虫食いアレッタのブログ

 電子回路を自作するとき、表示灯としてLEDをよく使います。DC24V程度であるなら適当な抵抗を直列に入れればLEDを点灯させることができます。しかし交流100VでLEDを表示灯としたい場合は注意が必要です。単に抵抗を直列に入れるだけでは抵抗の消費電力が大きくなり定格電力をオーバーして高熱になります。 （AC100Vに抵抗を直接接続したことがないので、燃えるのか破裂するのかわからない） AC100V用のLED表示灯も販売されていますが、表示板に穴をあけて取り付けるタイプのもので、プリント基板で使用するには大きすぎます。 AC100VでLEDを点灯させる実験の記事をネットで見つけたので実験してみました。 (参考記事) 直流・交流観察器　 http://www2e.biglobe.ne.jp/shinzo/jikken/kouryukansatsu/kouryukansatsu.html LEDナツメ電球の仕組みを使ったものですが、理屈もちゃんと説明しているので一読お勧めします。 回路図 下の図が実験に使用した回路図です。LED D1は普通の3mmとか5mmのLEDで、逆耐圧は５V程度です。必要な電流も10mA程度。当然直接AC100Vにつなぐわけにはいきません。100Vを5V以下まで落とす必要があります。 使用する抵抗はよくあるカーボン抵抗器で1W以下の消費電力です。抵抗は電気を熱に変換して電圧を下げるので抵抗だけでは十分に電圧を下げることはできません。そのためにコンデンサC1で電圧を下げてやります。コンデンサは交流に接続すると充放電により、電源とは周期がずれた起電力が発生するので抵抗（リアクタンス）が発生します。 （周期がずれた起電力で電源にカウンターパンチを与えるイメージ）　 コンデンサのリアクタンスは消費電力が０（力率が０）で熱が発生しません。つまりコンデンサで効率よく電圧を下げようという仕組みです。 実験に使用した回路 回路図の説明は参考のブログにも書いてますが、実験結果と合わせて補足しておきます。 コンデンサC1(主役)と抵抗R1 このコンデンサが交流の電流を制限します。交流抵抗Z（リアクタンス）は下記の式で計算できます。 　Z　＝　１／（２πｆC）　　πは円周率のパイ、fは周波数 参考ブログでは、C1は0.47uFで50Hzの交流電源を使ってるので...

 前回の続きです。Raspberry Piを使った自作制御ボードの説明をします。今回は安全面やキャパシティについての設計上の考慮点について書きます。 自作制御ボードの基盤イメージ(KICADの画面) 前回の基板から、外部のスイッチモジュールに接続するコネクタを追加できるように改善した物 何系列制御できるか Raspbery Pi(以下,Raspi)には電流の制約があります。１つのGPIOは16mA以下、全体で50mA以下。余裕を見て７割の32mA以下で設計しておきたいです。そのためには、GPIOからフォトリレーへの入力電力を適切にするように回路図の抵抗R1の値を決める必要があります。 抵抗R1の計算は下記のようになります。 （＊１）      R1 = (Vcc-Vf)/If      VccはGPIOとGND1の電圧。つまり3.3V。      Vfはフォトカプラ両端(端子1と2)にかける電圧。データシートによると推奨は1.15V。      Ifはフォトカプラ両端(端子1と2)に流す電流、つまりGPIOに流す電流。余裕をみて 10mA とする。  したがって      R1 = (3.3-1.15)/0.01 = 215 Ω     近い値の抵抗器を選びます。 しかし、TLP22Aのデータシートでは、推奨動作条件の Ifの最小値は5mA です。その場合R1は 430Ω の計算になります。トリガLED電流（フォトリレーがオンになる電流）は3mAになってますのでまだ余裕があるはずです。実際私は別の基盤を500Ωで作成して稼働しています。Ifの値を小さくすればGPIOに流れる電流を節約できます。 （ここでは特に問題になりませんが、変換効率（＊２）という要素もあって出力側の電流を多く流す場合、Ifは適切な大きさで設計しないといけません） GPIO全体の電流はIf×オンになるGPIOの数となります。このボードの設計では余裕を見て４系統にしました。Ifを5mAとしたとき４系統で最大20mAということになります。（制御ボードの大きさをコンパクトにしたほうが基板製作費が安いという理由...

 今回は、センサー関連の記事をお休みしてRaspberry Pi（以下、Raspi）を使った電源制御の話をします。IoTでデータを集められるようになったら、データを活用してなにか自動化したいと思いますよね。Raspiから電源やスイッチが制御出来たらいろいろな自動化ができるようになります。今回はその入口の話です。 ちなみにUECS Piユーザー用にアルスプラウト株式会社からは、「Arsprout DIYキット制御ノード」が発売されています。このキットは、Unipi technology社製のUnipiという拡張ボードを使っています。これらを購入すればよいのですが、それなりの値段はしますし、自分にピッタリ合ったものが欲しい、中身を理解して自作したいという方はご一読ください。 アルスプラウト株式会社　DIYキット　 https://www.arsprout.co.jp/products/diy-kit-body/ Unipi 1.1  https://www.unipi.technology/unipi-1-1-p36 自作した制御ボード 制御ボードのニーズ Raspberry PiのGPIOピン(汎用周辺入出力と訳せばいいでしょうか)を使っていろいろな機器の制御ができます。例えば温度センサーを使って温度が高くなりすぎたらファンの電源を入れるとか、朝になったらカーテンを開けるモーターを動かすとかです。音声認識をして制御することもできるかもしれません。 しかしRaspiのGPIOは3.3Vであり、電流も制限されます。基本的にオンオフの情報を伝えるのが目的で、直接モーターを動かすなどの目的には使用できません。 例えばスマート農業の世界では、 CO2を供給を制御する　→　電磁バルブをDC24Vで開閉する 潅水ポンプを制御する　→　AC100V電源をオンオフする などです。 制御する物に合わせて別の電源を与える必要があり、それとGPIOを仲介する仕掛けが必要になります。 基本的な仕組み 今回自作した冒頭写真の基本的な仕組み（１系統分）は下記の図のようになります。GPIOのオンオフは電気的には3.3Vの電圧がかかった状態がオン、０Vの状態がオフです。これを東芝のフォトリレーTLP222Aを介してJ2コネクタから供給された電源を制御します。SW1は手動制御でオン/オ...