作品の機能チェック
水流センサー
Rev.
28
 Original :014-10-31 Fri.
 Updated :2016-08-11 Thu.
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 製作した作品は細部の機能をチェックし、改善改良の参考にしている。またチェックするツールも DIY で製作
しているが、この作業も結構面白いものだ。

1 出所不明ボードの再生機能チェック

2014-10-28 Mon.
 以前、物置のジャンクボックスで見つけた 7cm x 5cm の小さなボードが捨てられずに残っていたのは
私には購入した記憶が無く、他人からの調査・修理依頼品かと考えたからだ。ボード上の IC の型式を
web で調べてもヒットしない、しかし著名なタイマーIC555 と 7474 Flip flop IC があることから、555 でク
ロックを作りフリップフロップでシフトカウンターを構成していると仮定でき、ステッピングモータードライバー
らしいとは以前から認識していた。
 今回4本の出力ラインにステッピングモーターを繋ぎ通電したが振動するだけで回転しなかったが、その
後 Cut & try の結果なんとか回転させることができた。
 しかし、測定器を持っていないので、発信周波数も不明でそれ故正確な回転数も不明なので、ひとまず
回転数のチェックから始めた。


 画像を見れば分かるように、シャフトのビスの頭がキャムの代用となり、1回転毎にマイクロスイッチをヒット
するシンプルな構造だ。マイクロスイッチの信号は自作カウンターでカウントした。


 メカニカルスイッチなので、チャターの発生は想定済みで、キャパシター (104 ) で簡単に殺すことができた。

 
 ボード上のボリュームポットで回転速度は 90〜140 rpm の範囲で調整可能。ドライバーボードはシンプルな構造なの
でボード上の処理で逆回転させることはできない。逆転するためには、X or Y 相いずれかの出力ラインをスイッチで切り
替える回路が必要だ。
 当初モーターが回転しなかった理由は、私の知識では原因不明だ。一般的にこの種の負荷の逆起電力を逃がすフライ
ホイールダイオード(画像#14-R0017605 の基板上に見える4本)を使用することは常識だ。 しかし今回の事例では、この
ダイオードを off すると正常に回転し、 set すると振動するだけで回転しないのだ。 Off したダイオードを調べてもダイオー
ドには問題は見つからないのだ。

2014-11-07 Sat.
 ボード上のトグルスイッチ or 外部からの信号で、ステッピングモーターが逆転するようにリレー回路を追加した。


 ステッピングモーターのフレームはうっすらと錆が浮いていたので、お化粧直しも済ませた。

 前述したが、ボード上のボリュームポットで回転速度は 90〜140 rpm の範囲で調整可能、消費電流は 60〜70 ミリアン
ペア. ( No load / Dual phase drive ) 。時間はかかったが、基板のパターンを追い回路図も再生できた。といったところで
記念撮影。
 実は今回使用したリレー代金より安価な価格でステッピングモーター専用の IC が市販されているのだ。それを使用すれば
ステッピングモーターの高度な利用が可能になるのだ。 専用 IC で組み上げたドライバーボード ⇒⇒


2  Stepping motor driver IC を入手

2014-10-31 Fri.
 サンケンのステッピングモーター・ドライバー IC SLA7070MPRT を入手した。

 最初の驚きは、手持ちの基板には付けられないと分かったlことだ。ピンが千鳥足の形状であることはカタログ
などで知っていたが、標準の 2.54mm ピッチのPIB にセット不能だとは・・・。 web で調べると、私同様困惑して
いるお方も多いようだ。基本的に個別の基板をデザイン可能な大量生産向けの商品で、個人や少ロットショップ
などは対象外なのだろう。
_

 ひとまず(奥の手を使い)基板に組み上げた。ステッピングモーター・ドライバーのフイーチャーを知るため、ボード上には
スイッチが7個も並んだ作品になったが、本来はドライバー IC とマイクロコンピューターが並ぶだけのシンプルなデザイン
で仕上げることができるのだ。 FYI シンプルに組み上げたドライブボードの作品例 ⇒⇒ 
 この作品は 6msec のドライブクロックを PIC マイコンで作っているため、50rpm ぴったりで回転する。当然自作カウンター
で調べた回転数も 50rpm だった。
 個人的にこのドラーバーチップを評価できない理由のひとつは、10 Volt 以上のステッピングモーターしかドライブできぬ
事だ。5Volt 仕様とか 2.8Volt 仕様のモーターを手元に持つ私は、ステッピングモーター・ドライブモジュールを自作することで
対応している。


3 回転数チェック ( 光学方式)

2014-11-01 Sat.

