ラグチューキーパー Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版 その⑤

 自動配線と　ベタGND の配置が終わりました。　配線ルールは0.7mmです。

0.8mｍでは自動配線が完了せずにジャンパーが数本残ってしまいました。

あとは削ってみてどうかといったところです。

ラグチューキーパー keeper rev4.3 復刻予定版 その④

 90mm x 56mmの基板に配置してみました。

今回はCNCルーターで仕上げようと思うのでパターン幅は0.5mm

すこし余裕を持たせた部品レイアウトです。レーザーエッチング品なら0.25mm以下が狙えますので、基板サイズを半減することができますが、手差し、手はんだするので相当面倒なことになりますので　まずはこのサイズから

ラッツネストはこんな感じ。

ラグチューキーパー Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版 その③

 ラグチューキーパーのネットリストと　フットプリントの割り付けが終わりました。

今回は　90x56mmのFR-4基板を使います。

KiCADのライブラリは表面実装品は充実していますが、手差しスルーホール部品はあまり充実しいません。

この場合、既存のライブラリから、ライブラリの該当部品だけエクスポート/インポートし、

ピン番号やピン属性を変更すると新規部品ライブラリの作成が楽です。

最終的には、よく使う部品は自分オリジナルのライブラリに登録されていくためどんどん作業効率は向上します。

この辺はEagle-CADと同じ。　最初だけちょっと面倒

今回は　DTC114 ROHMとL7805の　TO-92パッケージを登録しました。

これをしないとスルホール品と表面実装のピン割り付けが異なるので、ランドとスルホール品のピン番号が正しい位置になりません。　

まあ、手差しなのでラジペンでリードを加工して何とかなるわけですが...

逆に表面実装品だと何とかならないほうが多いかな..

ラグチューキーパー Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版 その②

 なかなか時間が取れず　進んでいなかった「ラグチュー　キーパー」ですが、

E-CAD , CAD,CAM のワークフローをすべて入れ替えた新環境でリリースする予定です。

以前の開発環境は　Eagleで 回路図を作成して、自動配線もEagle　CAD/CAMデータもEagleのアドインソフトで作成しデータを出力していたのですが、CAD/CAMの細かい調整ができないことと図面の分割、基板サイズの制限があり開発環境を見直しました。

現在の開発環境は

KiCADで回路図を作成し、Freeroutingで自動配線、Flatcamで　CAD/CAMを行い

GRBLで切削または　レーザー光によるパターン描画後エッチングする方法を採用しています。

それぞれのステージでデータの受け渡しする手間は増えましたが、細かな調整ができるので

結果歩留まりが向上しました。　まだ慣れていないのですがこの環境には満足しており当面はこの構成で行きたいと思います。

ということで少し時間に余裕でできたので　ラグチューキーパー再始動です。

まずは回路図をEagleからKiCadに移植しました。　自動インポートである程度回路を引継ぎ

うまく変換できなかった部分を手作業で修正しました。

つぎはパターン設計です。

KiCADはここ　https://www.kicad.org/

回路図はここ

https://drive.google.com/drive/folders/10ioFJKxUWGyfTmgy3rSbHPaqp1Ef9fIa?usp=sharing

KiCAD版に入れ替えています。　基板とソフトウェア　レビジョンは4.3

少し新機能が追加されています。　詳細は後ほど

KiCAD 事始め:始まり

 

先週から　回路や試作基板の設計ツールとしてKiCADを導入しています。　実は以前 のKiCAD　Ver4の時に検討したのですが、あまりの使い勝手の悪さで、放置したことがありました。しかし取引先からのVer5が意外と良いという評判と相対的にAutodeskに買収されて自由度を失ったEagleの補完という位置づけで今後はKiCADによる基板試作を行うことになります。これからしばらくはKiCADによる基板制作までの作業について投稿していきます。

このシリーズでは、Eagleの資産の継承も含めて、KiCADのインポート機能を使いEagleライブラリを変換しつつ、躓いた事とその解決方法など自分用メモとして記録していきます。

