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XRQ技研の業務日誌(XRQ Tech Lab)

2018-02-15 Arduino

Arduino uno + shield

 ウィキペディアによると「Arduino(アルデュイーノ)は、AVRマイコン、入出力ポートを備えた基板、C++風のArduino言語とそれの統合開発環境から構成されるシステム。Arduino LLC および Arduino SRL が設計・製造を行い、登録商標を持っている。」と書かれている。このプロジェクトは2005年にイタリアで始まり、ロボット制御などに手軽に使える基板として安価に提供するとして始まったという。また、オープンソースハードウェアという考えから回路構成や基板情報などが公開されていて、誰でも同様な基板が製作できるようになっている。

 Arduinoという名称の使用にはライセンスが掛けられているそうだが、同じように動作する互換機が数多く出回っていて、驚くほどの安価で入手することができる。

 私はマイコン工作にはこれまでもPICやAVRを使ってきたが、周辺の回路を構成するのに結構手間がかかっていた。しかし、このArduinoは基板として提供されており、入出力のピンが基板の周囲に出ていて、さまざまな動作に活用できる。さらにRS-232シリアル接続でプログラムできるようにUSBコネクタが設けられていて、IDE(開発アプリ)から直接プログラムを書き込むことができる。実験にはたいへん便利なものである。

 使われている言語はC++に似たもので、私のようにBASICしか使ったことのない者でも理解しやすく、日本語の解説サイトもあって、すぐにプログラミングを試みることができる。Arduinoではプログラムをスケッチと呼び、C++ライクの言語で書いたものは自動的に変換されて基板のAVRに書き込まれる。

 その昔、BasicStampというBASICインタラプタが書き込まれたPICがあり、これを使ってモールス信号の練習機を作ったことがあった。今回、これと同じようなのをArduinoを使って作ってみることにした。あっけないほど簡単に回路が組み上がった。シールドというArduinoに親亀子亀方式で組み合わせる基板があり、それを使うことでほんの数カ所ハンダ付けするだけで出来上がってしまう。

 今回の練習機はアルファベットと数字、和文の仮名をランダムに送出し、少し遅れて液晶画面にその文字を表示するものである。16文字2行のLCDを使ったので、8文字づつ10回繰り返すものとした。仮名を表示するスケッチを書くのに多少手間取ったが、どうやら動作を始めるまでこぎ着けた。

 うまくいくと、さらに機能を増やしたくなる。そこで、欧文の交信でよく使われる略語、TNX、CUAGN、QRAなどの語をランダムに発生するモードを組み込んだ。実際の運用ではこれらの略語は符号としてよりも語として受信している。ひとかたまりの音として慣れてしまう方が良いのだ。繰り返しこれらの音を聞くことにより、交信が円滑になる。

 次に組み込んだのは和文の交信で使われる挨拶である。コンニチハ、オゲンキデなど である。これらも音のかたまりとして記憶してしまう方がよい。

 Arduinoの良いところは、スケッチの変更が容易なことである。使う人が自分に使いやすいように自由に変更することができる。また、開発用のArduino unoだけでなく、組み込みに使えるような小型のArduino nanoなどさまざな基板があり、同じスケッチを走らせることができる。

 Arduinoを使ったCW_Drill製作記事

2018-01-31 皆既月食

皆既月食はじめと終わり

 夕方、散歩をしていると東の空にぼんやりした光が見えた。何かの光が雲に反射しているのだろうと思っていたが、しばらく歩いていて見上げると、それが月であることがわかった。薄い雲に隠れたおぼろな月である。

 そう言えば、今日は2015年4月以来の3年ぶりに皆既月食が見られることを思い出した。ほとんど月の形もわからないような、この雲が晴れてくれなければ、せっかくの機会が台無しである。

 とりあえず、準備をして月食の始まるのを待った。9時を過ぎる頃に空を見上げると、あの雲はすっかりなくなっている。月食はすでに始まっていて日食のようにはっきりした食ではないが、地球の影が月を隠しているのがわかる。9時50分頃には皆既月食が始まった。赤い月の出現である。

