人感センサー用オフディレータイマー回路

人感センサーで検知信号を引き延ばすには、いわゆる
オフディレータイマー を付加します。
このタイマー回路、『タイマーICといえば555』と
ばかりに555を使って時間を延ばしている回路を
見かけます。
しかし・・・555ではちゃんとしたオフディレーを
実現できません。
555の単安定マルチバイブレータ(トリガー入力に
反応して出力を一定時間オンにする)ではちょっと
もの足らない信号になってしまうのです。

オフディレーで欲しいのはこんな信号です。
　　・入力がオンしたあと、その信号が切れても、
　　　一定時間出力オンを維持。

　　・入力がオフしたあとも、出力がオンに
　　　なっている間は、新たな入力オンで出力オン
　　　時間を延長。(リトリガブル機能)

　　・つまり、入力のon/offがバタバタしても、
　　　オフになった最後を基点として計時。
　　　　　555はオンになったところが計時の
　　　　　基点になる。入力オン継続で出力はオン
　　　　　している、オフになった時に時間が
　　　　　過ぎていればオフになってしまう。

図示すると・・・

人感センサーを使う時のタイマーは、オンが基点ではなく
オン後のオフを基点にして働いてくれないと時間延長
タイマーの意味がありません。

しかし、555単独ではリトリガブル機能が無いので
これができません。

・555を使った単安定マルチバイブレータ回路

実際の信号波形を見てみましょう。
まずは単発のトリガーパルス。

計算どうりの出力パルスが出ています。
しかし、欲しいのは入力がオフしてからの遅延です。

トリガーパルスを長くすると、オン時間も
同じだけ延びますが、トリガー入力がオフ
になると、出力はそこで切れてしまい、
オフディレーが実現できません。
 
また、パルスが重なってもリトリガーしてく
れません。
 

555でリトリガブル機能を実現するには、
入力のオンでもってタイミングコンデンサを
放電する回路を外付けします。

NPNのデジトラを二つ使って、トリガー入力とタイミング
コンデンサの放電を行ってみます。
SWはGNDではなく電源側につなぎます。

すると、うまくオフディレーができます。
SWがオンすると555がトリガされると同時に
タイミングコンデンサの放電が続きます。
SWがオフするとコンデンサの電圧上昇が
はじまり、規定電圧までの上昇で出力が
オフします。
 
リトリガーも大丈夫。
 

TI社の555データシート に載っている応用回路では
　　・9.2.1 Missing-Pulse Detector
として、PNPトランジスタを使ったリトリガー回路
が出ています。

その動作を見てみましょう。
ディレー時間はVc電圧の持ち上がりで若干短く
なりますが、きちんとオフディレーしています。


入力信号が接点のようにタイミングコンデンサを
放電できるくらいの電流を許容するなら、ダイオード
一つでタイミングコンデンサを放電できます。

その様子です。

555にちょっと部品を外付けすれば、
　　オフディレータイマー
　　リトリガブル・ワンショットタイマー
が実現できます。

※参考
・555ワンショットタイマーを再延長可能に：気の迷い
・ESP8266 (ESP-WROOM-02) 工作で使う回路ライブラリ その1 (人感センサーと延長可能ワンショット)
・ missinng pulse detector :learningelectronics.net Fig.10a
 

『きもだめし』に人感センサー

ひさしぶりの小学校校庭キャンプ(4年生が対象)、
あれこれ反省点が。　(電気回り担当として)
　　・ヒュ～ヒュ～・ピカピカピカの
　　　　きもだめし用怪音＆怪光発生装置
これがずっと働きっぱなしで面白くない。
ずっと音を出すんじゃなく、子供が近づいたタイミングで
(びっくりさせるために)働かしたい。