とりあえず使用してみて感じたことは、UIやショートカットに慣れればそれなりに使える(といってもまだ使い込んでいないのであくまでも個人的な感想)事が判りました。

ただし、単に慣れていないだけかもしれませんが、部品がストレスなく選択できなかったりまだまだEagleの使いよさには届かない部分を感じることが執筆時の現行バージョン5.1.9にはあります。　この辺りは使用者の感じ方で評価が分かれるかもしれません。

さて、EagleとKiCADの大きな違いはライブラリ管理です。

大まかな電子部品はライブラリに登録されていますが、基板設計を行う場合は、ユーザー定義ライブラリの作成は、ほぼ必須ですが、この管理概念というか思想が異なります。

Eagleの場合は、シンボルとフットプリントを作成した後、

部品の多様性に対応するためにデバイスという概念でパッケージとパッドを関連付けます。

例えばICなど同じシンボルで同じ機能を持ってもパッケージがDIP ,SOP,QFPなど多様性がありピン割り付けも異なる場合がありますが、Eagleはこれをデバイスという概念で一つのオブジェクト(この辺はソフトウェアのオブジェクト指向に概念が近い)にまとめられています。

したがって最初にシンボル、パッケージ、パッド(フットプリント)の整合性のとれたデバイスが必要ですし、回路図を描く際に実装タイプ(表面実装かスルーホール)と部品外形を考慮してデバイスを選び描く必要があります。

これに対してKiCADはライブラリにシンボルさえあればとりあえず回路図は引けます。そして回路図完成後にパッケージとパッドの整合の取れたライブラリを関連付けることになります。

一見回路図が最初に描けるのはメリットに見えるかもしれませんが、シンボルのピンアサイン名(番号)とパッド(フットプリント)の番号を完全に一致させなければいけません。

これは　ピンアサイン名を自由に変更できないという制約につながります。またライブラリ管理が煩雑です。

また　回路図作成時にどのような部品を載せるのか　例えば表面実装品、ラジアル部品、サイズ、抵抗のW数、ケミコンのサイズなどは必ず意識はするはずですので回路図だけ先に描けることが必ずしもメリットにはなりません。

このように一長一短はあるもののこのあたりが大きな思想の違いに感じました。

ただ KiCADはCERN(欧州素粒子原子核研究機構)が開発に参加しているため今後の機能改善とメンテナンスが期待できます。

ところで

CADの使い勝手以前に

この基板サイズにこの部品..実装できるのか?

うーん...　基板面積　足りてる?　足りているような　足りていないような..

ラグチューキーパー Ragchew keeper rev4.2 復刻予定版

 以前販売していた　ラグチュー　キーパーの回路基板を作ってみました。

もともと少ない部品で作れるようにしてあるのですが、基板があることでさらに容易に作ることができます。

基板の空きスペースに機能拡張するための回路も組み込んであります。

ラグチュー　キーパーを全く知らない方のために簡単に機能を説明すると..

無線機のマイクに外付けすることで

1) 継続的な電波の送信(無変調)の防止

2) 長い通信電文(主にラグチュー時)への警告音と時間経過後の強制スタンバイ

3) おまけでアポロ11をまねたスタンバイピー音機能

上記機能を　DIP8ピンのマイコンにプログラムを書き込んであります。

アマチュア無線は単方向通信で行われる場合が多く、話が弾むとついつい送信時間は延びてしまいがちになります。このとき送信開始から一定時間を経過すると警告音が出ることで注意喚起してくれます。またスタンドマイクのON AIR スイッチの意図しない誤操作で、長時間に及ぶ無変調送信を防止する事ができます。　

動画はここ

無線機送信タイマー(ラグチューキーパー)　スタンバイP 付き　　　その①

無線機送信タイマー(ラグチューキーパー)　スタンバイP 付き　　　その②

PCB基板試作用卓上CNC アクセサリ その四 PCB ドリル加工用アダプタ MABUCHI RS-380モーター用

CNCで加工する場合 PCBなど基板の穴加工にはφ0.4～1.5mmの極細ドリルでの加工がほとんどで、たくさんの穴加工を正確に行う必要があります。ピンヘッダーのコネクタ　たとえばハーフピッチの千鳥　80Pとか...ボール盤での加工でも大変です。

卓上CNCはこれら極細ドリルを直接取り付けることはできないので　軸付ドリルを使用することになりますが軸付半月ドリルは存在しないようです。

そこでDCモーターRS-380モーターを取り付けることができるアダプタを作ってみました。

動作電圧は12Vではないので　途中にDC-DC変換小基板が必要ですが、使用してみるとそこそこいけます。

精度も高そうですしモーターは模型用ですから入手は容易で壊れても交換が簡単且つ低コストで運用できますし、ドリルも軸付より安価ですのでこちらも低コスト。

頒布予定ですのでこの機会にどうぞ..

