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カテゴリー「自作測定器・装置」の検索結果は以下のとおりです。

WBGT表示装置の作製

ブレッドボードで実装確認できるまでは楽勝だったが・・・使い物になるまで随分と時間が掛かってしまう

ポータブル化編

ブレッドボードで確認できたのでケースに入れてポータブル化する

3Dプリンタがあれば都合の良い入れ物が作れるのだが・・・ちょっと3Dプリンタの購入には躊躇(最大の懸案は置き場所)していて都合の良いケースは作れない

なので・・・周りの物から考えて,ダイソーのUSBバッテリーケースを流用することにした

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元々ポータブルバッテリーなので持ち運び可能なサイズである

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充電基板はリポ用だが電圧的にニッケル水素の直3の充電でも問題ないので流用できそうだ

問題は入り切るか・・・である

流石に1枚基板では厳しかったので2段の2枚にして,1段目に電源・OLED・センサー,2段目にCPUを実装した

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バッテリと組み合わせた全体は以下

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ケースの加工を行う(柔いプラなので加工は簡単)

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基板を嵌め込んで蓋をすれば完成

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この状態でしばらく実働確認する

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1W実証したところ以下の2点の致命的問題が発覚

①電源が1日持たない

②ボタン操作でリセットすることがある

調査・改善編

(問題①)

ニッケル水素バッテリの劣化は無いことは先に確認していたので容量不足はないと思うが,充電回路がリポの上限の約4.1Vで切られるためMax.40mAhは使えないからではないかと思われる

ニッケル水素用に充電部を変更するのは簡単ではあるが,ニッケル水素電池×3個の収まり具合が悪いこともあり最適と思われるボタン型電池を調べてみると,直径20mmのボタン型リポをAmazonで見つけた(4個で約1Kで他でも使えると思い購入)

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1.5日は十分持つことを実証している

(問題②)

調査のため操作を繰り返しているとOLEDの表示も無くなり動作不良になってしまう

そして障害の解明までかなり費やすことになる

まずは各パーツの調査を行う(以下順)

①電源電圧を各所で確認したが問題なし

②CPUをArduinoボードで確認したが問題なし

③OLEDの表示チェック(Arduinoでテストプロ実行)も問題なし

④センサ確認のためCPUとOLEDを取り除いたボードにArduinoを接続して確認したが動作した

⑤④のArduinoに利用していたCPUを使うが問題なし

⑥⑤に利用していたOLEDを接続して問題なし

(ここで全てのパーツと1段目基板の接続は異常無しが確認できた)

⑦2段目基板の導通試験をした結果ピン間の半田不良?が発覚

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導通しなかったので半田不良と思い再度半田して導通を確認して再度組み上げたが解決しない・・・

もうかなり悩む

ここで基盤を疑い基板を変更して作り直す

利用した基板は安物で何しろ柔らかいため加工がしやすいので使った → 後の解釈だが基板に圧力をかけると接触が外れる?のか

作り直した基板はもともと厚みが1.5mmではギリギリだったため薄い0.7㎥mを利用

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まずはこれで解決

実証編

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ポータブルで運用中

(判明している問題)

  • 結構コンパクトだと思ったが持ち歩くとなると大きい → 薄い方が良いかな
  • 軽い・・・のでぶら下げだとブラブラしすぎる → ベルトに固定できるようにした方が良いか
  • OLED部と隙間を保護するため液晶保護フィルムを付けてみたが簡単に取れた → 最初に考えていたアクリル樹脂でカバーするのを再検討
  • 中がガタガタでリセットされることあり → スポンジ素材で抑える(空間に少し余裕ができたようで気圧センサの追加も模索中)

WBGT表示装置の作製

前々から考えていたWBGT表示装置を作製する

WBGTとは暑さ指数の事でアメリカで海兵隊新兵訓練時の熱中症リスク指数として利用しはじめたそうで,今日では夏場の作業現場での熱中症リスク指数としても利用されている

簡単に説明すると人の暑さの感じ方は気温だけでなく湿度や風によっても変わってくるので,それらを考慮した暑さを定量化したという訳だ(詳細は検索してほしい)

装置仕様

正確なWBGTを求めるには「黒球温度」「湿球温度」「乾球温度」が必要であるが黒球を準備するのが大変なため気温と湿度から割り出す簡易版で表示することにする

12時間分のログを記録して表示可能にする

現場で利用できるよう持ち運び可能にしたい

ハードウェア
  • ATMega328P(3.3V)→ OLED利用のためATtinyではメモリ不足
  • 0.91インチOLED(128x32)
  • SHT31(温湿度センサ)
  • バッテリー(未定)
  • ケース(未定)
ソフトウェア

先ずは「arduino pro mini」を使ってブレッドボード上でソフトウェアを開発

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ポータブル化のため低消費電力する必要がありウォッチドックタイマーを利用(ハングアップにも対応)