 以前の様なメカニカル方式でなく、電子的にカウントする方法にチャレンジしてみた。これがその様子だ。
 

 LED とフォトトランジスターで、[ コ ] の字型に構成されたモジュールを使い、 コードディスクのバーの読み取りをトライしてみた。


 矢印が示す2本のバーの読み取りはできたが、その外周の細かいスロットの読み取りは困難だった。われわれが入手可能
なセンサーは 0.5mm の分解能が限度で、それ以上の精度の光学センサーの入手は不可能ではないだろうが簡単ではない
のだ。


 当然チャターやスイッチの動作音のない無音のテストとなった。この様なフォトインタラプション方式の問題点はスレッシュホ
ールドとヒステリシスをカバーする必要性だ。今回は乏しい知識を使って対応できたが、次回はホール効果素子を試みる
つもりだ。

2014-11-06 Thu.

 新しい光学式センサーを入手した。昔の製品は LED とフォトトランジスターの単純な組み合わせだったので、信号を
増幅する必要があったが、最近の製品は適切なヒステリシスを持つアンプを内蔵しているので、回路設計がとても簡単
なのだ。 (入手した製品は OMRON 製)


 この3個の穴を持つアームをセンサーに通過させると、1回転で4カウントされる。つまり 1,000回転すると表示は
4,000 となる。機能チェックのために製作した作品なので、『4,000 回転まで測定可能な機器で 1,000 回転の測定は
余裕をもって行える。』ということなのだ。


 例えば上の画像の様に、背後の測定値が4で割り切れない数値となっている場合、正しく測定できなかったと判断
できる。これにより、カウンターの測定能力の限界が判断できる。


4 回転数チェック ( 磁気方式)

2014-11-06 Thu.

 磁気センサーを利用したステッピングモーターの回転数を調べるモジュールも製作した。光学式やメカニカルスイッチと
異なり、外光や埃、湿度に強い特性を持つ。
 

 磁気センサーはマッチ棒右側の小さな素子だ。左側の黒く丸いものは磁石でモーター軸のアームに位置する。モーター
が高速回転すると遠心力で飛ばされるので、前の画像はサージェントテープで仮固定している。


 1回転で1回磁束変化をセンスした信号は背後の自作カウンターに送られる。表示される数値は累積回転数だ。


 矢印が示すのは、今回使用した磁石で、オフイスなどのホワイトボードに使われるマグネットクリップから取り出した
物だ。右の3本足のコンポーネントはホール効果素子(磁気センサー)だ。通常はこの様な UA パッケージ型で入手
できるが、希望すればその下のSE パッケージ(画像例はセンサーが5個のセット)も可能だ。
 次回作品はこのマイクロパーツを使うつもりだが、作業中にくしゃみをしたらパーツがどこかへ飛んで行ってしまっ
た・・・・。とならないよう気をつけるつもりだ。

 読者はご存じだろうが、ホール効果素子は、N極⇒S極 or S極⇒N極の様に磁極の変化でスイッチング
する。私は”磁気量の変化でスイッチング。”と誤解していたため、製作に無用な時間をロスしてしまった。

2014-11-08 Sat.

 今日は磁気センサー ( SE パッケージタイプ)の実装を試みた。黄色矢印が実装したホール効果素子。画像中央の
3本足の黒い物がホール効果素子単体だ。最初は 500円硬貨と並べた画像を撮る予定だったがあまりの小ささに急遽1円硬
貨と並べて記録したのだ。これを見れば、『作業中にくしゃみをしたらパーツがどこかへ飛んで行ってしまった・・・・』の話が
ほら話でないと、ご理解願えるのではないだろうか。余談だが単価は 60円(w/tax)也。

It's too big!.....
 改めてその小ささを示そう。左は一般的な 2.54mm ピッチの基板で、背後は 18pin DIP の IC だ。そして右が 1.27mm の
ハーフピッチの基板だ。


 こちらは『お仕事中』の様子で、機能的には先日テストした UA パッケージ型と同等だ。これは『撮影用』に撮った画像で、
本番テストでは遠心力で軸アーム上のマグネットが飛ばされないようにサージェントテープでマグネットを固定している。


 動作テスト中のスナップショット。

 光学方式と磁気方式のセンサーを使ったモーターの累積回転数の動作テスト。ステッピングモーターで使用する場合は、
光学式がお薦めだ。その理由だが、ステッピングモーターは構造上、強力なパルス状の漏洩磁気が発生するため、その
磁気が磁気方式のセンサーを誤動作する可能性が考えられるからだ。

5 トルクをチェック 

2014-11-20 Thu.