PCB基板試作用卓上CNC アクセサリ その参 レーザーヘッドアダプタ

現在市販されているArduino ベースの卓上CNCには、エンドミルを使用した機械切削とレーザーヘッドを使用した熱による加工に二分されているようです。

今回はレーザー光による加工を行うための　レーザーヘッドアダプタを作成しましたので紹介いたします。

今回はPCB基板のレーザーエッチングを可能にするため500-2000mWの出力を持つ赤色もしくは青色レーザなどレーザー加工を行える下限(しかし安価)のレーザーヘッドモジュールで、大手通販サイトでも取り扱いがあるようです。
仕様
1) レーザーモジュール径Φ12mm
2) 27x22x36mmのヒートシンク付き

また熱によるレーザーヘッドの寿命劣化対策として30mm角のFANを装着できます。

装着にはM3の樹脂スペーサを使用することを想定しています。

使用方法としてはCNC GRBLでは一般的な42Φのミリングモーターホルダに装着できます。モーター軸センターとレーザー軸センターは設計上は一致させていますが、3Dプリンタの造形精度に依存するのですが、0.2mm以内には収まっているはずです。

装着にあたっては、GRBL1.1の場合はモーター出力(PWM)と、レーザーヘッド出力はそれぞれの用途別のコネクタから出力されますから独立した配線が別途必要になります。

気象計測センサー 雨量計 その九センサー ノードコントローラ 「AMEWO-UART」回路 基板

気象センサー　シリーズの　雨量計「雨ヲ君」対応の試作基板の設計が終わりました。

ミーリングまたはエッチングのあとパターンがくっつく(または切れる)とか穴が開け難いとか
れば若干パターン変更はあるかもしれませんが基本的にはこのままです。
汎用を狙いすぎて余計な端子名がありますが気にしないでください。

この基板では　雨量計「雨ヲ君」として動作させる場合は、T1,T7しか使用しません。

残りの端子は拡張性を持たせるため　すべて端子として配線されていますが、保護回路も入っていませんので静電破壊やラッチアップ対策としてすべて5-10kΩ程度の抵抗で　プルダウンかプルアップしてください。(プルアップ推奨)　T(ターミナル端子)の部品穴を利用すると良いと思います。




発注している「生基板」さえ届けばすぐに制作に取り掛かります。

頒布予定の基板の情報は、

https://drive.google.com/open?id=1ZtVGZopA85Whbau-n7gfQ6bhVNiM7wpG

気象計測センサーその12 汎用ソーラー充電式電源 ポール

センサーとノードコントローラが完成したのですが、実際に野外/屋外に設置するとなると
風雨に耐える電装ボックスと電源を確保しなくてはなりません。

今回ご紹介するのは

屋外設置の容易な汎用のソーラーバッテリ付きポールで、固い地面には向きませんが耕作地など地面の柔らかい場所なら簡単に設置できます。

実際にはこのポールに屋外用の電装ボックスを取り付けて気象観測センサー、無線送信機、などを収納し設置することになります。
電源は、安価で容量の大きな軽自動車用車載バッテリまで対応しています。


用途としては、

農作物被害の実態調査用の野生動物の撮影機材の設置

気象センサーの野外設置

アンテナの屋外設置

などを想定していますが　ポール先端部を深く突き刺すと容易には倒れないため
キャンプ場などで　ランタン設置ポール　、ラジオやトランシーバーのアンテナ設置にも使えます。

マイコン開発ツール #1 AVR編

機能デバイスとして組み込み型ワンチップマイコンは広く応用されています。

ARM Cortex など　32bit 64bitなど高性能な組み込みマイコンも登場し機能/性能の進歩が止まりませんが、そんな世の中でもまだまだ4bit 8bitマイコンも健在です。

