日々の記録

ほどよく書いてきます。

メモ S8100Bを使った温度計

2023年09月17日 00時00分53秒 | Arduino

S-8100Bというセイコーエプソンの温度計がある。出力インピーダンスが高いので出力を1MΩでプルアップせよとあるが、オープンコレクタ出力なのだろうか。1MΩでプルアップしないと直接マイコン端子に接続ではうまく温度測定できなかった。

小数点表示はおいといて、ダイナミック点灯で表示できるところまではいった。

校正してないが、28.7℃ほどの気温のようだ。あつい。

ノイズが大きいのかADCの読み取り値が大きく変動するので、平均化をガッツリしてみた。15000回ほど・・・
150回のADC変換で0.99倍しながらADCの値を加算するので、150x100=15000回平均値となる。

 

Arduinoで作ったProMicroのコードをメモがてら載せておく。
======以下コード======

//使うデジタルピンの番号を入れておく。
//DDRx, PINx, PORTxレジスタで操作したかったが、ピン足りなかった

uint8_t Channels[]={2,3,4,5,6,7,8}; //ドットは別で定義しておこう
//        /-a-/
//       f   b
//      /-g-/0
//     e   c
//    /-d-/ .
//Channels 23456789
//7segment abcdefg.
//       0 11111100
//       1 01100000
//       2 11011010
//       3 11110010
//       4 01100110
//       5 10110110
//       6 10111110
//       7 11100100
//       8 11111110
//       9 11110110


//7セグの配列を入れてある
uint8_t SegmentArray[10][7]=
    {
        {1,1,1,1,1,1,0},
        {0,1,1,0,0,0,0},
        {1,1,0,1,1,0,1},
        {1,1,1,1,0,0,1},
        {0,1,1,0,0,1,1},
        {1,0,1,1,0,1,1},
        {1,0,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,0,0,1,0},
        {1,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,1,0,1,1},
    };

// 0を表示したい場合、次のように値を入れるのがいいだろう
// for(i=0,i<8,i++){
//   digitalWrite(Channels[i],Segment[0][i]);
// }

long ADCValue;
long LN2;
long tempVal;
uint8_t A;
uint8_t B;
uint8_t C;

void ShowNone(){
  //7セグLED消灯
  for(uint8_t i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    digitalWrite(Channels[i],0);
  }  
}
void ShowNum(uint8_t X) {
  if(X>9){
    ShowNone();
  }
  else{
    //7セグLEDに数字を表示する
    for(uint8_t i=0;i<sizeof(Channels);i++){
      digitalWrite(Channels[i],SegmentArray[X][i]);
    }  
  }
}


void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  // Serial port setting
  Serial.begin(9600);

  //pinMode Setting for a to g LEDs
  for(unsigned char i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    pinMode(Channels[i],OUTPUT);
  }

  //Digit Position
  pinMode(9,OUTPUT);
  pinMode(10,OUTPUT);
  pinMode(16,OUTPUT);

  // 7セグLEDの点灯テスト
  for(unsigned char i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    digitalWrite(Channels[i],HIGH);
    delay(100);
    Serial.println(Channels[i]);
    digitalWrite(Channels[i],LOW);
  }

  //0から9までの数字表示の確認をする
  for(uint8_t j=0;j<10;j++){
    ShowNum(j);
    delay(100);
  }
  ShowNone();
  
  ADCValue=0;
  for(int i=0;i<15000;i++){
    ADCValue += analogRead(A0);
  }
}

void loop() { 
  // put your main code here, to run repeatedly:
  //ADCで電圧を読んでくる
  // 1V-5Vを0-99%に割り付けた値をXとする(100%表示はしない)
  // Xを10で割った商Aが10の位、余りBが1の位になる。
  // Aを表示,Bを表示,ブランク表示を繰り返す。

  LN2 = map(ADCValue,3363900,5861400,800,-200);  //1-5Vを0-99に割付
  A = LN2 / 100;  //10の位
  tempVal = LN2 % 100;  //1の位
  B = tempVal /10;
  C = tempVal % 10;

  //シリアル通信で計算している中身を送信
//  Serial.print(millis());
  Serial.print("ADC Value:");
  Serial.print(ADCValue);
  Serial.print(",AR:");
  Serial.println(analogRead(A0));
//  Serial.print(",ABC:");
//  Serial.print(A);
//  Serial.print(",");
//  Serial.print(B);
//  Serial.print(",");
//  Serial.println(C);

  digitalWrite(9,HIGH);
  digitalWrite(10,HIGH);  
  digitalWrite(16,HIGH);  
  if(A>0){
    ShowNum(A); //100の位を表示
  }
  else{
    ShowNone();
  }
  digitalWrite(9,LOW);

  ADCValue=ADCValue-ADCValue/100;