 知人に製作依頼された作品にコンパクトなメカニカル・パワーソースが必要なので、今回はステッピングモーターの採用を
考え秋月電子にに発注した。駆動能力だが、アマチュアなので電圧や電流、温度などは感覚として掴めるが、ニュートンなど
と言われても全く想像が付かない、念のため2種類のモータを手配した。

 NPM 社の 12V 46mN・m 仕様の製品をまず接続して確かめた。


 回転数チェックは光学系の自作センサーを使った。

 まず回転数のチェック、さらに原始的な方法だが、回転中指先で回転を止めトルクを指先で確かめる。それなりの手応えが
感じられる。 今回のテストで判明した能力を以下に示す。
1、
 実際の負荷の代替として 100gr のヒートシンクをシャフトにセットしたのだが、通電しても回転できない。50gr だと何とか回転
するが、Stert/Stop を繰り返すと起動できないケースが発生する。
2、
 無負荷状態であっても、(仕様のリミットは 590pps) 480pps 程度で起動できないケースが発生する。

 今回のテスト環境は機器の関係で 100〜480 pps でしか行えなかったが、より低速回転なら安定起動できると思われる。
今回の作品の目標は 100gr の物体をゆっくり( 4〜6 rpm )回転させたいだけなので可能だと考えている。



 今回購入したステッピングモーターは2種類だった。画像背後は自作したマウント用プレート、右は(モーターは 5.0Volt タイプ
なので)今回も製作したドライバーボードだ。


 我々アマチュアが市場で希望のステッピングモーターを入手する事は簡単ではない。本来の希望は車内で使用するので、12Volt
タイプだったのだが、今回入手したモーターは5Volt タイプだった。無論ショップでは12Volt タイプは入手可能だが、モーターシャフト
が 6.2φの製品は5Volt タイプのみなのだ。(他は全て 5.0φのみ)
 また所有のサンケンのドラーバーチップは仕様書では 10Volt 以下では動作しないため、今回もドライバーモジュールは自作である。
モーターシャフトが 6.2φで 12Volt タイプの製品があればこんな苦労は不要だったのだが、、、。

画像 補足説明 モーターシャフトにセットされたアームの先端の赤い [ もの ] はフェライトマグネットだ。ジャンクボックス内では鉄粉
           などが付着することが多い。マグネットにペンキを塗ると表面の凹凸がなくなるため、付着した鉄粉が簡単に拭き取
れるので、 DIY で塗装作業をした後に残ったペンキで磁気関係の小物を塗装するのは私の習慣なのだ。



_2015-01-02 Fri.


 市販のステッピングモーター専用ドライバー IC を使用すると、(↑)の様にすっきりと仕上げることができる。例えば
市販されている殆どのステッピングモーターはワンパルスで 1.8度分回転する。つまり1回転するためには200個のパルスが
必要だ。今回使用した SANKEN SLA7078MRT の場合、ワンパルスで 0.1125度 : 3,200パルスで1回転の微細な回転コント
ロールが可能なのだ。しかも価格は 540円 ( 2014年12月 ) と安価なのだ。
 安価で高機能な製品だがアマチュアが使用するには欠点もある。 評価できない理由のひとつは、10 Volt 以上のステッピ
ングモーターしかドライブできぬ事だ。5Volt 仕様とか 2.8Volt 仕様のモーターを手元に持つ私は、ステッピングモーター・ドラ
イブモジュールを自作することで対応している。
 補足: TOSHIBA 製品には6 Voltでも動作する製品があるが、私が利用しているショップでは現在在庫切れなのだ。

6 Appendixes
_
2014-11-27 Thu.

 10年以上ホームページを Run していると、製作依頼を受けることもあるが、基本的に全てお断りしている。と言っても事情により
受けざるを得ないこともあったのだが。今回昔のクライアントの依頼で製作した作品を参考提示しておく。
 依頼は2種類で、最初の作品は(↓)の様な物だ。

 クライアントは最近車上荒らしの被害を受けたとのことで、車内を(窃盗犯が)覗いたとき、犯罪をあきらめるような物が欲しいと
考え、仕様書と共に製作依頼を受けたのだ。


 [ 頭 ] の部分はランダムな時間・角度で・方向で水平に約 270度回転し、LED の点灯パターンもランダムである。左のパンチ板でカ
バーされた窓に(非公開の)機能がセットされている。
 ひとまず基本動作を試すために我が家の車にセットしておいたところ動きが面白かったのか、我が家は通学路ではないが、
下校時に数人の小学生がわいわいと覗き込んでいた。


 2015年1月、最終バージョン。メカニズムとファームウエアロジックをシンクロナイズするためのリミット・センサーを追加した。

 この作品は、2016年1月に製作した、超音波センサーを使った距離測定モジュールのパフォーマンステストに流用した。

 マウスポインターを画像 #16-R0022178 に乗せてください。



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