普段は小規模な開発に機能ピンが少なくてよければ　ATTiny13A,  入出力ピンが多く必要であればATTiny2313を使っています。
プログラムサイズはそれぞれ1K/2Kと少ないので、プログラムが大きくなりそうな場合はATtiny85が便利です。特に I2C通信を行う場合は、機能ピンの数よりもプログラムサイズが大きくなる傾向がありますので、8KbyteのFlashROMにはアドバンテージがあります。

この便利なATTiny85ですが、ATMEL社がMicrochip Technology Incに買収され後の開発ツールの供給体制が変化し入手が困難なようです。
また、PalmDreamsでは、試作書き込みは、ATMEL STK-500/600を使っていますが、Pin数の違うAVRの書き込みは配線を変えなければならずなかなか不便なので、Fusebit 書き換えなどパラレル高電圧書き込み専用機にしてありますので、
量産時の書き込み機は専用機を自作しています。

自作とはいえこれまでのホビィスト、一部マニアの膨大なのソフト資産のおかげで開発ツールすらAVRマイコンで構築する方法が公開されていますから　大した作業ではありません。　部品集めとはんだ付け作業しか行っていません。

参照したサイトはht tps://create.arduino.cc/projecthub/arjun/programming-attiny85-with-arduino-uno-afb829です。

使用したのはArduino UNO R3 クローンと　Prototype shild (プロトタイプシールド　Arduinoに装着する自作用穴あき基板)に　8pin DIPのICソケットを搭載しています。
これで 書き込み体制は整いました。

気象計測センサー その11 雷センサー

気象センサーシリーズに　雷センサーを追加しました。
センサー自体は　秋月電子から発売されている秋月電子　雷センサー
を組み込んで屋外設置が可能なように防水構造になっています。

このセンサーモジュールは非常に小さく動作電圧3Vとバッテリで動作しますから携帯型にも固定設置型でもいろいろ応用できそうです。

屋外設置した場合は、屋内に多数ある電子、電気機器が発する電気的なノイズの影響を受けにくくなり、特に電灯のON/OFF、掃除機のモーター、サーモスタットなどの電磁波ノイズの発生源から距離をとることで人工ノイズによる誤検出を大幅に低減できるようです。

センサーケースはアンテナ部を樹脂製のキャップで覆い、センサーチップ部分は金属製で囲むことで電磁シールド効果を持たせるような構造です。
また半透明樹脂部にはLEDを組み込んでありますので、雷検出時にLEDもピカピカ光ります。　夜なら見てると面白いかもしれません。


実物は後ほど..

気象計測センサー ⑩マルチセンサー ノードコントローラ

気象センサー　ノードコントローラのソフト開発も大体終わりましたので、基板制作に入ります。

ここで問題が発覚..　入るのか?   入らないのか?

多層基板は作れませんのでせいぜい両面基板で何とかしなければなりません。

気象計測センサー 地震計 その①

気象センサーシリーズに　地震計(振動センサー)を追加しました。

屋内設置型と　屋外(地中埋設)型の二種類をリリース予定で、これは地中埋設型です。

地中埋設型は、地面の振動をより正確に検出することができ、建物や構造物の固有振動による誤差を低減できますが、地中に埋設する際に必要な防水構造と丈夫な外郭を持つ必要があります。

この製品では、耐食性に優れたステンレス材による厚さ3mmの筒状の外郭に +2G ～+16Gまで 計測可能な加速度センサーを組み込んであります。

直径32mm　長さ40mmと小さく頑丈な構造でセンサーはシリコンゴムで防水性を確保し地中に埋設します。

ケーブルは多芯ケーブルで1メートル程度伸ばしますが、耐候性を考慮したケーブルが必要になります。

地震波形は、標準400Hz　　最大1000Hz程度の周波数成分を維持したまま記録できますが

大量のデータを吐き出すことになりますので、センサー近傍に　地震計ロギング機能を持つノードコントローラが必要になります。

現在開発中ですが標準400Hz  最大加速度2Gならば X,Y,Z軸それぞれ独立して、振動が検出されなくなったあと30秒程度継続して記録することができます。

記録した波形は一時的にX,Y,Z独立して強震データフォーマット(未対応)
１行目：観測点コード
　２行目：観測点の緯度
　３行目：観測点の経度
　４行目：サンプリング周波数
　５行目：データの単位
　６行目：データ開始の時刻 (左から、年　月　日　時　分　秒）　
　７行目：成分名
　８行目以降：データ（左から７行目の成分の順、符号は北・東・上が正、南・西・下が負）