これ　→　・きもだめし用怪光発生装置
は、人が近づいたらピカピカピカピカ～。
ちゃんと人感センサーを装備しています。

怪音＆怪光発生装置を作ったときはそこまで考えてな
かったんで、スイッチオンでず～っと音が出ていて
ランプが点滅(ふわふわ～っと明暗)しています。
　　小学校校舎の真っ暗な廊下で、コレが鳴って光っている
　　のは・・・大人でも不気味です。

電源はAC100Vなんで、外付け人感センサーで100Vを
開閉すれば良かろうと、先日の
　　・データシートが見つからない！シャープのSSR「S201DD2」
となったのです。

人感センサーの手持ちを探すと、パナソニック製の
古～い AMN13112 を1個発見。

これでも良かったんですが、アマゾンを探すと使えそう
なのがずいぶん安価で出ています。
入手したのは AM312 という型番。
　　　　　　　　↑
　　　　　これはaliexpressの画面

左側の2つがAM312。
右がパナのAMN13112。


カバー(レンズ体)を外すと、

窓が見えます。

調べると、こんな回路になっていました。

3本足は3.3V出力のレギュレータ。
+電源にノイズが乗っていても、ちょい安心。

パナソニックのがP-ch MOS-FETのオープンドレイン
(オンで電流を流し出す)になっています。

今まで、人感センサーといえば、この回路だと考えて
いました。
　　いったんNPN Trで受けてマイコン入力などと
　　インターフェース。

AM312は電圧出力で、出力端子間に20kΩの抵抗が
入っています。
そして、レギュレータが内蔵されていてセンサーの
駆動電圧は3.3V。
　　※3.0Vと記されているページもありますが、
　　　やってきたのを計ったら3.3Vでした。
NPNのデジトラで受けるにはベース抵抗の値に注意し
ておかなければなりません。
　　Rbの比が1:1のものだと要注意。
　　10k:10kだと20kが入ると3:1になって
　　Vbが0.8Vちょい。　なんとかオンするか。
　　4.7k:4.7kだと24.7:4.7で0.53V。
　　オンは無理かと。

Arduinoで使うには、Hで3.3Vだし、L側も入力の
プルアップ抵抗を有効にしてると、どうなるか。
デジタル入力だと、H/Lをうまく検出できないかも
しれません。

パナのとAM312の検出感度を比べてみると、パナの
ざっと半分。
パナのはスペックどおりに4～5mで感知。
でもAM312はそのざっと半分。
2～3mというところでしょうか。

そして、AM312は突発的(雑音的)な検知で反応しないよう、
安定して出力がオンするように時間を設けてあるのです。
それで、反応が遅くなっているようで、近づいたのに
なかなかオンしないと感じます。
　　通り過ぎてしまって・・・あれれ。

パナのはスパッと検知しますが、ノイズ的な突発的信号を
無視する操作を装置側でしなければいけません。

※関連
・出窓用焦電センサー検出回路
・出窓用焦電センサー検出回路その後

※内部回路
・AM312

・パナソニック  AMN13112

※参考ホームページ
・AS312 (AM312) Mini PIR module review


※人感センサーの略号
『PIR』センサーと記されているのですが、PIRって何？を
調べますと・・・
　　・Pyroelectric Infrared PIR Motion Sensor 
「Pyroelectric」は
　　焦電効果(しょうでんこうか)： pyroelectric effect　と

こんなのも
　　・Passive Infrared Ray　　赤外線の「IR」


人感センサー絡みで作っておきたいのが、「自動ランプ点灯回路」。
人の接近を検出してランプを点灯(電池運用で)し、
「真っ暗な廊下で待ち構えるお化け(PTAのお母さんが工夫を
凝らし)」を下前方から照らして、子ども達を驚かそうという魂胆。
今はお化けが自分でランプを持っていて点灯操作。
　　※怪光点滅装置の近くなら自動点灯はできますが
　　　これは100V運用なので、コンセントから延長コードで
　　　という使い方。
電池運用だと、どこでも使えます。
LEDランプをパッと点灯するのじゃなく、フワ～っ明るくなる
ように制御したいところ、