  //delayの代わりにADC変換する
  for(uint8_t i=0;i<50;i++){
    ADCValue += analogRead(A0);
  }
  digitalWrite(9,HIGH);

  ShowNum(B); //10の位を表示
  digitalWrite(10,LOW);  //点灯
  
  //delayの代わりにADC変換する
  for(uint8_t i=0;i<50;i++){
    ADCValue += analogRead(A0);
  }
  digitalWrite(10,HIGH);  

  ShowNum(C);
  digitalWrite(16,LOW);
  //delayの代わりにADC変換する
  for(uint8_t i=0;i<50;i++){
    ADCValue += analogRead(A0);
  }
  digitalWrite(16,HIGH);
}

 

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マイコンADCの移動平均っぽい計算

2023年09月13日 22時08分28秒 | AVR

時々使っているマイコンのADCは10bitなので1024段階(0-1023)での出力が得られるが、時間応答を犠牲にしてももうちょっと分解能を高くしたいときがある。温度計とか。

ArduinoではAnalogRead(A0)といった関数でA0端子のアナログ値を得られるのでコレを使って書くと、

ADC = r* ADC  + AnalogRead(A0);

という加算をしていくと、ADCの値にはAnalogRead(A0)/(1-r)の値が入るので、コレをつかうことでADCの見かけ上の分解能を増大させることができる、はず。

 

解説:

ADC += AnalogRead(A0);

というコードを書くとADCの値は無限に増大していく。なので、ある程度値を抜いてやると値がある値に収束するであろうことがわかる。

例えば、

ADC = 0.9*ADC+AnalogRead(A0);

と計算をすると、現在の加算値の0.9倍に読み取りの値を加算するので、感覚的に、AnalogRead(A0)の10倍の値に収束する感じがわかる。

で、0.9のところをr(0<r<1)にして見ると、

ADC = r*ADC + AnalogRead(A0);

で、AnalogRead(A0)の値が一定で、ADCが一定にに収束した状態では、左辺と右辺が等しいので、
(1-r)*ADC = AnalogRead(A0)となり、ADC = AnalogRead(A0) / (1-r)となる。

r=0.9の場合が、上の例なので、そのとおりである。

次に、マイコンの演算として浮動小数点演算は重い場合があるので、ビットシフトで除算相当をやるといいのではないだろうかと思うと・・・・

r=3/4, 7/8, 15/16, 31/32といった(2^n-1)/2^nという値にするとビットシフトで計算できて良いのではと思う。

実際には、
ADC = ADC - ADC>>4 + AnalogRead(A0);
とやると、4bitシフトなので、ADC*(1-1/16)+AnalogRead(A0)という演算と等価のはず。

と、ここまで思ったが、四捨五入問題どうなるんだろうか?

16>>4は1なので16で割ってもビットシフトしても同じ値。
24>>4はやはり1ではあるものの、24/16=1.50なので、四捨五入を食らってしまうので値がずれる。

少数第一まで計算するので、例えば4ビットシフトは16で除算、なので16の半分の8を加算してからビットシフトするとちょうど良くなるのでは無いだろうか。

そうすると、ビットシフト量をsとすると、次のような演算をするのが四捨五入にも対応するようだ。きっとsは固定値だからコンパイラがうまく処理してくれるだろう。

ADC = ADC - (ADC + 2^(s-1))>>s + AnalogRead(A0);

これが、読み取り値の、2^s倍の値になっていることにだけ気をつけたらいい。

 

10進数でも全くおなじことが言える。
1025を100で割ったら10.25で四捨五入して整数にすると10
1051を同上で11
除算前に四捨五入相当するとなると、除算する100の半分の値の50を加算しておいてから100で割って切り捨てると同じことになる。

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メモ(7セグLEDの点灯)

2023年09月10日 15時10分43秒 | Arduino

SpartkFun ProMicroで読み取った電圧を表示するプログラムができた。
ポートの8bitのレジスタを直接いじろうかなとも思ったが、Arduinoのプログラムでは各ボードにデジタルピンなどが割り振られているのでdigitalWrite(pinNo, Bool)のほうが移植性が良いらしいとか。

作って思った、表示桁数は必要な分だけ確保するべきであった。

 

uint8_t Channels[]={2,3,4,5,6,7,8}; //デジタル出力ピンの設定。ドットは別で定義しておこう
//        /-a-/
//       f   b
//      /-g-/
//     e   c
//    /-d-/ .
//Channels 23456789
//7segment abcdefg.
//7セグの配列を入れてある
uint8_t SegmentArray[10][7]=
    {
        {1,1,1,1,1,1,0},
        {0,1,1,0,0,0,0},
        {1,1,0,1,1,0,1},
        {1,1,1,1,0,0,1},
        {0,1,1,0,0,1,1},
        {1,0,1,1,0,1,1},
        {1,0,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,0,0,1,0},
        {1,1,1,1,1,1,1},
        {1,1,1,1,0,1,1},
    };

int ADCValue;
int LN2;
uint8_t A;
uint8_t B;

void ShowNum(uint8_t X) {
  //7セグLEDに数字を表示する
  for(uint8_t i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    digitalWrite(Channels[i],SegmentArray[X][i]);
  }  
}
void ShowNone(){
  //7セグLED消灯
  for(uint8_t i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    digitalWrite(Channels[i],0);
  }  
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  // Serial port setting
  Serial.begin(9600);
//  delay(3000);
  Serial.println("Hello World!");

