猫除け装置の改良
はじめに
前述の猫除け装置その２を２台製作して４年程経過し、最近１台が故障しました。
強い雨の日にモーターが回り続けて異音が発生して気づきました。
回路ケースを開けて見たら基板の銅箔がかなり変色し湿めっていました。
グルーガンで防水のため付けた樹脂が劣化し雨水が入ってしまったようです。
スイッチカバーの薄いシートにも穴が開いていました。
回路基板を取り出してテストするとPICマイコンの動作が不安定で液晶ディスプレイの表示も一部が欠けていました。
というわけで回路基板と基板ケースを新しく製作し、ついでに以下の改良をしました。
強い雨の日にモーターが回り続けて異音が発生して気づきました。
回路ケースを開けて見たら基板の銅箔がかなり変色し湿めっていました。
グルーガンで防水のため付けた樹脂が劣化し雨水が入ってしまったようです。
スイッチカバーの薄いシートにも穴が開いていました。
回路基板を取り出してテストするとPICマイコンの動作が不安定で液晶ディスプレイの表示も一部が欠けていました。
というわけで回路基板と基板ケースを新しく製作し、ついでに以下の改良をしました。
【改良点】
1. 大電流用MOSトランジスタの制御をマイコンから直ではなくフォトカプラ経由とした。
2. 電流検出抵抗の挿入位置を大電流用MOSトランジスタのドレイン側からソース側(GND側)に変更した。
3. モーター駆動時にPWM制御で出力調整する機能をソフトに追加した。
4. 回路ケースをABS樹脂からPETG樹脂に変更し、スイッチ部の防水シートもPETGの蓋に変更した。
2. 電流検出抵抗の挿入位置を大電流用MOSトランジスタのドレイン側からソース側(GND側)に変更した。
3. モーター駆動時にPWM制御で出力調整する機能をソフトに追加した。
4. 回路ケースをABS樹脂からPETG樹脂に変更し、スイッチ部の防水シートもPETGの蓋に変更した。
【改良点1,2 フォトカプラの追加と0.1Ω電流検出抵抗の移動】
【改良の理由と効果】
旧回路では 大電流MOSトランジスタをPICマイコンで直接制御していました。
その場合、電流検出抵抗をGND側に入れるとMOSトランジスタをONするための電圧Vgsが電流検出抵抗×電流分だけ低下するのでMOSトランジスタのON抵抗が増加しモーターパワーが不足気味になります。
そのため電圧低下の影響が出ないよう、しかたなく電流検出抵抗をMOSトランジスタのドレイン側に入れました。
その結果、待機時(MOSトランジスタがOFF状態)にモーター経由でPICマイコンI/O端子内の保護ダイオードにクランプ電流が流れていました。
(Lipo電池 --> モーター --> 22KΩ抵抗R5,R9 --> PICマイコンI/O内保護ダイオード --> PICマイコン5V電源、約 0.15mA×2系統)
今回の改良ではフォトカプラを追加しVgsをLipo電池電圧(7.2V～8.4V)へ上昇させたのでMOSトランジスタのON抵抗が減ってモーター電流が上昇しました。
パワーに余裕ができたので上記2.が可能となり、PICマイコンへの過電圧印加が無くなりI/O保護のクランプ電流も0になりました。
電流検出用のA/D変換測定箇所も１か所で良くなりました。
モーターパワーが増して水の散布範囲が思ったより広がったので、散布範囲(噴射圧力)の調整機能を追加しました。
ケースとスイッチの防水シートをPETGに変更したのは紫外線対策です。
以下に変更した設計データを添付しています。その場合、電流検出抵抗をGND側に入れるとMOSトランジスタをONするための電圧Vgsが電流検出抵抗×電流分だけ低下するのでMOSトランジスタのON抵抗が増加しモーターパワーが不足気味になります。
そのため電圧低下の影響が出ないよう、しかたなく電流検出抵抗をMOSトランジスタのドレイン側に入れました。
その結果、待機時(MOSトランジスタがOFF状態)にモーター経由でPICマイコンI/O端子内の保護ダイオードにクランプ電流が流れていました。
(Lipo電池 --> モーター --> 22KΩ抵抗R5,R9 --> PICマイコンI/O内保護ダイオード --> PICマイコン5V電源、約 0.15mA×2系統)
今回の改良ではフォトカプラを追加しVgsをLipo電池電圧(7.2V～8.4V)へ上昇させたのでMOSトランジスタのON抵抗が減ってモーター電流が上昇しました。
パワーに余裕ができたので上記2.が可能となり、PICマイコンへの過電圧印加が無くなりI/O保護のクランプ電流も0になりました。
電流検出用のA/D変換測定箇所も１か所で良くなりました。
モーターパワーが増して水の散布範囲が思ったより広がったので、散布範囲(噴射圧力)の調整機能を追加しました。
ケースとスイッチの防水シートをPETGに変更したのは紫外線対策です。
言及していない部分については前述の猫除け装置その２と同じです。
新回路ケース
回路ケース本体の3Dプリント用データは前回と同一ですが、使用フィラメントをABSよりも紫外線に強いというPETGに変更しました。
基板に取り付けたCds素子で明るさを検知し昼/夜判定をしているので透明フィラメントを選択しています。
スイッチの防水カバーは薄いビニールシートをやめて、上から蓋を差し込む形にしました。
今回変更したスイッチカバー部の3Dプリント用データを添付します。
cat_spray6_switch_cover_B.stl
cat_spray6_switch_cover_T.stl
