回路図に落としてみる

ロウソクゆらゆら制御の電源回路周りを、回路図に
描き出してみたりしてみる。

http://brown.ap.teacup.com/nekosan0/3357.html

これの続き。圧電素子を歪みセンサーとして使う
作戦。


＜機能の目論見＞
センサーからの信号を受けて、電源用のMOSFETをオン
にして、マイコンがコールドスタートして、一度
スタートしたら、あとはマイコンからのキープアライブ
的な信号で生き続けて、タイマーでその信号をカット
してシャットダウンする、といった感じの機能を
盛り込んでみる。



ブレッドボードの配線。



回路図。



（それぞれ、クリックで大きな図を表示）



回路図左上は、圧電スピーカ、ダイオード、LEDで構成
した加速度センサー。
圧電素子は振動センサ的な用途、ダイオードとLEDは
Vfを使った過電圧保護回路。
もちろん、LED2個の代わりに、ツェナーダイオードでも
いいんだけど、手元の安いパーツで済ますという魂胆。

回路図中央付近で向かい合わせになっているMOS-FETは
両方N型で、どっちかがオンになると、その上にある
P型MOSFETのゲートをGNDに落としてオンにするための
もの。
P型MOSFETがオンになると、マイコン側に5V供給が
行われるという寸法。
解りやすく言うと、オープンドレイン出力のNOR回路。

http://elm-chan.org/works/lux/report_j.html

この、ChaNさんの照度計の回路図で使っている回路で
出てくるものと動作原理は同じなんだけど、圧電素子から
はあまり電流取れないと思うので、デジトラの代わりに
N型MOSFETにしてみたもの。

N型MOSFETは2N7000を想定。P型は秋月で売ってるような
小型のものなら何でも大丈夫だと思うけど、Vgs（th)が
-2～-3V程度のものを使うのと、ピンコネの順序だけ注意。

ただし、まだ描いてみただけで、全然実験してないので、
これでちゃんと動くかは不明。


あと、センサーから信号については、それを受けてる
1MΩの抵抗と1nF（1000pF）のコンデンサでLPFを組んで
あって、これが160Hzの計算。だいたい10m秒くらいの
間だけ、N型MOSFETをオンにできれば、あとはマイコン側
がコールド状態からブートストラップして、自分で
デジタル信号の出力端子をオンに。
んで、自分自身で電源をオンにし続けられるはず。
タイマーが切れたら、マイコンからの出力をオフに
すると、P型MOSFETがオフになって、主電源が落ちる。

とすると、ArduinoとかDigiSparkみたいなブートローダ
がはいってるマイコンだと、ユーザアプリが動き出すまで
の時間が長いはずなので、多分うまくいかない。コンパイル
したら、HEXファイルだけ取り出して、素のマイコンに
書き込んで使う必要があるはず。
（それでもぎりぎり動くかどうかっていう感じに作ってある）


で、無事にマイコンが起動できたら、キープアライブの
信号を出しつつ、右端の橙のLEDをPWM調光するんだけど、
その際に、今度はセンサーからの信号をADCで読み込んで、
歪みの大きさをアナログ値として読み込めるように
してある。
もし振動が入ってきたら、PWMで出力している信号を、
一定期間（1～2秒？）出力を絞るみたいなソフト制御処理
をすると、ちょっとリアルな炎っぽい感じになって良い
んじゃないかな？と。

あと、INTO割り込みも配線してあるんだけど、これは
使わないかも。


ノートに書いてあるんだけど、できれば、アナログ信号を
FFT掛けて、「フーーー」って息を掛けたような音を
拾ったら、やっぱり出力を絞れるようにしたいなぁ、と
思ったんだけど、160HzでLPF掛けちゃってるので、ちょっと
厳しそう。別の手段を考えないといけないだろうな。


あと、タイマーの時間設定をどうするかとか、タイマー
を使わないモードはどうしたらいいものかなぁ？とか、
その辺を悩んでいるところ。なにかスイッチ必要かなぁ？
と。


電源は、単3電池2本で動かしたいなぁ、と。HT7750使って
昇圧して、それを5Vとして供給しておいて、振動でP型
MOSFETをオンにして、システム全体が目覚める、と。


で、HT7750を常時発振させておく場合、どのくらいの電力
食っちゃうのかなぁ？と思って、データシート眺めて
みると、それほどでもない感じ。10uA台かな。

ってことは、単3電池2本が3V2000mAh程度と仮定すると、
ざっくり20年くらいは待機できるってことかな？
まぁ、問題ないでしょう。

どっちかって言うと、充電池で過放電にならないか
のあたりが気になってるところ。
待機中はほとんど食わないのでいいとして、稼働中
（LEDを点灯中）は、だいぶ電流食うので、そのとき
にちゃんとバッテリー残量を監視しておいて、
残り少なければ、警告メッセージ表示とかにして、
すぐにシャットダウンするようにしておけば、ニッ水
とかでも大丈夫なはず。



振動センサとして圧電素子を使うことについては、
以前、ゴニョゴニョと考えてて、

http://brown.ap.teacup.com/nekosan0/2188.html
http://brown.ap.teacup.com/nekosan0/2189.html

圧電スピーカの板に、ボルトみたいな棒をホットボンド
とかで取り付けて（キノコみたいに生やす）、加速度が
生じると、圧電スピーカを歪ませて、それに比例して
電圧が生じる、みたいなことを考えてたところ。

まだこの辺の実験はやってないので、どのくらいの
質量のネジをくっつければいいのかとか、どういう風に
くっつければ旨く加速度を検知できるのかとか、
その辺は一度実験材料を作って、オシロ当てたりして
調べてみないといけないだろうなぁ。


まぁ、ちっとずつ進めよう。




そうそう。2N7000に丁度良いMOSFETのパーツデータが
無かったので、標準で登録されているパーツを元に、
適当にでっち上げてみた。

mosfet_mini.zip
（例によって、CC-By-SA）

TO-92サイズのMOSFETってあまり無くて、しかも2N7000
って、G-D-Sの順じゃなくて、S-G-Dという具合に、ゲート
が真ん中。

BS170もTO-92でゲートが真ん中なんだけど、2N7000とは
丁度真逆のピンコネになってる。注意要。


TO-92のP型MOSFETを探してみると、とりあえず見当たるのは
2SJ496くらいみたい。

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09040/

これは、ゲートが真ん中じゃないタイプなんだけど、
普通サイズ（TO-220）と比較すると、順序が逆向きで、
S-D-Gになってる。

なんだかねぇ。このあたりって、統一されててくれれば
うれしいのにねぇ。

なので、とりあえずN型P型ともパーツデータを作って
みたものの、2N7000にしか使えなさそうな感じ。





https://ncode.syosetu.com/n4343eh/2/

旧ソ連式の、大気圏再突入の方法って、なんか普通に
考え付くことなんじゃないのかなぁ？って思ったんだけど、
アメリカはそういうのやってなかったんだなぁ。

ペリジ付近を何度か通過しながら減速して、っていうの、
いかようにでもできそうなきがするよねぇ？

これまで、ソユーズで外国人宇宙飛行士をたくさん運んで
居たはずなのに、みんな知らなかったってことなのか
なぁ？不思議。

ただ、何度もピョンピョンする必要があるので、狙いを
済ましてピンポイントで着陸地点を絞るのって、可能
なのかどうかがちょっと判らなかったんだよな。
その辺の運動方程式を解く方法あたりが特許になり
そうな部分なのかな？


それにしても、中国が特許とっちまおうとしてて、
ロシアと中国でオフサイドトラップやってるって
いうのがなかなか趣がある。
仲良くケンカしな。