  //pinMode Setting for a to g LEDs
  for(unsigned char i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    pinMode(Channels[i],OUTPUT);
  }

  //Dot Position
  pinMode(9,OUTPUT);

  // 7セグLEDの点灯テスト
  for(unsigned char i=0;i<sizeof(Channels);i++){
    digitalWrite(Channels[i],HIGH);
    delay(100);
    Serial.println(Channels[i]);
    digitalWrite(Channels[i],LOW);
  }

  //0から9までの数字表示の確認をする
  for(uint8_t j=0;j<10;j++){
    ShowNum(j);
    delay(100);
  }
  ShowNone();
  delay(1000);
}

void loop() { 
  // put your main code here, to run repeatedly:
  //ADCで電圧を読んでくる
  // 1V-5Vを0-99%に割り付けた値をXとする(100%表示はしない)
  // Xを10で割った商Aが10の位、余りBが1の位になる。
  // Aを表示,Bを表示,ブランク表示を繰り返す。

  ADCValue = analogRead(A0);          //電圧読み取り
  LN2 = map(ADCValue,205,1023,0,99);  //1-5Vを0-99に割付
  A = LN2 / 10;  //10の位
  B = LN2 % 10;  //1の位

  //debug zone
  Serial.print(millis());
  Serial.print(",ADC Value:");
  Serial.print(ADCValue);
  Serial.print(",LN2 Level:");
  Serial.print(LN2);
  Serial.print(",AandB:");
  Serial.print(A);
  Serial.print(",");
  Serial.println(B);

  ShowNum(A);
  delay(600);
  ShowNone();
  delay(50);
  ShowNum(B);
  delay(400);
  ShowNone();
  delay(300);
}

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故障した電源の修理、という名の改造

2023年09月06日 23時54分40秒 | 電子工作

ニコンの金属顕微鏡などに使われている照明ユニットの電源が故障した。
こういうモノで、ボリュームでハロゲンライトの明るさを調整できるような代物である。

 

中身はスイッチング電源と、DCチョッパによる可変電圧回路で特殊なものではなさそう。
Sanden N12V100Wという記載があったので、サンデンという会社がニコン向けに作った12V100Wの電源なのであろう。

裸にひんむいて通電してみる。ヒューズ問題なし、温度ヒューズも問題なしだが、入力のPFC回路っぽいところでのスイッチングが行われておらず、450V耐圧のコンデンサの電圧は100mV、、、ちゃんと電源は100V供給されているのに。

よく見ると抵抗の一部が焼け焦げているようである。コレが原因かは分からないが、ちょっと修理できないかなといった印象である。はんだ付け箇所も溶融凝固を繰り返したのか酸化膜厚めな感じである。これはもしかしたら根本的な問題なのかもしれないので、抵抗張替えよりもうちょっとマシな修理が必要かもしれない。

 

基板をじーっとみる。じっと見るまでもなく、一時側と二次側の境目は明瞭である。二次側が整流だけにしてはモノが多いのでよく見るとチョッパで降圧欠けているような回路のようである。

AC100V → ヒューズ → フィルタ → ブリッジダイオード → PFC? → 400VDC →トランス → 二次側 → チョッパ降圧回路

という流れのようなので、最後のチョッパ降圧回路だけ残してAC100V→DC12Vの回路だけ置き換えちゃえば良いじゃないか。

高圧側、トランスのはんだ付けを外し、のこぎりで基板を切断する。お前も電気をチョッパしていたが、まさか自分がチョッパされるとは思ってもいなかっただろう。

幸い、手持ちに150Wのスイッチング電源がある。COSELのPJA-150F-12があるので、押し込んでみた。

なんという切り貼り。100W電源で十分なのだが、100Wのものは現在在庫がなく、どこも売ってない。
150W→100Wにするとスイッチング電源の全長が20mm減って良い感じなのだが・・・

