電子工作少年再び(?)、Raspberry Piにハマっております

超小型だけど、ちゃんと動くPCです。

超小型だけど、ちゃんと動くPCです。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

前回、LEZYNEライトの紹介記事(前編)を書いて以来、ずっとフォトポタ日記の更新が止まっております。

「ついにネタが尽きたか?」「ぎっくり腰で再起不能になったか?」など様々な憶測が飛び交いましたが、ほぼアタリでありつつ、ハズレでもあります。

ぎっくり腰が再発してまったく自転車に乗れずネタが無いのですが、それ以上に、年始からあるものにドハマリしているからだったりします・・・。



(いまごろですが)ラズパイを始めてみました!

年明けからハマっているのは、超小型ボードPCである、Raspberry Pi(ラズベリーパイ、通称ラズパイ)。

写真の通り、超小型なんですが、ちゃんとLinux OSが稼働する、れっきとしたコンピュータです。

最新型は発熱量が多いので、ヒートシンクで囲ってみました。

最新型は発熱量が多いので、ヒートシンクで囲ってみました。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

小型モニタ(7インチ)に接続し、ちゃんとパソコンとして動きます。

小型モニタ(7インチ)に接続し、ちゃんとパソコンとして動きます。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

もっと小さいモデルもあります(Raspberry Pi Zero、600円)

もっと小さいモデルもあります(Raspberry Pi Zero、600円)

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

小さくてLinuxが動くだけなら大したことない(AndroidスマホだってLinuxですから)ですが、ラズパイの面白いところは、電気信号を簡単に入出力できる端子(GPIO)を備えているところです。

スイッチやランプ、モーターや各種センサーなど、いろんなものを繋いで情報入力したり、制御したりすることができます。

こんな風に、電子ブロックのようにして外部回路を接続します。

こんな風に、電子ブロックのようにして外部回路を接続します。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

高校生の頃は電子工作にドップリつかっていて、AMラジオやウソ発見器、お風呂満水警報など他、「子供部屋に親接近警報」や各種電子ゲームなど、役に立つのか立たないのか怪しいものをたくさん作っていました。

その後、パソコンを手に入れてから今に至る30年、すっかり電子工作熱は冷めてしまっていました。

が、ラズパイは、超小型コンピュータに電子工作を合体させることができ、この上なく、自分の趣向に合致しているのでは!?と思われ、年始から挑戦し始めております。

難点は、何をやるにも部品が小さく老眼にキビシイ~。写真は、2chのモータードライバ。

難点は、何をやるにも部品が小さく老眼にキビシイ~。
写真は、2chのモータードライバ。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

まずは足ヒーター制御装置(?)から

在宅勤務の日は、子供が使っていた学習机で仕事をしているのですが、足元が寒いため、電気ヒーター(150W)を設置しています。

左の半円形のブツが制御対象ヒーター。ちょっと熱すぎて足を置けない(本当は置いてはイケナイ)

左の半円形のブツが制御対象ヒーター。ちょっと熱すぎて足を置けない(本当は置いてはイケナイ)

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

こいつは、いかにも足を乗せられそうなデザインですが、そうではなく、立てかけて使うものであり、実際、ちょっと足を置くくらいなら気持ちいいのですが、表面温度は150℃くらいになるので、数分で耐えられなくなります。

しかも、単純なON/OFFスイッチしかなくて火力(?)を調整できないおバカさんので、これを制御できるようなシステムを試作し、堂々と足を置いてみることにしました(本当は置いてはイケナイんだけど)

まずは部品を買いそろえよう(買い過ぎた・・・)

まずは部品を買いそろえよう(買い過ぎた・・・)

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

仕組みは超簡単で、短時間で電源のON/OFFを繰り返すスイッチングを行い、適切な温度を維持できるようにします(PWMみたいな感じです)。

ボリュームで目標温度を設定(A/Dコンバータで入力)し、温度センサーで取り込んだ温度情報と比較し、SSR(Solid State Relay)で100V電源をON/OFFします。

夜、実験中の様子。明日の朝から在宅勤務できるのか・・・!?

夜、実験中の様子。明日の朝から在宅勤務できるのか・・・!?

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

AC回路があって若干危ないので、とりあえず箱に入れて隔離。左に見えるのがヒーター。

AC回路があって若干危ないので、とりあえず箱に入れて隔離。左に見えるのがヒーター。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

簡単にできるかと思ったのですが、実際にやってみると、ヒーターもセンサーも時定数が非常に大きい(どちらも反応に1分くらいかかる)ので、なかなか温度が安定してくれません。

そこで、PID(比例・積分・微分)フィードバック制御をするようプログラムして、パラメーター調整を繰り返すこと数日、ようやく最適な温度制御にたどり着きました。これは面白い・・・!