出窓の夜間照明用LEDを交換

出窓に夜間照明用LEDを取り付けたのが2012年の2月 。
Lアングルに1WのパワーLEDを7直2列の計14コ
取り付けて、24V電源で夜間だけ照明しています。

最近になって、「なんか暗なってきたなぁ」
ということで、14コ全数を新しいものに交換
してみました。

使ったのはストックしてあった同じ型番の
パワーLED。
単純にハンダ付けを外して交換。

照度計 ： トラ技 2016年5月号 に掲載
で、工事前と工事後を比べてみると交換後は
ざっと「倍の明るさ」になりました。

「こどもの日」モード  からちょっと「夏」になっています。

出窓：鯉のぼりを振る

「鯉のぼり」、振れました。

※関連
・2023年4月26日：出窓：鯉のぼりを振れたらというリクエスト
　　　↑
　　これがスタートで失敗案件
・2022年5月17日:「壊れたオルゴールの人形」を回せ！
・2022年5月4日:緊急指令！　「ダイソーの観覧車」を回せ！
・2022年5月8日:「ダイソーの観覧車」を回せ！ 回路図

説明には動画が要りますなぁ。
「出窓」の中から見た様子です。





メカ細工はあり合わせのパーツで。
旗振り棒は百均カメラ三脚の足。
　　※なぜか2本だけ残っていた
モータ軸の回りは、金属スペーサーを加工。
リンク棒はΦ2.0のシンチュウ棒をコの字に
曲げて。
その抜け止めは圧着端子の根元を残して
切断し、それを先に圧着。
　　※こちらからは見えないけど

※ユニポーラ→バイポーラ改造
ユニポーラ ステッピングモーター 28BYJ-48 5V
を「バイポーラ」に。


中央の赤線がユニポーラ接続でのコモンになります。
これを切り離します。


ステッピングモータのドライバユニット「A4988」は、
モータ定格の「5V」ではなく、12Vや24Vの電源を
供給して使います。
　　※1/16までマイクロステップの設定もできるので
　　　便利です。
基板上の半固定抵抗を調整すれば、モータの駆動電流を
設定できます。
駆動トルクに見合った電流にしておけば発熱が少なく
なります。
　　※出窓の電源回り、出窓の前に人が来たか
　　　どうかを人感センサーで検出していて、
　　　一定時間検出が続けばオン、
　　　検出が無くなってしばらくしてからオフ
　　　というふうなラインをこさえてあります。
　　　AC100V、DC24V、DC5Vの3電源が
　　　オン・オフします。

出窓：鯉のぼりを振れたらというリクエスト

「こどもの日」前、現在の出窓。

鯉のぼりが二つ。
右側の3段のは、回転テーブルに乗せていて
回っています。
中央の2段の、これはクリップで止めている
だけで静止。
その下の横行ブランコは左右にユラユラしてます。


この2段の鯉のぼり「左右に振れたら可愛いのに・・・」
というリクエスト。

モータの回転運動をカム機構的なもので左右の振りに
すれば良いのですが、減速機付のDCモータ、けっこう
うるさい。
常時回転は嫌がられます。
　　出窓の裏側にピピちゃんの寝床(鳥カゴ)
　　があるんで、現在の出窓、音がうるさいのは
　　停止中です。

あれこれ考えられますが、
　「秋月で買ったマイクロサーボがあったはず」
と引っ張り出してきました。
「SG90」 です。でも手に入れたのはずいぶん
昔ですんで現行品とは性能が異なるかもしれません。

