電磁バルブの自作
水流センサー
Rev.
18
 Original :2014-09-01 Mon.
 Updated :2014-10-31 Fri.
雨水タンク
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雨水タンク
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製作品
機能テスト


SeeedStudio POW110D3B G 1/2 Water Flow Sensor
                                                                              
 雨水や残り湯などを再利用するシステムをかれこれ5年以上使用している。その後タンク貯水量を室内でモニターしたり、
複数の貯水タンク相互間で送水/受水するフィーチャーなども追加した。
 貯水タンク相互間の送水/受水も室内で、『残り湯タンクの残量が少ないようだから、雨水タンクから送水しておこう。』などと
ボタン操作のみで可能とした。このためには水路を開閉する電磁バルブと呼ばれる商品が必要になるが、少々高価である。
 中国製のプラスチックを多用した安価な商品も web で見かけることもあるが中国製品のプアな品質を考えると手を出す気
にはなれない。
屋内から水路のバルブ操作をしたいのだ。
 例えば、この様な()赤いハンドルを全閉から全開にするには3・1/2回転、反時計方向に回さねばならないのだが、私は
遠く離れた屋内から操作したいのだ。更に今、閉じているのか開いているのかも屋内で知りたい希望があるのだ。
 私は国産の業務用の商品をネットオークションで入手したが、ネットオークションの場合、希望の商品や数量が必要な時に
すぐ手に入らぬ不便さがある。  FYI  : 以前 Net auction で入手した電磁バルブ ⇒⇒

 補則 : 電磁バルブはパワーソースが、安価だが、設置に制限項目が伴うソレノイドを使用する製品と、モーターメカを使用
      する製品が、 あるが、私の使用環境ではソレノイド使用の製品は水圧と水流方向に制限があることから使用する
      意思はない。


 それならば、 DIY 精神で自作しようと思い立ち、物置からジャンクパーツを集めてて製作した [ 自作電動バルブ ] だ。

 これ()は現時点の作品で、今後更に改造/改良の予定があり、画像は進捗に応じて差し替える予定だ。

 初期の作品からこの作品までの製作過程を以下に記しておく。

1 最初の一歩


 今回のミッションで必要な物を示そう。左から [ 開閉バルブ ] 、[ジョイント ] 、[ ステッピング・モーター ] 、下はステッピング・
モーターのドライブ / コントロール用のロジック回路だ。ちなみに、この回路の 90% は市販の専用 IC 1個で置き換えることが
可能だ。


 ジャンクボックスから拾い上げた真鍮のシャフトの加工から始めた。


 今開けているのは3mm以下の小さな穴だが、黒い矢印の個所の穴もドリルで開けたのだ。


 4個所にドリル穴を持つこの部品はカプラーとかジョイントなどと呼称される品物だ。模型材料などの専門店へ出向けば精度の
高い物が入手可能だと思われるが、今回の作品は成功するか否か不明なので、仮の部品で試みるのだ。


 同様の穴をステッピングモーターのシャフトにも開けておく。


 手作りジョイントをバルブのハンドルに針金で縛り付ける。最終的にはもう少しスマートに仕上げるつもりだが、今回は基本
動作テストが目的なので、不格好だがこのまま進める。


 モーターのシャフトに 2.6mm の穴を開け、2.4mm のステンレスの Bis/Nut でジョイントに接続する。


 モーターシャフトとハンドホイールの接続部をクローズアップ。


 双方のシャフトのセンターは正確に合ってはいないが、高速回転するわけでもないので問題は無いだろう。


 パワーサプライを接続、 Power On の前に、バルブを全開にし、手で支え Power On !。プログラムは最初に3・1/2右回転
するように組まれている・・・・・・・。バルブのハンドルはするすると回り始めた。全くの白紙からのテストなので、例えばモーター
のトルク不足でバルブハンドルが回らないなど問題が生じるだろうと予想していたのだが・・・。全閉位置でで回転停止、ブルー
の LEDが点灯した。 その後10秒間の停止後ハンドルは逆方向(全開方向)に回り始めた。

 画像ではカメラのストロボの関係で見にくいが、時計方向に3・1/2回転した後、バルブ [ 閉 ] を示すブルーの LED が点灯
している。逆方向の場合はレッドの LED が点灯するように組まれている。蛇足だが、この回路は別の目的に製作した物で
プログラムのみが異なっている。

 基本動作は確認できたので、後日プロダクトモデルを組むつもりだ。今回のドライブ / コントロール回路はジャンクパーツを
流用して組み上げた物だが、ステッピングモータードライブ専用パーツを使いシンプル & コンパクトに組み上げたいと考えている。


 ジョイントは模型店などで探せば精度の高い物が見つけられるだろう。バルブのハンドホイールは不要なので取り外しても
良いが現場でのマニュアル操作用に残しておく案もある。ブルーの矢印がマイクロコンピュータ PIC 16F683 で、モーターの
回転方向、トルク、スピードなどをコントロールしている。


