2011/11/23 水曜日

【電子工作】赤外線リモコン式調光器【ハードウェア編】

Filed under: ソフトウェア関連,ハードウェア関連,日記,電気電子・情報関連 — ハイジんブルー @ 20:38:50

【電子工作】赤外線リモコン式調光器 【目次】

【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【信号解析】
【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【試作編】
【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【ハードウェア編】←今ココ
【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【ソフトウェア編】
【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【実装編】
【電子工作】 赤外線リモコン式調光器 【まとめ】

実際に蛍光灯照明に搭載する回路を見ていきます。制御部の回路図を図1に示します。

図1 赤外線リモコン式調光器 制御部

基本的には【試作編】でブレットボード上に作った回路と同じですが、新たに圧電サウンダとバイポーラトランジスタを追加しました。

圧電サウンダの追加

圧電サウンダは操作を認識した際に「ピッ」って確認音がなるようにしました。

圧電サウンダには並列にZNR(サージ吸収素子)を入れました。圧電サウンダは電圧を印加することで振動し音が出ますが、逆に振動を与えると電圧が発生します。場合によっては非常に高い電圧が発生してマイコンを破壊してしまう可能性があるので、それを吸収するためにZNRを入れています。

バイポーラトランジスタの追加

ブレットボード上で試作した際にLEDを点灯させましたが、実際に蛍光灯照明に内臓する基板にもLEDは残すことにしました。動作不良が発生した際に正常動作しているかを確認するには一番わかりやすいので。

ただ、常にLEDが点灯していると無駄に電力を消費するのでマイコンをデバグモードにしない限りLEDが点灯しないようにしました。そこで用いたのがバイポーラトランジスタ『2SC1815』。定番ですね。

SSR回路部

SSR回路部と銘打っておきながら、ココは市販品を用いました。

秋月で販売しているSSR(ソリッドステートリレー)のキットを用いました。

ソリッド・ステート・リレー(SSR)キット 25A(20A)タイプ – 秋月電子通商
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00203/

部品を個別に購入してメインの基板に実装も考えたんですが、コストを考えるとキットを買った方が安いんですよ…

ここでは制御回路部のマイコンから出力されるON/OFF信号に合わせてAC 100VのON/OFFを行います。早い話が電子式のスイッチです。

各蛍光灯をSSRを用いてON/OFFすることで調光を行います。

最初は電磁リレーも検討していましたが、『部品数が増』『消費電力』『動作音』の点からSSRを用いることにしました。

電源回路部

図2  赤外線リモコン式調光器 電源回路部

図2が電源回路部の回路図。蛍光灯照明に内臓するということで蛍光灯と同じ100Vから電源を取ります。基本は先日のLED照明と同じでリアクタンスによる電流制限をかけています。

ただ、それだけだと得られる直流電圧は100V以上で、そのままだとマイコン等は駆動できません。よって、5V程度まで下げる必要があります。通常は変圧器や三端子レギュレータを用いるんですが、電源回路で調べると面白い回路を用いている例があったので、それを用いてみました。

24時間毎日繰り返しタイマー – Let’s Try 電子マスカット
http://www.zea.jp/audio/dayt/dayt_01.htm

『トランスレス電源』で検索すると色々と例が出てきました。

回路自体はびっくりするくらい簡単で図2のダイオードD1を入れるだけ。と言っても、ただの整流ダイオードではなく、ツェナーダイオードを用います。

ツェナーダイオードは通常のダイオードよりも逆方向に対する降伏電圧が低い。例えば、今回用いるツェナーダイオードは降伏電圧が5.1Vとなっている。

5.1V未満ではツェナーダイオードに電流が流れず、5.1V以上になるとツェナーダイオードはツーツーになる。このため、その先の回路には5.1V以上の電圧がかからない。後は、容量が大きい電解コンデンサC4で平滑化することで安定した5Vが得られるようになる。

5.1V以上になると回路はショートしていることになるから危険そうだが、そこで役に立っているのがC1~C3のコンデンサ。このコンデンサによるリアクタンスを用いて電流制限をかけているためショートしてもある一定以上の電流は流れないわけである。(詳しくはhttp://haizin.serveblog.net/?p=8864を参照)

上手くできてるなぁ。

電源回路の動作テスト

今回の回路では合計3[uF]のコンデンサにより約90[mA]に電流が制限されている。この電流量の範囲内で制御回路とSSRを駆動することになる。そこで、電流量が足りるかどうかテストしてみました。

DC側に流れる電流と電圧をテスタで図った結果、次のグラフのようになった。

左からSSRを0個、1個、2個・・・・6個ONした結果となる。

LEDはデバグ用LEDをON/OFFした際の結果。当然ですがLEDがONの方が電流量が多くなっている。

SSRのON数が多くなり、電流量が多くなると電圧が下がってきていることがわかる。

さらに、補助照明用に2系統準備したSSRもONにした状態では…

LED ONでSSRが8個ONになると電圧は4.2[V]まで下がりました。

今回用いているパーツの最低動作電圧を見ると…

SSR : 3V
赤外線リモコン受光モジュール : 2.4V
PIC16F88 : 2V

となっている。どれも電圧が足りててバッチリ!と言いたいところ、実のところはこうなることを想定して低電圧動作する部品を集めてました(^^;)

ただし、一つ苦戦したのがPIC16F88の設定。8個目のSSRをONにした瞬間PICに再起動がかかって「何事か?!」と思いましたが、原因は『ブラウンアウトリセット(BOR)』が有効になっていることでした。PICへ供給されている電圧が4V以下になるとリセットがかかるようにする機能なんですが、8個目のSSD ONの瞬間にこの閾値を超えてしまうために再起動がかかってしまってました。

PICへの書き込みの際にPICライタでBOR設定を無効にしたところ問題なく動作するようになりました。

【ソフトウェア編】

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