トップ・エンジニア養成コーナ 連載 最新アナログ旧の要 / CMOS トランジスタ技術入門 3 ゼロ・ドリフト CMOS OP アンプの しくみと特性 オフセット最大 4uV , ドリフト最大 15nV / ℃ , バイアス 電流 0.2 nA, 電圧雑音密度 1 1 nV 、 / 月云耐圧 60 v ・・・ 野口和彦 、 Kazuhik0 Noguchi IoT 時代 のキー テパイス センサ電流な RI 一般的な CMOS OP アンプはバイアス電流が小さ く , インピーダンスが高いセンサの信号を受けたり , 微小電流を大きな振幅の電圧に変換したり , といっ バイアス電流な 図 1 センサの出 た用途に大変便利です . オフセット ( / 。 + カ電流を電圧に変 しかしバイボーラ OP アンプに比べると , オフセ 電圧 Vos 換する回路 ットやオフセット・ドリフト , 電圧ノイズ ( 特に周 オフセットやバイ 波数が低くなるほど大きくなる 1 / f ノイズ ) が大き アス電流が誤差に センサ なる いというデメリットがありました . それらのデメリットを解消したゼロ・ドリフト・ OP アンプの主な役割を次に示します . タイプの OP アンプが存在します . オフセット・ド リフトと 1 なノイズはどちらも入力回路の誤差なの ・インピーダンス変換 ( 工ミッタ・フォロワやソー で , ゼロ・ドリフト OP アンプはどちらも消えてし ス・フォロワ ) を使用して回路間の伝達ロスをな まいます . くす , もしくはできるだけ少なくする . そのかわり , オフセットを除却するための回路や ・信号の電圧や電流を増幅し , 後段の処理回路で扱 スイッチング動作から , いろいろなノイズが発生し いやすくする . ます . ・フィルタ ( ローパス , ハイバス , バンドバスなど ) 最新のゼロ・ドリフト CMOS OP アンプは , オフ で不要信号の除去 セット除却回路が発生するノイズが小さく抑えられ , より理想に近付いた OP アンプとなっています . ・直流を正しく扱う必要があるセンサは多い く編集部〉 良く使われるセンサと , そのセンサのセンシング対 象の例を表 1 に示します . これらの測定対象は , アナ センサ信号の増幅には直流精度の ログの変換回路を必要とすることがほとんどです . 高い OP アンプが必要 OP アンプが理想どおりであれば , 信号はひずまず ・まだまだ電子機器に欠かせない OP アンプ に増幅されて後続の回路へ伝達されますが , 実際には ディジタル回路が主流となった今でも , 人とのイン 理想通りいかないものです . ターフェース部やセンシング部にはアナログ信号が残 多くのセンサは , 信号の周波数が高くなく , 数 っています . アナログ部分の信号ラインで OP アンプ MHz 以下です . 信号が DC に近いセンサも多く存在し は重要な役割を果たします . ます . 表 1 センサのいろいろ 検出対象から扱いやすい電圧信号への変換に OP アンプが使われる センサの種類センシング対象 機械量センサ 力学変化量 加速度センサ , ジャイロ , ひすみゲージ , ロード・セル , 圧電効果 , マイクロフォン 電磁センサ 電磁気量 磁気センサ , ホール素子 , 電界センサ 温度センサ 温度 サーミスタ , 抵抗測温体 , 熱電対 , 放射温度計 光学センサ 光 光電素子 , フォトダイオード , 赤外線センサ , 放射線センサ 化学センサ 化学変化量 イオン濃度センサ , ガス濃度センサ , においセンサ + ICI 十 0 センサの例 トランシス 9 技術 2016 年 11 月号 131

表 2 OP アンプのタイプで違うメリットとデメリット CMOS タイプは本質的にバイアス電流が小さいが , オフセットやノイ ズが大きい デメリット 製造プロセス メリット オフセット電圧が小さ い , オフセット電圧ド バイボーラ リフトが小さい , 雑音 電圧密度が小さい 入力バイアス電流が小 さい , 雑音電流が小さ センサの 内部抵拡 + ICI 十 入力バイアス電流が大 きい , 入力雑音電流が 大きい オフセット電圧が大き センサ い , オフセット電圧ド リフトが大きい , 入力 雑音電圧密度が大きい DC またはそれに近い周波数を忠実に増幅する必要 がある回路では , 使用する OP アンプの初期オフセッ 図 2 に , センサの出力が電圧出力で , しかもある程 トと , 温度や時間によるドリフトが十分小さいことが 度高いインピーダンスを持った場合の例を示します . 重要です . 電圧オフセットだけでなく , 入力バイアス この場合 , バイアス電流とセンサのインピーダンスに 電流も重要です . 