出窓、常時動いている(光っている)ものだけでなく
人感センサで人が来た時だけ電源が入るように
しているのがあります。
　　※暗くなると天井に照明が点る。

これを使って「振る」ことを試してみました。
その予備実験です。

マイコンを使えばサーボ制御のPWMなんか簡単
に出力できますが、ここはあえてアナログで。

まずは左右に「旗振り」するための元信号となる
正弦波。
　稲葉 保さんの精選アナログ実用回路集
にヒントがあります。

「長周期でも安定」というのが特徴。
これを単電源で動くようにアレンジ。
周期は2秒ほどに。

VR1で中央電圧を決めて、VR2で振幅を調整します。
　　※A2Aの働きは「レールスプリッタ」とも
　　　言えます。

こんな波形が出てきます。


この波形でサーボへのPWMパルスを振れば、左右に
棒を振れるかと考えたのです。

PWMパルスの発生は2つの「555」で。

これで動いたんですが、あれこれ問題が発生。
まず上図の黄マークの回路。

人感センサーによる電源on/offでの「起動・停止」だと、
起動時に短パルスが出てしまい、棒が目一杯まで振っ
ちゃってから設定した振幅に落ち着くのです。
これでは、あきません。

電源投入後、正弦波の振幅がが落ち着いてから
PWMパルスを出すようにしないとということで、
リセットICを追加しました。
　　　※これだけで面倒やなぁ！モードに。

起動の様子です。

3秒ほど遅らせてPWMパルスを出すようにし
ました。
しかし、電源断時の停止位置との関係で、
「パサッ」っと急に振られることがあります。
　　※もうひとつやなぁ。

もう一つの問題が電源電流。
上の波形を見ても分かりますが、1.0Aほどの
ピーク電流が流れるのです。

もうちょっと詳しく見ます。
リセット解除、起動直後のPWMパルスと電源電流。


安定駆動中の様子。


この電流パルス、アナログ回路には大敵で
PWM制御パルスがちょっと振られてしまい、
振り幅が不安定になることがあります。
　　※ブレッドボードでの試運転
サーボモータへの電源供給ラインと制御回路の配線、
安定した制御のために、ちゃんとしておかないと
いけないようです。
　　※デジタルだと気を使わなくても・・・

ということで、サーボモータによる旗振りはあきらめて、
単純にカムか押し棒で旗を振ることを考えてみます。
駆動モータとその減速機構の音も含めて、出直しです。

※そうそう CMOSのオペアンプ。　安価に買えて
便利だった「LMC6482」、秋月が扱いを止めて
しまいました。
　　他の部品店ではむちゃ高価に。
今回はNJU7062 を使いました。
　　※参考 単電源オペアンプの入出力特性を調べる

「壊れたオルゴールの人形」を回せ！

何時の頃か・・・壊れてしまったオルゴール。
ピアノの中にオルゴールが仕込まれています。
ピアノの天板の上、さらに円板があって、そこに
お人形さん二体と鳥さんが乗っています。
オルゴールを鳴らすとこの円板が回転するとともに
お人形さんと鳥さんがクルクルと回転します。

動力はオルゴールのゼンマイ。
そのゼンマイが切れてしまって動かなくなってしまった
ので放置状態に・・・。
　　※「ゼンマイの巻きすぎに注意」っと書いてあるのに
　　　巻き過ぎたんでしょうなぁ。
　　　ゼンマイ終端の固定部が断裂していました。

「かわいいし、出窓にデビューさせてやりたい」という
女房殿からのリクエスト。
　　・音はいらない
　　・人形の乗った円板を回したい
　　・可能なら人形さんもクルクルなるように
という要求仕様。

ベースからゼンマイの機構部を取り外し・・・
「うまいこと取り付けられるモータはないかなぁ」と
部品箱を物色しますと、出てきました。
　　・ステッピングモーターとその駆動回路をごそごそ
ここに出てきましたユニポーラの「SPG20-1332」。
これがうまい具合に装着できました。
　　※SPG20-1332、秋月電子で買ったものですが、
　　　今はもう売り切れ状態です。


