①の「電圧が大きすぎる」場合ついては今回の「自作ブースト計を作ってみた」での「電圧計」測定は、バッテリー電圧を測るので12〜14Vと高い電圧を測定します。このままマイコンには入力できません。このような場合、今回は上の図のような「抵抗分圧」回路を組んでやって電圧を分圧してやりマイコンに入力しました。上の回路では…
10kΩ / (10kΩ + 40kΩ) = 1 / 5（倍）となって14Vの電圧でマイコンへは2.8Vが入力されます。これなら5Vのリファレンスでもまだ約0.02Vの分解能なので小数点第一位表示としても十分な分解能となります。

次に②の「電圧が小さすぎる」場合についての対策として前のバージョンでは、「オペアンプ」を使って増幅させました。「非反転増幅回路」ってやつで入力電圧を数倍に増幅させてやります。「使用した電子部品たち（オペアンプ）」で少しふれています。
例えば、温度センサ「LM61BIZ」は使用領域0〜30℃だとして0.4〜0.6Vの範囲しか電圧の振り幅がありません。1024の分解能でリファレンスが5Vだとして0.6℃の分解能しかありません。そのままでは、0.5℃刻みでも表示できないってことになります。

んで、図の「オペアンプ」ってICを使用してやってR1に10kΩ、R2に30kΩの抵抗を付けると、
(1 + R2 / R1)倍という式が成り立つので、約4倍の増幅ができます。OUTPUTには1.6〜2.4Vの範囲が出力されることになります。これで分解能も0.2℃までアップします。


クルマのECUから信号を拾う場合、市販のセンサを使う場合はアナログデータでの換算が必要な場合が多いです。
マイコンでは気軽に使える「A/D変換」ですが、分解能のことやリファレンス電圧のことを考えながら計算しなければならないのでややこしいです。

私はこういう類いの計算が好きなので性に合っていますが…w

前のブログ内で、I2Cの通信を使って「日付・時間表示」や「圧力表示」させてみました。
　I2C通信とは、比較的低速な周辺チップとの接続に使われる接続方法です。マイコンで扱えるモジュールとして他には、「EEPROM」や「温度センサー」や「A/Dコンバーター」等があります。この接続の最大の利点は、GNDあわせて接続が３本で済むことで、私みたいにハンダでちまちまと回路を組んでいるひとには接続が楽になります。
　通信の送受信は、「マスター」と呼ばれる通信を制御する側（マイコンなど）と、「スレーブ」と呼ばれるI2C機器側に分かれていて、実質２本の配線を使って双方向やり取りを行います。
　図はマイコン（マスター）で制御をして２個のI2C機器（スレーブ）と通信する場合の接続例です。２本の信号線は電源から抵抗でプルアップさせるだけの接続です。この方法で最大１００個もの接続か可能となるらしいです。

　実際のプログラムの実装は、「マスター」側が全て通信の主導権を握って送受信を行います。「スレーブ」のI2C機器はそれぞれに「スレーブアドレス」を持っていてそのアドレスを送ってI2C機器を指定してやります。

機器との送受信方法はチョット複雑なので大雑把にイメージだけ…
「データの受信」は…

1. マスター側からI2C機器のアドレスを送ってやって通信を行う機器を指定してやる。
2. マスター側が欲しいデータのレジスタアドレスを送ってやる。
3. スレーブ側からそのレジスタアドレス対応するデータを送ってくれる。

「データの送信」は…

1. マスター側からI2C機器のアドレスを送ってやって通信を行う機器を指定してやる。
2. マスター側から送信したいデータのレジスタアドレスを送ってやる。
3. マスター側から送信したいデータを送る

実際は、読込み・書込みのモードをいちいち切換えたり、送受信の信号を確認しながら通信を行うので、プログラムはもうチョット複雑です。

んで…今回使ってみたI2C機器は以下の２つです。


①RTC-8564…リアルタイムクロック
「自作 時計 & 外気温をルームミラーに映してみた」や「クルマによく使用するPIC達 ３」で使いました。
日付・曜日・時間はもちろんのこと、指定時間に信号を出す「アラーム機能」や「タイマー」なども設定したりと機能は充実してます。
　うるう年などの日付の管理も自動でやってくれるので時間を扱うにはプログラムの書く手間が減ります。結構使えるICだと思います。
外部へクロックを出してくれる機能もあるので、今回のプログラムではそのクロックに乗せて１秒ごとにグラフィックLCDの更新をしています。
肝心の時間誤差は、バックミラーに表示させているプログラムは１ヶ月くらい連続使用していますが、思ってたよりも時間は狂ってません数秒程度です。



