アナログ、デジタル(マイコン)回路設計

現在紀伊長島の燈籠祭りの電飾をボランティアで活動しておりました。

この記事はあくまで参考として下さい。
万が一真似て発生した問題には一切責任を取りません


製作実績NO4は開発中
NO 名称 機能 備考
1 マイコン(Z80)制御調光回路

リンクをクリックしてね
3相交流200V20Aを40回路
調光(強弱)プログラムします。

最大合計160kwになります。
8ビットのD/Aを40個搭載
ポケコン(PC-G813)を使用してます。
ゼロクロスを関知し、位相制御します。VRとSWによる手動制御も、
可能(40回路)

2 単相200V300A調光器 単相交流を位相制御します。 メーカー製だと50万円と聞き
2万円で製作しました。
3 キラメキ調光器 3色の光源をゆっくり自動で
明暗を変化させる
三角波発生回路とコンパーレターを
組み合わせて変化を調光する。
4 パラレルデータ無線転送装置 パラレルデータを無線で送る PICマイコンでパラレルとシリアルの
変換を行い無線モジュールで送受信する


海上の中燈籠を12台マイコンで
遠隔操作(電飾を)する予定
5 ステッピングモーター制御回路 PICによる制御 今回は試験的に6回転したら反転し、加速ー定速ー減速ー反転の台形制御をする。最終的には滑らかなPWM制御を目指します。
5 //2006年の燈籠祭コンピュータ制御プログラム(PC-G850用)
10 DIM A(19)
20 FOR J=1 TO 19
30 READ A(J)
40 NEXT J
50 DATA &H01,&H02,&H04,&H08 //電飾パターンデータ
51 DATA &H10,&H20,&H40,&H80,&H00
52 DATA &H55,&HAA
50 DATA &H03,&H06,&H0C,&H18
51 DATA &H30,&H60,&HC0,&H00
80 OUT &H33,&H80 //8255no1の初期設定_A,B,Cポート出力
90 OUT &H23,&H89 //8255no2の初期設定_A,Bポート出力_Cポート入力
100 A= INP &H22 //8255no2のCポート入力からSWの入力
110 IF A=1 THEN GOTO 200 //電飾プログラムno1へ
120 IF A=2 THEN GOTO 300 //電飾プログラムno2へ
130 IF A=4 THEN GOTO 400 //電飾プログラムno3へ
140 IF A=8 THEN GOTO 500 //電飾プログラムno4へ
150 GOTO 80
200 FOR I=12 TO 19 //電飾プログラムno1
201 OUT &H30,A(I) //光の輪が頭から尾まで流れる。
202 OUT &H30,A(I) //同じOUT命令が続くのはタイミング取るため(汗
203 OUT &H30,A(I)
204 OUT &H30,A(I)
210 NEXT I
215 FOR I=12 TO 19
216 OUT &H31,A(I)
217 OUT &H31,A(I)
218 OUT &H31,A(I)
219 OUT &H31,A(I)
225 NEXT I
230 FOR I=12 TO 19
231 OUT &H32,A(I)
232 OUT &H32,A(I)
233 OUT &H32,A(I)
234 OUT &H32,A(I)
240 NEXT I
245 FOR I=12 TO 19
246 OUT &H21,A(I)
247 OUT &H21,A(I)
248 OUT &H21,A(I)
249 OUT &H21,A(I)
255 NEXT I
260 GOTO 80
300 N=1 //電飾プログラムno2
305 FOR I=1 TO 9 //no1のプログラムの流れる早さが変化する
310 FOR K=1 TO N
320 OUT &H30,A(I)
330 OUT &H31,A(I)
340 OUT &H32,A(I)
350 OUT &H21,A(I)
355 NEXT K
356 NEXT I
360 N=N+1
365 IF N=10 THEN GOTO 80
370 GOTO 305
400 FOR I=1 TO 9 //電飾プログラムno3
410 FOR K=1 TO 3 //no2のプログラムの定速で流れるタイプ
420 OUT &H30,A(I)
430 OUT &H31,A(I)
440 OUT &H32,A(I)
450 OUT &H21,A(I)
460 NEXT K
470 NEXT I
480 GOTO 80
500 N=1 //電飾プログラムno4
505 FOR I=10 TO 11 //偶数列と奇数列が交互に点灯する
510 FOR K=1 TO N
520 OUT &H30,A(I)
530 OUT &H31,A(I)
540 OUT &H32,A(I)
550 OUT &H21,A(I)
555 NEXT K
556 NEXT I
560 N=N+1
565 IF N=10 THEN GOTO 80
570 GOTO 505

PICによる、ステッピングモーターの制御

1.動機

ステピングモーターは家電製品、制御装置に広く使われている。

制御のし易さやACサーボモーターに比較してかなり安く上がる。

その反面、ステップ動作のため動作がギクシャクする、或いは騒音を出すなどの

問題が在るため、今回はPICマイコンを使用しソフトで改善し、更に安く仕上げて高機能を持たせる。

PICは基本的にワンチップマイコンで在るが高機能で、選択肢が沢山あり、

尚、1個200円等の理由から10数年前から多くの組込みに使われている。

専用のICもあるが、専用で在るがゆえに数年で廃品種になる危険がある。

2.回路

以上のように非常に簡単な回路です。

秋月電子のキットを使用します。

3.ソフト

 加速と減速をソフトで処理を行ういわゆる台形処理で脱調(スッテプがずれる事)を防ぎます。 電源を投入すると200ステップ/一回転のステッピングモーターを、半回転で定速に持って行き6回転で減速し回転方向を反転し、この処理を永久に行います。

 今回は、台形処理をメインにソフトを組みますが、将来的にPWM制御も行い滑らかな回転をステッピングモーターで実現します。

4、ざっくりフローチャート(^−^;

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マイコン(Z80)制御調光回路の、補足説明

回路を載せると一番良かったんですが、
多分CATVに引っ越す8月〜9月頃になると思います。

3相交流のゼロクロス検出は、トランジスターのみです。
D/Aコンバーターの出力はダイオードを通して
コンパレーターの「+」に、「-」にはゼロクロストランジスタに
よってトリガーされたノコギリ波発生回路の出力が入ります。
プログラムされたD/Aコンバーターの出力以上になると
コンパレーター出力が「LOW」トライアックがONになります。

燈籠祭りの現場は電源は極めて不安定の上
塩風、塩水が飛んでくる海の上で、コンピューターが上手く行かない時は
マニュアル(スライドボリューム)でも調光コントロール出来るようにしています。
D/Aコンパレーターの出力と、マニュアル制御VRはダイオードORの
接続になっており、電圧の高い方が、制御権を握ります。

祭りは一発勝負でいざという時、手で誤魔化す仕組みです(^_^;)
このマニュアルVRも一工夫してあり、VRを40個分と
それらの最高電圧と最低電圧を調整できるVRを2個も付けてあります。
また、40個のモーメンタリーSWとオルタネートSWもパラに
ワイヤードORの形で、接続され、平行してON、OFF制御出来ます。

ちなみに、コンピューターはZ80のポケコン(PC-G813)で
マシン語で使ってますが、ちょっと非力(遅い)かなぁ〜〜
プログラムで、インバーター制御?するのがベストでしょうね。
位相制御だと、電球のON時の突入電流も馬鹿になりませんし・・
その点、ゼロクロススイッチングだと改善されますし
無線連絡の時のノイズ混入も小さくなるでしょうね。
将来は、ノートパソコン使いたいですね。

来年は、PICと無線モジュールを使って
12基の中燈籠を海上で遠隔操作したいです。