お人形さんがクルクル回る仕掛け、巧妙に作られています。



ドライバー回路、「A4988」を使うため、ユニポーラを
やめて(中点タップをすっ飛ばし)バイポーラで使います。

パルス出力回路は簡単に「VCO 4046」を使いました。


※人形さんの動きは、動画を見てもらわないと。
https://www.youtube.com/watch?v=fF6ch1IA0_8

「ダイソーの観覧車」を回せ！ 回路図

緊急指令！　「ダイソーの観覧車」を回せ！
こんな回路で回します。


ステップパルスを出すだけですので、もっと小さなマイコン
で良いのですが、「汎用性」ということでArduino-UNOを
（乗っているチップ ATmega328P）をベースにしました。

ドライバは「A4988」。
ゆっくり回すので1/16のマイクロステップで使っています。
1回転が32768パルス。
最大速度と加減速を半固定ボリュームで設定できるように
しておきました。

そうそう。
24Vから5Vを作っているロームのDC-DCコンバータBP5293-50 。
発熱しないんで小物の工作で便利に使っているのですが、
どうやらディスコンのようです。
秋月電子の在庫はまだ大丈夫のようですが、検索すると
　「終息品」「製造終了」「注文不可」
の案内が出てきます。

※追記
ユニバーサル基板に手組みした回路。

Arudino-UNOとつなぐのではなく、28ピン・ソケットに実装した
Atmega328Pで動かしています。
左下の緑色基板が「A4988」ドライバ回路です。

※制御波形


空いたポートにテスト用のパルスを出していますので
オシロを使えば処理時間が「見え」ます。

1msのタイマー割り込みで加速・減速処理をしています。
一定速度になると、周波数からOCR1A設定値を計算する
処理が無くなり、割り込みの処理時間が短くなります。


24V電源がオフした時の「減速」処理です。

電源ラインに入れたコンデンサに残ったエネルギー
を使って、急停止ではなくスローダウンできればという
ことで試してみました。
パルス周波数を4kHzまで上げると、先にコンデンサの
電圧が落ちてしまいます。

マイコンを使って制御しましたが、これくらいの処理なら
ステッピングモータを「ゆっくり回す」 回路のように、
「VCO：4046」を使ってパルス周波数を制御するほうが
簡単でしょう。
　　・電源オンで勝手に走り出せばよい。
　　・アナログ的にスローアップ、スローダウンできる。
　　・正逆回転制御は不要。

こしらえた制御プログラム、けっこう複雑です。
　　・16bitタイマーのOC1Aでパルス出力。
　　・タイマー2で1ms割り込み。
　　　　　この中で加減速制御
　　・速度、加減速設定ボリューム値はA/D割り込みで。
　　・割り込みと競合するwordデータの扱い。

※スケッチ：　・ダウンロード - wheel1.txt
　　　(ファイルタイプ、inoではなくtxtにしています)

※出窓に設置 (5月10日)

音は静か。
モーターのドライブ周波数も気になりません。
周波数は約2kHz。
一回転32768パルスなんで、15～16秒で1回転。
A4988ドライバ基板の半固定抵抗、24V電源の電流と
して40mAちょいに調整。
　　（制御回路の電流も含めて）
これで駆動トルクは十分。
長時間運転しても、モータの発熱は気になりません。


※youtubeに動画をアップ
　　・https://www.youtube.com/watch?v=G9pLAnvU-uU
音声がザワザワしているのは、再開したご近所の居酒屋さん。
（我がガレージじゃない）

緊急指令！ 「ダイソーの観覧車」を回せ！

現在の出窓、「ピピちゃん」の鳥かごがそばにあるという
ことで、うるさい音が出るものは中止しています。
　　　モータを使って駆動するもの。
　　　車輪の音がうるさいもの。
　　　人感センサーで出窓の前に人が来た時だけ
　　　動かすようにしてるんですが、それでもうるさい
　　　のがありますんで。