 地球の影に覆われた暗い月は、手持ちの機材でははっきりとした姿をとらえることはできないが、普段の月とは全く異なった赤い色を記録することができた。皆既とは言っても地球を回り込んで月に到達する赤い光は、月の部分部分の明るさを変えている。

 左の写真は21:45のもので、右は22:45である。明るい部分が移動しているのがわかる。

 天候を心配していたのだが、冬の澄み切った空の中できれいな皆既月食を見ることができた。自然の美しさに感動である。

2017-12-18 LED その2

電球型LEDライト

 前回LEDについて書いたのが14年11月である。リフレクター内蔵のLEDを見つけて、どんな用途で使えるか、ワクワクしながらこれまでのLEDの変遷について触れた。

 あれから3年、LEDが照明の分野に大きく広がっている。シーリングライトが蛍光灯からLEDに変わり、家の中では白熱灯がほとんど姿を消してしまった。東京都では白熱電球をLED電球に交換する事業も行っているほどである。自動車でもヘッドランプにLEDが使われるようになり、テールランプやウィンカーのほとんどがLEDになっている。地球温暖化防止、省エネという観点からLEDの特性を生かした使用分野がますます広がっている。

 先日、100均の店を眺めているとき、おもしろいものを見つけた。電球型をしたLEDライトである。箱の表示には150ルーメン相当とあり、結構な明るさのようだ。これまでもLEDライトはさまざまなものが100均で売られていたが、5mmφの砲弾型のLEDを複数並べて明るさをとっているものだった。そこそこの明るさはあるが、光に均一性がなく照明としては限定的で、トーチライト的なものであった。

 この電球型のライトは、まるで白熱電球のような形で、しっかりと均一な光を出す構造である。LEDは1個のようだが、高出力のものが使われているようでUSB電源で使用する。(追記 その後、このランプを分解したところ、1個のLEDではなく、10個の表面実装LEDが使われていた。砲弾型ではなく広拡散のLEDを平面上に並べる構造だった。)モバイルバッテリーが一般化しているので、それと組み合わせることを想定しているようだ。

 実際にモバイルバッテリーに接続して点灯してみると、結構明るい。部屋の中でも使えるし、テントの中などでは十分な明るさだ。近くに持ってくれば本を読んだりするのにも使える明るさである。複数のLEDからの不均一な光と違い、周囲を明るくしてくれる穏やかな光である。これが100均で売られていることは驚きである。LEDの生産技術が進んだおかげであろう。安価に、大量に、高性能なものが作れるようになった。そして、それを有効に使うデザイン力も高まったおかげである。

 さて、この製品にはUSBプラグがついているのだが、なにもUSBに拘ることはないと考えた。電池で駆動させればいつでも使えるのではないか。そこで、単三電池4本用のスイッチ付きケースと組み合わせた。電池にはニッケル水素充電池を使う。4本でおおむねUSBと同じくらいの電圧が得られる。点灯持続時間を測ってみると、2時間経過してもまだまだ明るさは十分であった。トーチライトではなく、夜間の気持ちをほっとさせる、広い範囲を照らすあかりとして非常時用に備えておきたいと思う。技術は暮らしを豊かにするためにあると思うが、こんな些細なところにも技術の恩恵が見られるのは嬉しいことである。

2017-12-07 Simple SWR その2

EFHW Tuner with SWR

 以前、SWRメーターの反射波のみをLED表示する機器と作ったことがある。アンテナを調整する場合、できるだけ送信機とアンテナとの整合をとって、効率的に電波を送り出すためには反射波を少なくすることが行われる。送信機からの出力は個々に決まっているので、損失を少なくアンテナに送り込むことが大事になるからだ。損失が少なくなれば進行波は結果的に多くなるはずなので、アンテナの調整では、あえて進行波を測定しなくてもよいと考えた。以前作ったものは通常のSWR計の回路を用いて、一方の反射波のみを表示するようにしたものだった。