一旦詰め込みまくって一旦顕微鏡の照明はちゃんと動くようになった。修理時間2時間。

RSで100Wの電源があるので、あとで購入して置き換えておこう。

最後、ロッカースイッチが2mmほど押し込めなかったのだが、100W電源が届くまで待ってほしい。

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大きな7セグLED SH50101BPG

2023年09月05日 00時42分04秒 | 電子工作

ちょっと大きなサイズ(縦5インチ)の7セグLEDを買ってみた。
会社で液体窒素のレベルゲージがあるんだけど、廊下から見にくいので、でかい7セグで表示をでかくしようと思った次第。
残量はどうやら4-20mAで測定しているようだが、出力は1Vから5Vの電圧になっていそうであるので、1-5Vを0-100%に割り振ってあげれば良いだろう。
一枚2444円するので、表示は1桁で、
・10の位を表示0.25秒
・1の位を表示0.25秒
・消灯0.5秒
といった表示で0-99%の表示をするのがいいのかなと思っている。



https://eleshop.jp/shop/g/gDBE415/

LEDが直列で長いのでVF=20Vほどらしい。
アノードコモンで、OFFのときの電圧にマイコンが耐えないので駆動用にトランジスタが必要ですね。
5Vで動くマイコンならなんでも大丈夫そうだな。

 

配線を確認してみた。
左下から、半時計回りに1pinから10pinまであるが、1,8pinがアノード、2,3,4,5,6,7,9,10がカソードという配線だった。騙されるところだった。電源装置に抵抗つけてピンピンして確認したかいがあった。

 

アノードコモンなので、カソード側にNPNトランジスタを入れ、そのベースを駆動する、という前提なら、次の対応が各数字になる、はず。

   abcdefg
0 1111110
1 0110000
2 1101101
3 1111001
4 0110011
5 1011011
6 1011111
7 1110010
8 1111111
9 1111011

 

配列として、
SegmentArray(0b01111110,0b00110000,0b01101101,0b01111001,0b00110011,0b01011011,0b01011111,0b01110010,0b01111111,0b01111011)
と言ったものを用意しておけば、いいのでは無いだろうか。

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ProMicroのAD変換にかかる時間

2023年09月03日 22時38分24秒 | AVR

ArduinoIDEでプログラムを作っていると、AD変換の時間とか余り意識しないのだが、一体どの程度の時間で処理できるのかと気になった。

一回あたりは早いだろうから、10000回ループさせて出力させてみたところ、10000回で1120msという結果。
つまり、一回あたり、0.112msでADCが完了するということである。サンプリング速度はだいたい9kHzか。

十分な速度である。気になるのは、シリアル通信しているあいだCPU待ってるんじゃないかと思うところかな。こういう細かいところを考えるとArduinoでは難しいのかもしれないが、簡単に作れるのがArduinoなので、このへんはしょうがない。

プログラム:

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  long ADCValue;
  int LevegGaugeValue;

  ADCValue=0;
  for(int i=0;i<10000;i++){
    ADCValue += analogRead(A0);
  }
  Serial.print(ADCValue);
  Serial.print(",");
  Serial.println(millis());
}

 

 

10回平均にして115200bpsで読み込むとこんな感じでハムノイズっぽいのが拾えているようである。

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SparkFun ProMicro 5V 16MHzで7セグLEDを

2023年09月03日 16時25分42秒 | AVR

SparkFunというところのProMicroのクローンがAliexpressで安価に出ている。
621円で購入したものを使って見る。もはや書き込みとか含めてマイコンボード使ってしまったらプロトタイプはそれでいい気がする。裸のマイコンでもいいのだが、USBで指すだけで書き込みとかできる便利さがよい。

で、7セグのドット意外の端子を使うので、8bitが割り振られているポートを探す。
AD変換はPortFというもののようだ。デジタルピンはD0からD17まであるが、ポートフルで引き出されているものはないようだ。7bit分は一つのポートで確保できず、PB1〜PB6の6bit分とどこかで1bit確保といった感じになりそうである。

PB0:外部引き出しなし(TX LED)
PB1:D15
PB2:D16
PB3:D14
PB4:D08
PB5:D09
PB6:D10
PB7:外部引き出しなし!

PD0:D03
PD1:D02
PD2:D00(RXI)
PD3:D01(TXO)
PD4:D04
PD5:外部引き出しなし
PD6:外部引き出しなし
PD7:D06

 

で、仕様を考えていこうかと。
将来2桁表示になったときに対応できるように、アノードを2ch割り振っておく。2chとも一つのLEDに接続したら1桁表示と思ったのだが、ダイナミック点灯を1桁でやるとまず読めたものでは無いので、無理だった。

全体のアルゴリズムとしてはこんな感じでしょうか。待機時間を延々AD変換させまくってもいいのですが、余り意味がありませんので、そのままです。
for(){
・AD変換する
・1-5Vに対応する値を0-99に割り付ける
・10の位(10で割った商)を表示する(0.5s)
・消灯0.1s
・1の位(10で割った余り)を表示する(0.5s)
・消灯0.5s
}

では7セグのマップを作っていきませんといけません。
追記予定

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