②MPL115A2…大気圧センサー
「クルマによく使用するPIC達 ３」で使いました。
大気圧（圧力）のセンサーです。けっこう本格的なセンサーで中には気圧補正用の温度センサーまで内蔵されています（実際には補正用のセンサなので実測しても実際の温度とは誤差があるらしいですけど…）。
本格的という事は結構大変な計算が必要となります。計算用に８個の測定係数がありその係数をI2Cでやり取りをして取得し複雑な変換をしないと実際の気圧が出ません。計算時に浮動小数点を使用するのでプログラム容量が大きくなります。複雑だったので何度も心が折れそうになりましたw
実際の測定値は他に調べるすべがないので確認できませんが、ネットで調べる限りでは妥当な計算値が出ていると思います。


最近では他にもいいセンサもあるので無理してI2C通信を使用しなくてもいいのですが、I2C通信ってのが何？って事を知りたかったので今回無理矢理使った感じです。
確かに配線はシンプルになるし、細かい測定や計算はICおまかせとなるのでプログラムが小さくて済みます。
マスターとなりうるマイコンは、相性や性能がある程度必要なので選択には注意が必要ですね。

前のブログでPIC24Fシリーズの紹介をしました。でも、回路を考えてクルマに使う程度の処理だと、PIC16Fシリーズで必要にして十分です（私のスキルが低いからか？）

今、PIC16Fシリーズで最近よく使用しているのは「PIC16F1938」というPICです。「自作デジタルモニターを作ってみたVer.2」辺りから使い始めました。ちょっと古いPICですが、前に紹介した「PIC16F88」と比較するとこんな感じ…


「PIC16F88」は古いので一概に比べると性能の差は歴然ですが、最近では同じ18ピンでもっといいPICは探せばあるともいます。
この中でこのPICは、プログラムメモリ容量が大きいです。少々大きめのプログラムを書いてもへこたれませんw
以下紹介する回路では、1,500行（C言語では行数とプログラムの大きさは関係ないですけど…）程度のプログラムを書きましたが、まだメモリが30%の余裕があります。今まで使っていたPICだとメモリがパンクしていると思います。
他のスペックを見ても、ひとクラス上の性能を持ったPICです。値段も安いしお気に入りのPICです。

今回、正月に暇の合間をみて、この「PIC16F1938」を使って、「卓上時計」を作成しました。クルマネタではないのですが、マイコンネタという事で…w
その名の通り「机に置く時計」です。電子部品を色々通販で購入していると破損も考え一回に結構多めに注文してしまって多くの電子部品達が余ってます。
今回はその余りを使って、そして「自作 時計 & 外気温をルームミラーに映してみた」で使ってみた機能のPIC16への移植する勉強もかねて…。

表示は、リアルタイムクロックRTC-8564NBをI2C接続して「カレンダー」「時刻」を表示させて、LM60BIZの温度センサA/D変換でデータを読み取りながら「室内温度」、大気圧センサMPL115A2をI2C接続でデータを読み取り「大気圧」を測定し表示させます。
グラフィックLCDは、クルマに付けようと思って大きさも見ずに購入して思いっきり失敗した横幅が70mmもあるLCDですw
このような用途では液晶部分が大きいため視界性抜群ですw

裏面はこんな感じです…。

スパルタンに基板丸出しですw

回路は、こんな感じです…。

電源は、5Vとし携帯の充電用のアダプターを適当に見つけて電源としてます。
電源アダプターを抜いても時間を忘れないようにするためにバックアップ電源として「CR2032」のボタン電池を取り付けています。
I2C接続は同導線上に複数のモジュールを追加する事ができるので今回は２つのモジュール「リアルタイムクロック」と「大気圧」センサを繋げて制御してみました。


ただの時計表示する回路ネタですが、コンパクトに作れたんじゃないかと思います。
「大気圧計」なんて気圧なんて変化するもんじゃないし、どうかな？と思ったけどI2C接続できるモジュールってあまり種類がなくて卓上時計で表示させてもおかしくないモジュールってことで表示させてます。
値は「991hPa」を示してしますが、測定点(自宅)はちょっと標高が高い位置にあって計算してみると妥当な数字みたい。

次回のクルマネタは圧力計を使って何かできないかと、妄想してますw