単純に、設定値付近でON/OFFするだけの制御。ばらつきが大きい。

赤線が目標値(60℃)、青線が実際の温度、グレーがヒーター状況。
単純に、設定値付近でON/OFFするだけの制御では、ばらつきが大きい。

PID制御+PWM制御できるようプログラムを作った結果。超安定(^^)

PID制御+PWM制御できるようプログラムを作った結果。超安定(^^)

放っておけば150℃まで上昇してしまうヒーターを目標値(今回は60℃に設定)に抑え、擾乱(窓を開けるなど)が入っても、微妙に出力制御して安定化してくれます。

とりあえず、収納箱に入れた試作品段階ですが、これから、きちんとしたケースに内蔵してコンパクトな温度制御装置に仕上げれば完成です。

3000円の格安ヒーターの制御にLinux OSをフル装備したコンピュータが必要なのか、かなり疑問ではありますが(笑)、なんならネットを介して遠隔制御もできますし、各種センサーを組み込んで複雑な制御もやろうと思えばできますので、発展性があります(無いか)

いずれ、完成品ができたらまた紹介しましょう(^^)

今後

今は、多種多様なセンサー類が実に簡単に手に入り、こういう遊びができます。

今回は、防水型の温度センサーでしたが、湿度、気圧、明るさ、人感、GPS、ジャイロ、心拍、酸素飽和度、ゆがみ、土壌抵抗、臭い(!)などなど、多種多様にありますし、たいていはとてもお安いです(100円、500円とか)

超小型LCD(800円)を接続し、こんなこともできました。

超小型LCD(800円)を接続し、こんなこともできました。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

例えば、トレインを組んで走っていて、前者が屁をこいた場合に、その匂いを検出して高トルクサーボで緊急ブレーキをかけるシステムもできるかもしれません(やらんだろうけど)

もうちっと現実的に、後方から車両が来たらハンドルバイブとか、勝手に後ろについてきたヤツにオイルを撒くとか、役に立つもの(?)も作れそうです。

夢は広がりますが、まずは、足元ヒーター制御装置を完成させてからにしましょう。

それではまた。

ついでにテスターも新調。やっぱり、FLUKEは素晴らしい。

ついでにテスターも新調。やっぱり、FLUKEは素晴らしい。

SONY α7II + FE 90mm F2.8 MACRO G

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今回はこれを使用(ちと高い)。最下位モデルは600円です。

コメント

  1. 名前:_toshi 投稿日:2021/01/26(火) 07:15:39 ID:86e2449e7 返信

    Shiroさん:

    ちょっと遊んでみたい気もしますが、悲しいかな老眼ゆえ、見る物はなるべく大きいのが良いなぁ・・・・・

    • 名前:Shiro 投稿日:2021/01/31(日) 01:03:49 ID:a78634bda 返信

      そうですねぇ、最大の課題でもあります。

      今回の作業を通じて、ほとんどの時間、メガネを外しています。
      そうしないと近くが見えないので・・・。

      でも、途中で工具を出したり、ネットで調べようとしたりするとメガネが必要になり、もう面倒で気が狂いそうです。

      なんとかならんかなぁ・・・。拡大鏡でも買おうかな?

      • 名前:_toshi 投稿日:2021/01/31(日) 08:37:20 ID:50cb8993d 返信

        Shiroさん:

        もともとド近眼の人「あるある」ですね、私も一緒。

        もうすこし老眼が進んだらPC画面を裸眼で見たり、多少の探し物等が出来そうな感じなのです。
        そしたらハズ〇ルーペを買おうかなと思っています。

        • 名前:Shiro 投稿日:2021/02/02(火) 18:23:35 ID:11963cda8 返信

          50を過ぎたあたりから、目が見えなくなり、腰が弱くなり、ちゃんと老化している感があります。

          富士ヒルでシルバーを取る前にシルバーになってしまったか・・・(笑

          ルーペ、自分も買おうかなぁ。

  2. 名前:sramred 投稿日:2021/01/24(日) 17:28:40 ID:fac844f63 返信

    フォトポタ印、充実の商品ラインナップ♪
    ナニナニ...PID制御?...Pゲイン+Iゲイン+Dゲイン?...ラプラス変換使うのか?...
    全く専門外ですが、これはハマりますね♪

    ラズパイでプルシットジョブ撲滅だぁぁぁ

    • 名前:sramred 投稿日:2021/01/24(日) 19:13:12 ID:fac844f63 返信

      p.s.
      アポロが月に行った頃、このテのモノはバイメタルでカチカチやっていた(むしろプログラムより難しい!!)ことを思うと、いろいろな意味で感慨深いものです(^_-)-☆

      • 名前:Shiro 投稿日:2021/01/25(月) 23:45:54 ID:95475c990 返信

        自分も、最初に買ったパソコンなんかと比べると、数百万倍もパワーアップしていると思うと頭がおかしくなりそうです。

        最初のPC98はメモリが0.2Mバイト(笑)でしたが、このラズベリーパイですら4000Mバイト搭載です。ストレージは128000Mバイトです。ひぇ~

        これが、わずか数百円で買えるとは恐ろしい時代です。

    • 名前:Shiro 投稿日:2021/01/25(月) 23:43:32 ID:95475c990 返信

      PID制御は、目標値に対して近づくための出力値を決める、制御方法の一種です。

      出力結果をもとに、比例(偏差)と面積(積分)、変化速度(微分)量をもとに値を決めるもので、30年ほど前に学校で習った気がします。

      ・・・が、すっかり忘れてしまっていたのでイチから勉強です(^^)

      まぁ、被制御機器の何倍も金がかかった、ブルシットな制御装置です(笑

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