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[靴診察機] 第4話 いきなり実装は怖いよ

テストと実装

こんにちは、こてっち です。

前回は、具体的な仕様やスケジュールを決定しました。
[靴診察機] 第3話 この仕様でいきます

いよいよ部品も揃い、実装に移っていきたいところですが、いきなり半田付けするのが個人的に怖いです。そんな私は、各センサ系に回路を分けて、個別に実装していきます。

まず回路をブレッドボード上に実装→ソフトウェア作成→動作確認→ユニバーサル基板に半田付け→同じソフトウェアで動作確認、という手順で実装を行っていきます。

すべてのIC・スイッチ・LED・センサをブレッドボード上でテストしてから実装します。
使い方が分からないICをいきなり半田付けして何を間違えているか分からない、ということになりたくないですしね!

この作業を回路毎に行うことで、動作不良等のデバックの際に、問題の切り分けがし易く作業がスムーズになります。実際にテスト、実装した例を2つ載せたいと思います。

スイッチの周辺回路

例えばスイッチの周辺回路はこのようになっています。

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スイッチの周辺回路

これをブレッドボード上に実装すると、このようになります。

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ブレッドボードへの実装①

スイッチ8個がマルチプレクサを通してマイコンとつながっています。
ここまでできればTIマイコンのIDEであるCode Composer Studio (CCS) というモノを使ってソフトウェアを作成します。

エキスパンダのデータシート等を見ながらエキスパンダ制御によるスイッチのON/OFF判定のソフトウェアを作成しました。

エキスパンダ2ピンに繋がっているスイッチの判定を行いたい場合はエキスパンダへの入力端子ABCに、
A;0
B;1
C;0
の信号を送るといったものです。

いよいよ動作確認を行います。

動作確認の際はやはりドキドキしますね。

CCSでレジスタを確認、またはテスターやオシロスコープで動作の確認ができればいざ実装(半田付け)です!

においセンサ (TGS2450) の周辺回路

インターネットで調べるまで、においセンサというものの存在を知りませんでした。
においセンサの実装について書きます。

このにおいセンサ(TGS2450)は硫黄化合物系ガスに高い感度を示すものです。
このセンサが安価という点とアンモニア検出ができるという点で採用しましたが、使用したことのないセンサは少し怖いです。

人の汗にはアンモニアが含まれており、靴の臭いの原因は足の汗とのことなので、なんとか検知してくれると信じています。

TGS2450はヒーター用のクロックパルスと、回路用のクロックパルス、2つのクロックパルスが必要になります。以下の回路をブレッドボード上に実装してテストを行いました。

端子を間違いやすいとのことなので注意して構成します。

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においセンサの周辺回路

 

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ブレッドボードへの実装②

実際に測定します!

ソフトウェアを作成し、オシロスコープで波形を見ていきます。

まず通常時(臭いなし)の波形

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においセンサの応答(通常)

次に、アルコールを近づけたときの波形

500mVほど電圧が変化していることが分かります。
しっかりと動作していることが確認できました!

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においセンサの応答(アルコール)

最後に自分の靴が反応して欲しくないと思いつつも靴をセンサに近づけます。
・・・。
反応しません。
焦ってデータシートを読み直します。

このセンサは1ppm以上のアンモニア臭を検出できるとのこと。
恐らくもうちょっと強い臭いでないと反応しないみたいです。

非常に残念ですが、アルコールにはしっかりと反応しているため、まずは動作確認OKということで妥協するしかありません。

いよいよ半田付けを行います。
製品イメージ図からセンサまでの線の長さを意識して作っていきます。
様々な半田不良・ショートを乗り越え実装完了。

このようになりました。

デバックしやすいように電源ピンやGND、クロックピン等をソケット型にして作りました。
ADコンバータの基準電圧の調整も必要ですが、アルコールの有無でデジタル値が変化していることが分かります。

これで完成です!

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においセンサの基板

半田付け終了

全ての部品の半田付けが終わりました。
一番時間がかかった部分でしたね・・・。
次回は筐体にセンサを配置していくことになります。

次回、[靴診察機] 第5話 筐体作製はつらいよ です。頑張っていきます。

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