2 最初の一歩から少し踏み出す



 廃棄予定の過去の作品のジャンクを今回の作品に生かすことにした。


 24Volt ドライブのステッピングモーターや目的不明のシャフトなどがジャンクボックスから見つかった。上の基板は画像
# 14-R0017471 の各基板から寄せ集めたものだ。
 ⇒基板は 2014-10-26 に(全てジャンクボックスの再生パーツで)組み上げた。 ⇒⇒


  6.5mm ドリルでローラーの穴を拡げている途中。


 穴を拡大したローラーはステッピングモーターのシャフトに無駄なロスプレイもなくぴったりと合っている。ある程度の
ロスプレイは覚悟していたので、好結果に思わずにんまりしてしまった。


 1.5mm厚のしんちゅう板も見つかった。


 ローラーを1.5mm厚のしんちゅう板に接着するため。


 接着面を磨き上げ。


 溶接後、余熱をビーカーの水で冷却。


 ほぼ90%完成した。双方のシャフトのセンターが、(私の工作レベルでは)僅かにオフセットしているため、軸方向と円周方向の
不要なメカニカルストレスを逃がす構造を採用した。
 観察力の鋭いお方は気づかれたと思うが、この構造は、『既に施工済みの手動バルブに(現状変更無しで)電動メカにズムが
後付けできるデザイン。』なのだ。 


 全閉⇒全開⇒全閉 を繰り返すテストプログラムをスタートした。24時間:720回の全閉⇒全開テストでは
振動、異音、熱などの問題は見つからなかった。

2014-10-26 Sun._
 先日ジャンクボックスで見つけたロジックボードのパーツを集めてステッピングモータードライブボードを
組み上げた。 コイルドライブ用にはダーリントントランジスター  2SC4811 を使っている。


さらに、その時見つけた24Volt ドライブのステッピングモーターを、先日組み上げた手作りモーターライズドバルブの
モーターと置き換えてみた。
24Volt Stepping motor を採用した試作品。
 今後変更の可能性はとても高いが、現時点のおおまかな仕様を測ってみた。
 使用電源 24V / 1 Amp の AC アダプター。
 動作時間 全閉 ⇒ 全開 or 全開 ⇒ 全閉 動作時間各 約 6.5 秒
 モーター消費電流 0.21 Amp / Single phase、 0.41 Amp /Dual phase 

 電源をオフした場合でも、電源をオフ時点の状態をメモリーしているため、次回通電時に特別な作業は
不要である。
 この記事を読み、「これほど時間と手数を掛けるのなら、既製品を購入した方がベターだ。」と評価される方も見
えると思う。「面白い。」と考える方も見えるかも知れない。この作品の最大の利点を記すならば、
 既に施行済みの手動バルブを、配管などの変更工事不要で、電動化できることだ。操作には踏み台が必要
な高所や、手の届きにくい床下などに設置されている手動バルブが、簡単にスイッチひとつで操作可能に変更でき
るのだ。


このクラスのモーターライズドバルブの開閉時間は、平均 5〜12 秒なので今回の作品の約 6.5 秒の値は
個人的には十分満足できるものだった。実は、当初の目標値は 20秒だったのだ
 同時に複数のコイルをドライブする Dual phase を選択して、パルスのクロックを上げた場合、処理速度は3秒を切る
ことも可能だが、当分 6.5 秒で使用する予定だ。

3 ファイナルバージョンの製作

 
 試作で得た情報を元にファイナルバージョンを製作する。
 
 バルブ本体をもう少ししっかりホールドしたい。そのためのパーツを作る。
 
 専門工具を持たぬアマチュアの穴開けツールはヤスリとドリルのみだけなのだ。


  


 リデザインしたシャフトのリンケージの動作テストを始めた。テスト項目を組み込んだプログラムを12時間以上
続ける、手前の LED はテスト中のステータスを表示する。


 テストと並行して、製作したパーツの最終仕上げを行う。


 これ(↑)が最終バージョンの作品だ。ドライブ回路もチューンした結果、ほぼ無音で快調に動作する事が
確かめられた。


 メカニズムのステータスは(遠く離れた)屋内でもモニター可能だ。グリーン LED はバルブが全開で、レッド LED は
バルブが全閉で点灯する。バルブが動作中はイエロウ LED が点灯し、 Green & Red はオフされる。ステータスは不
揮発メモリーに記憶されるので、電源をオブして、後日オンした場合でも。開閉の状況に応じた LED が点灯して、その
まま再開可能である。

今後の作業はプログラムのチューンへ移る。

風呂の残り湯を
トイレで再使用
雨水タンク製作
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製作した作品
機能テスト

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     エントランスの照明をやわらかな灯りに、、、 DIY で改装   


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