後述の最新 OP アンプなら直流域も よってオフセットが発生します . バイアス電流による 簡単に高精度増幅できます . オフセットは次式で求まります . ・センサと組み合わせる OP アンプにはバイアス電 流の小さいタイプ センサ出力が微小電流のときの変換回路に発生する ・ C MOS OP アンプはバイアス電流が小さいけどオ 誤差 図 1 に , 出力電流が微小なセンサに使える OP アン フセットが大き目 低入力バイアス電流が要求される場合 , 入力バイア プ回路を示します . OP アンプの入力バイアス電流や ス電流を小さくできる CMOS タイプの OP アンプを使 オフセット , ドリフトは低くなければいけません . うことが多くなります . センサの電流ムは , 帰還抵抗 1 で電圧に変換され , OP アンプは , タイプで性能を大きく左右される部 理想的には出力電圧砒 = ー 1 ムとなります . こで , OP アンプの入力バイアス電流とオフセ 分があります . 大きく分けて , CMOS とバイボーラ に分かれます . CMOS とバイボーラの主な違いを表 2 ット電圧 Vos があると , 砒は次式となります . に示します . CMOS タイプの OP アンプは , 入力バイ ー 1 ( ムー ) + Vos = な + ( 1 + Vos) out アス電流は小さく , ノイズ電流も小さいのですが , オ フセットと雑音電圧密度が大きくなる傾向があります . 第 2 項の 1 な + % s ) が誤差となります . センサの出力インピーダンスが高いときの誤差 OP アンプの製造メーカでは , このオフセットをな るべく小さくするように努めていますが , 完全ではあ センサの出力インピーダンスが低ければ良いのです が , 低くない場合もあります . りません . そこで , 極めて小さなオフセットが必要と される場合 , オフセットをキャンセルする回路を使う 方法が用いられます . 主アンプ : U2 U2 のオフセット Outl オフセットの解決に使われてきた ん S2 リ N 十 十 十 セロ・ドリフトの原理とノイズ問題 オフセット 調整入力 ・オフセットをキャンセルする回路を内蔵する 後述する自動キャリプレーションやチョッパを内蔵 し , オフセットやドリフトを低く抑えたアンプをゼ 03 図 2 センサの電圧を 増幅する回路 バイアス電流が誤差にな る CM OS のフ 5 オ SI 補正用 アンプ 十 phl ph2 ON ON OFF OFF ON phl オフセット 調整入力 (a) IC 内部のロ路 図 3 自動キャリブレーションの原理図 OFF ON OFF ON OFF (b) スイ、ソチを ON / OFF するクロック ph2 132 ンタ技術 2016 年 11 月号

ーマ 0 鰍 , ラズベリー・バイ 3 トイ 温度 / 湿度 / 気圧を検出 するセンサ ME - BME280 本誌の付録基板で製作 したレ 0 強化ポード スピーカ 人の接近と離脱を検出する 測距センサ G P2YOA02Y K 写真 1 本誌の付録プリント基板で製作した p ℃スバコン [ センサ版 ] (PiCCASO-A) 自作マイコンとして定評のある P ℃でラズベリー・パイのレ 0 を強化 . 無人 IoT 機器の開発プラットフォームとして利用できる . PiCCASO は Pi & P ℃ CompIementary Almighty Sysytem 08 「 at I/O 強化ポード (PIC スバコン P ℃ CASO 拡張ポード [ センサ版 ] の試作基板 ) P ℃ 16F1509 ( マイクロチップ・テクノロジ ) リセット RA3/MCLR RA5 RAO RA4 RA 1 RC5 RC4 RCO RB7/TX RCI RB5/RX RC7 RB4/SDA RC6 RB6/SCL RC3 ラズベリー・ノヾイ 3B / 2B の人出力 拡張コネクタ 3.3V 0 ・ 5V åGP102 。・ 5V 図 1 ラズベリー 3.3V lGP103 。・ GND 接続 5V パイと組み合わせ :GP104 。。 GP1014: GND るレ 0 強化ポード GND ・。 GP1015} GP1017 。。 GP1018 GP1015 ( 試作 1 号機 ) のハ GP1014 GP1027 。・ GND ードウェアと接続 GP102 GP1022 。 GP1023 0 関係 GP103 3.3V 。 GP1024 0 GP104 試作 1 号機では人の GPIOIO ・ GND 0 検出用にドップラ・ GP109 。 GP1025 0 センサを使用したが , GPIOII 。 GP108 0 GND 。 GP107 プリント基板化した 際 ( 試作 2 号機 ) , よ り入手性の良い測距 センサに変更した 0 oSl 。 S2 LED 距離調整用 ドップラ . 半固定抵拡器 センサ @VR NJR4265 液晶表示器 パワーアンプ IC ( 最大 1 W) TDA7052 B ICSP 3.3V 5V 温度 / 湿度 / 気圧センサ BME280 5V VR ゲイン調整用半固定抵抗器 。音声出力 。 ( スピーカへ ) 音声人力 ラズベリ パイから ンシスタ技術 2016 年 11 月号 112