もしくは

CSVファイルかWAVファイルに変換してSDカードに格納します。

気象計測センサー ⑨マルチセンサー ノードコントローラ(ロギング機能付き)

気象観測を自動的かつ電子的に長期間継続的に行おうとすると最後まで問題になるのが「電源」と「表示/操作」です。

特に東日本大震災で経験した一週間にも及ぶ停電も考慮すると低消費電力であることは必須項目になるわけです。

表示器やキー入力機能に関しては常時必要はないのですが、メンテナンスやロギングしたデータや現在値をその場で確認したい場合は必要になり、操作性や視認性も考慮すると大きな画面が必要になり、こちらも停電を考慮するとパソコンは使えません。

ということで上記を解決する方法を検討した結果もしかするとこの方法で実現できるかもしれません。

基本的にバッテリで動作し停電時でも動作し、記録するデータには正確なタイムスタンプを書き込めるようにRTC (Real Time Clock)を持たせ、時刻合わせは、無線LAN経由で、NICTのNTPサーバにアクセスし一週間に一度程度の頻度で日本標準時JSTとRTCを同期させます。ネットが寸断された場合は月差30秒程度の誤差になります。

各種センサーは、I2Cにより複数接続可能で拡張性があり、データを大容量のフラッシュメモリ16Gbyte(32G,64G)に蓄えます。

記録したデータは今やだれでも持っている可能性の高いスマホに転送します。

電源以外の主要な部品は左側のブレッドボードがほぼ全てで、右側の小さいブレッドボードは、現在開発中の「3軸地震計」です。

デバッグ環境として使用しているArduino Uno R3はAVR 8ピンマイコンの代用で、最終的には使用しません。

左側のブレッドボードにはSDカードとD3231 の載ったRTC基板があるだけです。

　

あれれ..表示器とキーボード、そしてメインコントローラはどこに?

ご心配はいりません。今回の主役はなんといっても左側のブレッドボードに乗っているSDカードでしょう..

あれがスマホに刺せない(microSDではないし)寸法の大きなただのメモリカード見えてしまっているそこのアナタ..

もう少ししたら「正体」を明かしましょう..

アレはただのSDカードではありません..

切手サイズのLinux.....

気象計測センサー 雨量計 その⑧センサー ノードコントローラ 「AMEWO-UART」

気象計測センサー キットシリーズ　雨量計　センサー　ノードコントローラ 「AMEWO-UART」のUART ノードコントローラの頒布を開始しました。

モールス信号版は、AVR　2313マイコンプログラム領域にモールスコードのデータ領域がプログラム領域を圧迫して全機能を実装できませんでしたがUART版はそのような制限もなく多くの機能を組み込むことができました。

共通仕様

　0.5mm/転倒パルス式雨量計対応

　雨量計測　　　　　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量

　アラーム信号　　　積算雨量　300mmを超えた場合　(設定変更可能)

電源電圧　　3-5Vです。

ノードコントローラからの結果出力は、

無線方式と有線(ケーブル)出力の両方に対応しており

1) 通信方式　UART 2400,4800,9600,14400baud　8bit parity none

動作の様子はyoutube にアップロードしました。

パソコンへの接続はFTDI232を経由したUSBシリアル通信で行っています。

センサーメカユニットのオプションパーツとしての取り扱いになります。

尚マイコン側からはロジックレベルの信号になりますので、長い距離の配線が必要であれば、RS-422で　1.54km または　RS-485　等　のドライバ回路が必要になります。

フォトカップラでの絶縁は簡易的ですが10m程度なら実用域になります。

気象計測センサー 雨量計 その⑦センサー ノードコントローラ 「AMEWO-WTXA3-900K」

気象計測センサー キットシリーズ　雨量計　センサー　ノードコントローラ 「AMEWO-WTXA3-900K」の仕様が決まりました。

AVRマイコン　AT90S2313-10PCのプログラムサイズの制限からすべての機能を組み込むことはできませんでしたが、通信方式別に雨量計ノードコントローラとして頒布を開始します。