 同じような考えをする人がいるようで、DF3OS Hans Steinortさんがネットで公開している”QRP ATU"も反射波のみを表示するものであった。ただ私の製作したものと異なるのは、ピックアップコイルが反射波専用のものであり、回路がとてもシンプルな点である。この回路なら小さな基板に組み込むことができそうである。

 調べてみると、DJ6TE Dieter EngelsさんとDL9SCO Hannes Hillerさんによってアレンジされた回路が20×15mmという小さな基板に起こされて頒布されているようである。表面実装部品を使い、トロイドも小型のものでコンパクトにまとめられている。

 私なりに手持ちの部品でアレンジして、この反射波のみのSWRメータを作ってみた。この回路の面白いところは、反射波の大きさを表示するのにLEDを使っているが、1つには電流制限の抵抗を入れており、もう一つにはツェナーダイオードを入れていることである。小さな反射波のうちはツェナーダイオードに邪魔されてLEDは点灯せず、抵抗が入った方のLEDが反射波の大きさに応じて明るさを変える。ある大きさを超えたところでツェナーダイオードを通った電流でもLEDが点灯するようになる。反射波の大きさを2つのLEDで表示できるのだ。もうひとつ面白いのがピックアップコイルの反対側のリードに、LEDとショットキーダイオードを抱き合いで付けていることである。本来、このリードはGNDに接続されるのだが、LEDとショットキーダイオードを逆極性で抱き合わせることでGNDに接続している状態を作り、反射波が減り、進行波が増えてきた場合にはこのLEDが点灯するようにしたのである。数量的にはともかく、この工夫によって整合の状態がよりわかりやすく表示される回路である。

 タカチのSW-40という30×20×40mmのケースの中にEFHWのチューナーと一緒にこの回路を組み込んだ。LEDが小気味よく表示してくれるので整合の様子がわかりやすい。なかなか便利な回路である。

製作のページ

2017-11-07 白熱球のLED化

白熱球をLEDに

ずいぶん昔、庭に明かりがほしいと、市販の庭園灯を設置した。CDSで明かりを検知し、暗くなると点灯するものである。100Vをトランスで降圧し、それをリレーで白熱球を制御している。

 使っていて、一晩中、朝になるまで点灯していることが気になった。そこで、タイマー回路を付加して、夜半頃には消灯するよう改造した。消灯する時刻はまだ暗いので、CDSが暗くなったのを感知しても、リレーは動作しないような回路である。明るくなるとリセットが掛かり、夕方暗くなるとリレーが働き、タイマーが動作する。

 順調の動作して庭を照らしてくれていたが、課題が出てきた。一つは白熱球が入手しづらくなってきたことである。長く使っていると白熱球はフィラメントが切れてしまうことがある。代替のものを用意していたが、それも底を突いてきた。二つ目は白熱球の熱である。小さな電球なのだが結構熱くなる。雪の降った晩など、その周りだけぽっかりと雪がなくて風情を感じることもあったが、その周りの植物には影響が大きい。

 そこで、電球をLED化することにした。リレーからの電流は約6Vの交流である。整流しなければLEDに代えることはできない。電圧も微妙である。そこで、とりあえずダイオードを1本入れて、電流制限用の抵抗と1w LEDを2本直列にして試してみた。点灯したのだが、直視している時には気にならないが、視界に入るような見方をすると、LEDの瞬きが気になる。50Hzとは言え、半波整流では無理なようである。また、抵抗値によっては、最初は点灯していても、LEDが熱を持ってくると点滅になってしまう現象も起きた。

 回路を変更し、ブリッジダイオードで全波整流とし、抵抗値も多少大きくして対応した。LEDを白色ではなく昼光色のものにすることで、白熱球代替のLEDを作ることができた。灯りにゆらぎを入れることも考えたが、とりあえずはこれまで通りの庭の灯りとして使うことにする。

 技術の進歩によって、デバイスも変わってきている。トランスによる降圧部分も将来的にはスイッチングによる回路に変更しなければならないだろう。タイマー回路も個別デバイスではなくマイクロコントローラーに置き換えることになりそうである。

 私の過ごしてきた短い時間の中、我が家の小さな庭にも、技術の進歩がひたひたと迫っている。