10ch-AD変換部アナログフロントエンド基板（未配線）

その間、PVをもう一基、連系開始しました。合計２基です。合計容量は、かわいい小さなものです。
（電力計を説明していくにつれ、容量は判明するでしょう。）

さて、電力計を作る件ですが、仕様決定は自分、設計も自分、製作も自分、納期決定も自分、遅れても誰にも怒られない、ということで、遅れまくっています。
ですが、進捗は非常に遅いですが進んでいます。

仕様はAD部について、大体決めました。
ADは10ch として、サンプリング速度も決めました。それに基づいて10ch FFT のプログラムも書いて、動作速度も問題なさそう、という感触も得ています。
電力計測の頻度は、0.2[s]に一度とする予定です。

回路もメモ程度に書いて、基板にIC(オペアンプ）を並べて配置を決めました。それが冒頭の写真です。
AD変換はRX220というマイコンにやらせますが、それへの入力のためのアナログフロントエンドということになります。

細かい話をすると、交流電源の周波数は 50Hz という、キロ(k)もメガ(M) もつかない、非常に遅い信号なのでオペアンプなしでもやれそうですし、やりたいところです。トランスで電圧を下げるのでインピーダンスも下がりますし、CTトランスの方も出力インピーダンスはわりと低そうなので、オペアンプなしの解もありそうです。
しかしながら、トランスの巻き線比は決まっていて、AC200Vを 5V の ADCの入力範囲にうまく入れるには抵抗分割が必要になるなど、オペアンプが必要になってくる方向になります。
その他、勘案して、素直にオペアンプを使うこととしました。

ということで、今後も続きます。

2.500V基準電圧源基板

しかしひとつ憂鬱になることがあります。それは、計測値として絶対的な値を求めなければならないことです。数値として a [V] と計測できたとしてその精度はいかほどかという問いが常にまとわりついてきます。あまり立ち入りたくない世界です。

ここでは下手な考え休むに似たり、ということで、高精度の基準電圧源ICに登場してもらいました。MAXIM 社の MAX6225 です。（下の写真）
精度のよい 2.500V を出力してくれます(*1)。これをマイコンのADCで読み取り、AD変換値を電圧に換算する際の基準とする目論見です。

それと、正負をとるAC電圧の中点電圧の基準にすることも予定しています。

なお、このICはマルツの通販で入手できました。1個600円で納期が少しかかりました。

IC MAX6225BCPA — 1個600円もする。

ということでこのICを動作させる回路作りました。それが冒頭の写真です。

■作った回路の出力電圧の測定
出力電圧の測定の様子を下に示します。

基準電圧源(2.500V)の出力電圧の測定

手元のテスターで測定結果が見事に 2.500V と表示されています。
しかしテスターの精度は1%程度のものですから、2.500Vを測定して1mVの精度で合っているはずがない、と考えるべきです。
ということで、別のテスターで測定してみると、案の定、2.508V であり、ずれてます。ずれ量としては 1%以下であり妥当な結果です。
テスターの結果はそのまま信用できないことがわかります。とはいえテスターとしては最初のテスターの方のほうがより信用できる、と言えるでしょう。

では本当に2.500Vなのかが心配になります。そこでIC(MAX6225)を別のものに差し替えてみると、最初のテスターで計って 2.500V となりました。なかなか評価が難しいですが、IC2個の個体間のばらつきは1mV以下であることは確かでしょう。またデータシート上は+/-3mV のずれはあるのですが、通常はもう少し狭い幅で中央付近でばらつくはずなので、実際の値は 2.500V +/-1mV であると推察します。そして、このテスター表示はその程度で正確なのではと考えます。
（手元で使っていたテスターは「当たり」であったと言える）

■回路図
回路図を下に示します。手書き図面のpdfファイルです。
2.500V基準電圧発生部回路図

＜回路メモ＞
・MAX6225 は 10V 入力のときが出力電圧のずれが最小(0ppm)(*2)ということなので、オーバースペックとは思いますが 10V を印加するようにしました。テスターでの実測で 10.07V となっています。
・抵抗値の 700Ω は 680Ω + 20Ω がよいと思われますが、手元にないので、苦肉の組み合わせ(1kΩ//47kΩ//47kΩ)にしています。
・LMC6482の出力の抵抗330ΩはマイコンのADCと接続する上では不必要に大きいかもしれません。あとで変更もありえます。

長くなりました。ではまた。

図1 OLED 16文字x2行 および LCD の駆動

OLEDは秋月の16文字2行のものです。→SO1602AWGB-UC-WB-U
I2C接続なので配線が数本ですみます。

マイコンボードもRX220搭載の秋月のものです。

このマイコンにはI2Cインターフェースが搭載されていますが、それは使用していません。普通のポートからソフトウェアで制御しています（Arduino等でありがちなやりかたで）。

電圧については、RX220が5Vで、OLEDが3.3Vなので矛盾無く接続しないといけません。ここは、トランジスタ2SC1815と抵抗で組みました。最初はI2Cバス用双方向電圧レベル変換モジュール(PCA9306)を使おうとしましたが、作っている途中で壊れてしまたようで、求める動作をしてくれませんでした。
(2SC1815周りの回路については、省略します。ご希望がもしあれば掲載します。)

今後使うのはOLEDを考えていますが、せっかくI2C駆動のプログラムを書いたので、OLEDとほとんど同様のコマンド体系をもつ LCD も駆動してみました。それが上の写真です。LCDはこれ→AE-AQM1602A(KIT)です。