共通仕様
　0.5mm/転倒パルス式雨量計対応
　雨量計測　　　　　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量
　アラーム信号　　　積算雨量　300mmを超えた場合

電源電圧　　3-5Vです。

ノードコントローラからの結果出力は、

無線方式と有線(ケーブル)出力の両方に対応しており

1) UART 9600baud

2) I2C

3) パルス　トーン併用式　トーン300-2400Hz

4) モールス信号

なんと前近代的な...と思われるかもしれませんが無線を趣味にしている方たちのためにモールス信号での出力もできます、

動作の様子はyoutube にアップロードしました。

送信周波数次第ですが　AMラジオ、FMラジオ、そのた無線機やSDR受信機で雨量を確認できます。

特に停電時ではラジオがあれば雨量が確認できます。

この機会にモールス信号を覚えてもいいですね。

気象計測センサー 雨量計 その⑥センサー ノードコントローラ

雨量センサーのノードコントローラの開発が終盤です。

雨量計センサーメカキット「雨ヲ君」に接続すると、自動計測を行います。

出力は　第一弾としては　微弱電波によるAM/FMラジオで降水量を確認することができます。

超低消費電力+微弱無線ですのでバッテリによる動作が簡単で　配線不要です。　
PC不要で停電時もラジオさえあれば降雨状況を確認できます。
電波到達距離は気象状況にもよりますが数十mです。


仕様
①　電源は2種類　5V、3Vいずれか
②　雨量計測　10分間降水量、1時間降水量,24時間降水量、48時間降水量
③　計測可能な最大10分間降水量　75mm/10分
④　それぞれの降水量の最大値は電源を遮断しても保持し続けます。　リセットで消去されます。
⑤　国土交通省基準　想定最大規模降雨　567mm/48時間　または220mm/1時間　60mm/10分間を検出すると 「緊急/非常」信号端子がONします。リレー、またはLEDランプを接続すると目視で確認できます。
微弱電波による通信でも通信電文を「緊急/非常」に切り替えます。


24,48,72時間降水量は、気象庁による集計は0時10分を起点とする降水計測ですが、本ノードコントローラーでは、RTCを増設することで可能になります。
RTCは、リアルタイムクロックという時計モジュールの総称でコイン電池CR2032を内蔵していますので、センサー電源が遮断された状態でも常時計時作を継続します。
CR2032電池寿命は状態にもよりますが約2年です。

RTCオプションを増設しない場合は、降り始めを起点といたしますのでご注意ください。

高感度な金属探知機(センサー)を作る: その② 外観

おおよその外観が決まりました。

問題なのは、3Dプリンタの造形サイズギリギリですので、raftもbrimもつけることができません。　設計時の底面を平坦化しできるだけ広い面積を接地できる構造にしましたがうまくいくでしょうか?

ヒートベッドが冷えていく過程での熱収縮を抑える造形がポイントになりそうです。

高感度な金属探知機(センサー)を作る: その① コイルハウジング

地雷探査でよく見る金属探知機です。センサ径はいま所有している3Dプリンタが印刷できるぎりぎりのサイズでφ200mmです。センサーの主要部品はコイルですが、このセンサーボディはコイルの保護と電気的に絶縁が必要で、ABS樹脂は最適な素材です。

コイル部分は、コイルの仕様をいろいろ試すことができるようにカバーを樹脂ネジで固定してあり分解可能です。コイルが収まる空洞トンネル部は、断面積約50㎟確保してありますから0.29㎟のポリウレタン線なら100Tは余裕で巻ける仕様です。隙間なくきれいにまけば150Tぐらいはいけるかもしれません。

検出原理はすでにたくさんの制作例があり原理も同じことから割愛しますが、ある程度実用的なものを..といろいろ検討してみるとセンサーコイル径は大きいほうが感度が高くなります。

発振回路は、コイル付近に配置でき、表示部分、バッテリ、ポール(柄)部分は分離できるようにしてあります。

あとは3Dプリントしてみてから試作です。