基板に取り付けたCds素子で明るさを検知し昼/夜判定をしているので透明フィラメントを選択しています。
スイッチの防水カバーは薄いビニールシートをやめて、上から蓋を差し込む形にしました。
今回変更したスイッチカバー部の3Dプリント用データを添付します。
cat_spray6_switch_cover_B.stl
cat_spray6_switch_cover_T.stl
【新スイッチカバー3Dプリントデータ】
皿ねじでcat_spray6_switch_cover_Bをケースに固定するとき裏面に接着剤を塗って防水しました。
スイッチの蓋cat_spray6_switch_cover_Tは上から差し込むようにして取り付けます。
スイッチの蓋cat_spray6_switch_cover_Tは上から差し込むようにして取り付けます。
【cat_spray6_switch_cover_Bを接着】
【cat_spray6_switch_cover_Tを装着】
改良した回路
修正後の回路図のpdfを添付します。
cat_spray6_circuit.pdf
部品実装図や感光基板を自作する場合のマスク等を入れたpdfを添付します。
cat_spray6_pcb.pdf
基板製作を外注(JLCPCB社)したときに使ったデータを添付します。
cat_spray6_gerber.zip
cat_spray6_circuit.pdf
[内容]
1ページ：回路図(トップ)
2ページ：回路図(CPU)
3ページ：回路図(LCDディスプレイ、スイッチ)
1ページ：回路図(トップ)
2ページ：回路図(CPU)
3ページ：回路図(LCDディスプレイ、スイッチ)
部品実装図や感光基板を自作する場合のマスク等を入れたpdfを添付します。
cat_spray6_pcb.pdf
[内容]
1ページ：表面シルクスクリーン(部品配置)
2ページ：裏面面シルクスクリーン(部品配置)
3ページ：表面マスク(ポジ、感光基板用)
4ページ：裏面マスク(ポジ、感光基板用)
5ページ：表面マスク(ネガ、ドライフィルム用)
6ページ：裏面マスク(ネガ、ドライフィルム用)
7ページ：ドリルマップ
1ページ：表面シルクスクリーン(部品配置)
2ページ：裏面面シルクスクリーン(部品配置)
3ページ：表面マスク(ポジ、感光基板用)
4ページ：裏面マスク(ポジ、感光基板用)
5ページ：表面マスク(ネガ、ドライフィルム用)
6ページ：裏面マスク(ネガ、ドライフィルム用)
7ページ：ドリルマップ
基板製作を外注(JLCPCB社)したときに使ったデータを添付します。
cat_spray6_gerber.zip
基板製作方法
最初に銅張基板＋感光ドライフィルムで基板を試作して実際に動作テストをしました。
今回は２枚の片面基板を張り合わせて両面にする方法で自作しました。
残念ながら動作テストした結果、回路修正が必要になりました。
ですが2台分の基板を自作するのが面倒になったのと、ソルダーレジスト(緑色の絶縁膜)でしっかり防湿された基板がほしかったので外注しました。
用意するデータの種類や名前付けルールをサイトで確認し、KiCADからgerberデータを出して基板製造会社へ送って製造してもらいました。
以前はFusion PCB社に何度も発注していましたが、今回は別の会社(JLCPCB社)にしてみました。
なお、銅箔の厚みがデフォルトの１オンスの場合、モーター電流の経路(4ピンコネクタ、0.1Ω抵抗、大電流MOSトランジスタ間配線)を太めのジャンパ配線で補強することを考えましたが、面倒なので銅箔の厚み指定を2オンスにしました。
今回は２枚の片面基板を張り合わせて両面にする方法で自作しました。
残念ながら動作テストした結果、回路修正が必要になりました。
ですが2台分の基板を自作するのが面倒になったのと、ソルダーレジスト(緑色の絶縁膜)でしっかり防湿された基板がほしかったので外注しました。
用意するデータの種類や名前付けルールをサイトで確認し、KiCADからgerberデータを出して基板製造会社へ送って製造してもらいました。
以前はFusion PCB社に何度も発注していましたが、今回は別の会社(JLCPCB社)にしてみました。
なお、銅箔の厚みがデフォルトの１オンスの場合、モーター電流の経路(4ピンコネクタ、0.1Ω抵抗、大電流MOSトランジスタ間配線)を太めのジャンパ配線で補強することを考えましたが、面倒なので銅箔の厚み指定を2オンスにしました。
[外注基板表面]
[外注基板裏表]
プログラム
基本的な動作は同じですが、水の散布範囲調整を追加しました。
設定範囲は50%から100%で初期値は100%です。
スイッチ操作によるモード遷移と説明のpdf cat_spray6_mode_select.pdf に追加(黄色点線枠内)しました。
PICマイコン(PIC16F18346-I/P)用コンパイル済みプログラムを添付します。
cat_spray6.X.production.hex
書き込みツール等については「PICマイコンと開発ツール」のページやWeb情報を参照してください。
設定範囲は50%から100%で初期値は100%です。
スイッチ操作によるモード遷移と説明のpdf cat_spray6_mode_select.pdf に追加(黄色点線枠内)しました。
PICマイコン(PIC16F18346-I/P)用コンパイル済みプログラムを添付します。
cat_spray6.X.production.hex
書き込みツール等については「PICマイコンと開発ツール」のページやWeb情報を参照してください。