光り物や静かに動くものが中心になっています。
　　旧ブログ：出窓
　　「ぶつかるLED」
　　「跳ねるLED」
　　電磁ブランコ

今朝撮った出窓。
いちおう「こどもの日」モード。

左端が「跳ねるLED」。　上方に「ぶつかるLED」。

横行ブランコ。　（電磁ブランコで、左右に揺れます）


コアラが乗った木馬が揺れます。
鯉のぼりが回転します。


今回は、ダイソーの観覧車 。
これを「回せ！」っという女房からの指令です。


中心軸を3mm径の真ちゅう棒にして、それを後方に延長。
壁を通り越して、裏側に取り付けたステッピングモーターで
回します。


モータ軸が5mmですので、樹脂製のカップラーを介して
つなぎます。　（仕事で使った残材があった）


ステッピングモーターは28BYJ-48 (DC5V) 。


この改造
2018.07.11 28BYJ-48 ステッピングモーター改造：時代遅れのアナログ爺さん：楽天ブログ
をして、ユニポーラからバイポーラ接続にしています。

試運転で使ったのはこの回路。
ステッピングモータを「ゆっくり回す」

マイクロステップ可能なドライバ回路を使うことで、
モータの駆動電流が調整ができるようになり、モータの
定格電圧によらず、例えば12Vや24Vで駆動できて
便利です。

出窓の人感センサー反応でDC24V電源が供給されるので、
それでスローアップして定速回転に。
電源断検出でスローダウンして停止へという制御を
組み込まなければなりません。

カップラーの様子。

カップラーは「アサ電子工業」 製。
　　　　　　　　↓
　　　　　オルダム継手 を出してます。


中心軸受けの様子。

3mm用スペーサーの上部をカットして真ちゅう棒が乗るように。
スペーサーは観覧車の支柱にハンダ付け。

フランジナットを観覧車中心部にハンダ付け。
そこに真ちゅう棒を通してさらにハンダ付け。
　　※白ペイントしたんで見えないけど・・・

※続き・・・
　　・「ダイソーの観覧車」を回せ！ 回路図
　　　　　制御スケッチも

温湿度センサーDHT11、ライブラリを使うと氷点下の温度がおかしくなるぞ！

出窓の結露対策回路、春めいてきたのでそろそろお片付け
ということで、製作時の記事へのリンクを示してしておきます。

・2021年12月7日：湿度センサー「DHT11」がやってきた・・・けど！？
　　　↑
氷点下での温度計算異常の発生を確かめています。

これに気が付かない原因・・・
　　・昔からあるライブラリにミスは無いだろう。
　　　　　それが、甘い！
　　・みんな、使っているし。
　　　　　氷点下まで温度を下げたことあるのかな？
　　・動いているし。
　　　　　暴走せずにそれなりの値は出てくるけど。
　　・欲しいのは湿度。　温度はおまけ。
　　　　　でもみなさん、温度を使ってるし。
　　・DHT11で氷点下なんて使わないぜ。
　　　　　屋外のデータを得ようとしたら、大阪でも
　　　　　氷点下になりますぜ。
　　・1℃桁が合ってればヨシ！
　　　　　みんな、1℃で満足してないでしょ。

みなさんが使っておられるライブラリに関する言及記事をピックアップ。
・Arduino(アルドゥイーノ)始めます：ライブラリのインストールと温湿度センサDHT11をつかう
・Arduinoで温度湿度センサDHT11の使い方
・温度・湿度センサーDHT11を使ってArduinoで温度と湿度を計測する
などなど・・・

DHT11を使った出窓の結露対策用ヒータ制御回路 この1週間

3月になって、日差しも長くなり、そろそろ出窓の「結露」も終わりかと。
この1週間の様子です。

「温度15℃以下」の時に「湿度70%以上」でヒーターをオン。
という制御にしています。

一番下の青線がヒーター駆動。
ヒーターonのとき、温度と湿度の波形幅が
広がっている(ヒステリシスでハンチング)様子が
見えています。