さらには、LCD の別のものも試しました。8文字x2行のものです。SwithcScienceのものSSCI-015165です。

図2 SwitchScienceの LCD 8文字2行品の駆動

プログラムはGithub においてあります。
https://github.com/radioshack16/rx220_sample

いきおいで、LCDをつけてみましたが、勉強になりました。
１．各社のOLED, LCDの文字表示ユニットのコマンド体系が似ている（基本コマンドはほぼ同一）理由は、その昔に日立が出した HD44780 というキャラクタ表示LCDコントローラーIC がデファクトになったからだそうです。
２．秋月のOLED(Sunlike)のデータシートに誤記があります。コントラスト調整のコマンドのところ。
コントローラIC(US2066)の仕様書をみると正しい情報が得られます。かつ、はるかにわかりやすい記述になっています。こちらの仕様書(pdf)はどこからダウンロードするのが適切か、はっきりしません。検索してください。

以上です。ではまた。

取り急ぎのテストとして、ADCの12チャンネルのうちのひとつAN000を指で触る/触らないかして挙動を見ました。割り込み関数からAD値の12bitのうち上位4bitをhexで表示させています。変換と表示は2ms毎にしています。表示というのはシリアル出力のことです。下のように、指で触る/触らないに反応して数値が変わっています。

前半は指で触っていません。指でさわると0, Fh を交番してます。大雑把に言って、Fは５個連続、0も５個連続しています。１個が2msですから周期は20msとなり、これはAC100Vの50Hz周期に一致します。前半は5Vの中点電圧ですね。

ということでADC module は設定した通りに動作していると言ってよいでしょう。さらなる詳細については、電流センサとバッファアンプをつないで動作確認していくことにします。

ソースはgithubにて：

https://github.com/radioshack16/rx220_sample/releases

ではまた。

MTUで1ms->ADC開始トリガ生成–>ADC終了割り込み

として、ADC割り込みハンドラでLEDを点滅してます。

https://github.com/radioshack16/rx220_sample/tree/develop

このうち、メインと割り込みハンドラーのソースは次です：

• https://github.com/radioshack16/rx220_sample/blob/develop/rx220_sample/rx220_sample.c
• https://github.com/radioshack16/rx220_sample/blob/develop/rx220_sample/intprg.c

ADデータの利用はまだです。

では。

https://github.com/radioshack16/rx220_sample

• 主要Cソースファイル：
• rx220_sample.c   // ハード設定とmain関数
• intprg.c                 // 割り込みハンドラー
• 機能:
• ・MTU2で1ms周期信号発生、割り込み発生
• ・割り込み関数から文字’A’を2ms周期で送出
• ・LED1/2 を適当に点滅

シリアル設定： 9600bps, 8bit, parity なし, stop bit 1bit

ソフトで言えば、ハローワールドができた、というところです。電力計測機能はまだ全然ありません。この後　ADCを動作させて電流/電圧値を計測できるようにしていく予定です。

公開の目的は、サンプルプロジェクトの提供です。RX220ボードで何かしたい場合、これを出発点に自由に改造して使っていただいてかまいません。

ルネサスのツールの PDG(Peripheral Driver Generator)を使っていないので、身軽というメリットがあるかも知れません。

秋月のキットにはTutorialの入ったCDがついてきて、もっと簡潔なサンプルも載っています。（参考にしました）

ツールは下記を使っています。（いずれも無料。Renesasに登録すればダウンロードできます。）

• ・開発環境: HEW Ver4.09.01.007
• ・書き込みツール: Renesas Flash Programmer V2.04.01

ではまた。

ハードウェアマニュアル（11. 消費電力低減機能）とiodefine.h をみるとどうすればよいかわかります。MTUの場合は

SYSTEM.MSTPCRA.BIT.MSTPA9  = 0;

とすればよいみたいです。あるいはマクロ定義

#define MSTP_MTU SYSTEM.MSTPCRA.BIT.MSTPA9

を使って

MSTP_MTU = 0;

とするのも同じことです。この書き方を使うことにします。

MSTP とは Module SToP の略みたいです。

シリアル通信のため SCI(Sereal Communication Interface)も動かしますので

MSTP_SCI1 = 0;

とします。

テストとしてMTUで1ms周期信号を作って割り込み処理で1文字出力ができました。

ではまた。

構成は次を考えています。詳細はおいおい必要に応じて記したいと思います。

1. 1. 電圧・電流計測部
2.       マイコン(RX220)+電流・電圧センサ
3. 2. インターネット接続部
4. 　　  LTEまたは3G接続

まずはマイコンです。秋月電子通商のものです。

ＲＸ２２０マイコンボード開発セット[AE-RX-220-CPU-BASE-SET]

ＲＸ２２０マイコンボード

とりあえずLEDの点滅ができてます。

クロックの選択が面倒でしたが、20MHz Xtal クロックをシステムクロックとすることにしました。CPU内蔵の発振器を選択すれば32MHzでも動きますが、そうすると周波数精度が±1%で、ペリフェラルクロックもそれを使わざるを得なくなって、少し気に入りません。ペリフェラルは20MHz Xtalにして、演算だけ32MHzが選択できるとよいのですが、かなわないようです。

電圧と電流はトランスとCTセンサで適当な電圧にしてAD変換します。1秒に一度電力を算出してシリアル通信で出力する予定です。20MHzクロックで足りるであろうと思いますが、もし不足ならその時点で考えることにします。

ではまた。