OLEDで利用するフォントの選択でデータサイズが巨大になるが,U8glibでは数字だけ利用するためのフォントも選択できる

フォント名の後に「r」が付くと0x7f(つまり7bit)まで「n」は数字のみとなる

(参考までに)プログラムソース

電源設計

バッテリーは最悪でも毎日充電でも利用できれば良いので24時間持てば良い

低消費電力化の余力を残しながらプログラムを完成させ実消費電力を推測するため実環境を作る

ATMega328P(3.3V)を作製してブレッドボードで試行

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実行時14mA(~20mA),ウォッチドックスリープ時0.8mA,状態の割合から1~2mAH位になる見込み(Max.48mA)

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LEDライトから取り外しておいたNi-MH電池がコンパクトで(3.3Vが得られ)容量が十分そうだ

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基本はUSBによる充電で太陽電池を利用した常時給充電は後で考えることにした

そして偶々思いついた非接触充電方式を試してみる(こちらを観て試してみたくなった)

ワイヤレス充電の試行

最終的なケースを考慮してコイルを作製(実はこの形では効率が悪い)して非安定マルチバイブレータで発振させる

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オシロスコープで計測したところそれなりに発振

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しかし残念ながらワイヤレスで十分な電力供給は行えなかったので失敗

コイルの問題だと思われるが調整は時間が掛かりそうなので次回に持ち越すことにする

ブレッドボードで実働確認

試作段階でバッテリ駆動させ確認

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ボタンは1個,1クリックでWBGTと温湿度を表示,LvはWBGTのレベル(1~4)

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表示は5秒で消えるが5秒以内にクリックする毎に1時間前の計測データを表示

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デバッグ用として長押しでは内部の状態を表示

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1~2週間後もバッテリ電圧が3.8Vあったので十分な省電力であることが見込める

スポット溶接機を作ってみる

組充電池を作る際スポット溶接機を使用して極間を接続する(べきな)のは知っていたが,装置を持ってないので半田付けで行っていた

なんとか充電池を壊さず組充電池を作ることはできていたが,偶々YouTubeでスポット溶接機の作製を観て難しい仕組みでもないことを知り1つ作ってみることにした

作製する上で調査した結果,電源として概ね3つの方式があることが判る

  • 蓄電池
  • 充電池
  • コンデンサ

今回は直接の電源とコンデンサとしバッテリーで給電するように考えてみた

コンデンサ

10000μF×5個で0.05F(50000μF)で使用する

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12Vで充電してLEDを点灯させてみると1分以上点灯していた(10000μFって凄い)

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FETスイッチ

スイッチとしてパワーMOSFET(EKI04027)を選択

簡単な回路でスポット溶接を試行してみる

スポット溶接_回路図.png

注)FETは全部で5個並列化している(500Aは流せるはず)

実装

線をなるべく太く短くするため電源から電極まで一体化,片手で扱えペットボトルをケースにできるような形にしてみた

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試行

一応は溶接できたが強度に不満がありもう少しパワーを出したい

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まだまだいろんな形で試行してデータ取りと調整が必要そうだ

低抵抗測定器を完成させる(ソフト・調整)

ソフトウェアは完成しているのでパラメータのみ変更して調整

ソフトも改良しようかと思ったが最低限の事ができるし良い考えが浮かばなかったので少し手直ししたのみで終わりとした

前回からのハード補足

AVR用の電源であるリポはUSBから充電可能

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ソフトウェアの更新もピンTR5GPで可能

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低電圧測定

低電圧の測定精度を上げるためオペアンプで電圧を増幅している

増幅のための抵抗値を実装した後で再度測定してパラメータ値を変更する

定電流

80mAとするため調整用VRで調整

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調整用抵抗

調整用の抵抗セットを作ってみた

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正確な抵抗値を求めておく必要がある(測定するあてはあるのだけど)が,そこそこの数値が出てるのでいつかで良いかと思っている

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0.15Ωの場合149mΩと測定

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固定の抵抗だけでなくピンソケット経由で前に作ったシャント抵抗も測定可能にした

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ピンまでの抵抗値は2~3mΩで計5mΩは考慮する必要がある

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ダイソーの糸ようじボックスに入れた(シリカゲルを添付)

 
測定結果

日置電機の抵抗計RM3548を借用できたので合わせて計測結果を記録しておく

抵抗値(Ω) 本測定器(25.8℃) Hioki RM3548(21.5℃) 備考
0.15 0.143 0.15378  
0.22 0.150 0.16217 抵抗器が不良(だったようだ)
0.5
0.495 0.5027  
1.0 1.015 1.143  
2.2 2.193 2.181  
0.1 0.118 0.1188  
0.01 0.014 0.0170  
0.075 0.084 0.0843  
端子-ピン間(左) 0.003 0.0080 2段目の左ピン
端子-ピン間(右) 0.002 0.0073 2段目の右ピン

 

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