I/O カ ! PIC スバコン PiCCAS01 日製作 第 2 特集 測距センサの感度ステレオ・音楽調整用ワンチップ・ 測距センサへ調整用ポリュームジャックポリュームパワーアンプ℃ TDA7052B ( 1 W) ℃ SP 用 ヘッダピン App = GN は、 カ台 示用・サ ) 一子表定一一 E ピ端 晶固ラベ 5 ス用一液器カスい 液晶表示器用 ヘッダピン 写真 3 本誌付録のプリン ト基板に部品を実装した 完成度の上がったレ 0 強化基 板 ( 試作 1 号機 ) をプリント基 板にグレードアップ . 付録プ リント基板に搭載する部品は すべて DIP パッケージなので , 数時間で完成させられる . 部 品セットや完成版を有償頒布 中 ( コラム参照 ) ラズベリー・バイ 3 接続用 P ℃マイコン ヘッダ・ソケット ( 裏面に実装 ) P ℃ 16F1509 温度 / 湿度 / 気圧センサ・ モジュール ME - BME280 ラズベリー・パイのレ O を強化する拡張ポード ( PIC スバコン拡張ボード [ センサ版 ]PiCCASO-A-B) リセット oS1 RA5 RA3/MCLR 0 RAO 。 S2 RA4 RAI P ℃ 16F1509 RC5 マイクロチップ・ RC4 LED テクノロジ RC 1 RC2 VR 距離調整用 RA2/AN2 / 半固定抵抗器 RC0/AN4 レベル RB4/SDA 変換 RB6/SCL 温度 / 湿度 / 気圧センサ パワーアンプ C ( 最大 1 W) BME280 5V VR 音声人力 ラズベリ ゲイン調整用半固定抵拡器 TDA7052B パイから 図 3 プリント基板 ( 本誌付録 ) にグレードアップしたレ 0 強化ポードのハードウェア構成 ので , はんだ付けは容易だと思います . ぜひ , グレードアップ / 試作 2 号機 PiCCASO の製作にチャレンジしてください . ・注意 / ドップラ・センサを測距センサに変更 ・レ 0 強化ポードをプリント基板化 & 付録 / プリント基板にグレードアップした I/O 強化ポード のハードウェア構成を図 3 に , 回路図を図 4 に部ロ 前述のとおり , ラズベリー・パイと I/O 強化ポード , ロロロ の試作基板を合体し , スピーカをつないで , おしゃべ 表を表 1 に示します . 試作基板では , 人の接近と離脱を検知するために , りへルバ「スケジュー郎」用のプログラムを制作して ドップラ・センサを使いましたが , より入手性の良い 動作を確認しました ( 第 2 章写真 1). 測距センサ GP2YOA02YK ( シャープ ) に変更しました . I / O 強化基板の完成度が高まったと判断して , 手作 り基板からプリント基板にグレードアップしました 検出原理は違いますが問題はありません . ( 写真 3 ). 本誌に付録のプリント基板はこのグレード 測距センサで人の接近を確実に検出する 測距センサが出力するアナログ信号を PIC マイコン アップ版です . 表面実装部品はいっさい使っていない ン湫タ技術 2016 年 11 月号 ラズベリー・ノヾイ 3B / 2B の入出力 拡張端子 3.3V ・ 5V 0 : GP102 ・ 5V 0 5V ・ G N D ー GP103 0 接続 .3V 。 GP1014: : GP104 0 GND 。 GP1015: GND GP1017 。 GP1018 GP1015 0 GP1014 GP1027 ・ GND 0 GP102 GP1022 。 GP1023 0 GP103 3.3V 。 GP1024 0 GP104 GPIOIO ・ GND 0 GP109 。 GP1025 0 GPIOII 。 GP108 0 GND 。 GP107 ICSP ・を 5V 3.3V RB7 RB5 RC7 RC6 RC3 距離センサ G P2YOA02Y K ( シャープ ) 液晶表示器 5V 0 0 115

特集最新 P 旧 x 付録で Linux I/O ! ~ 一黌・を・書第朝 , ↓、、を 温度や圧力など , モノの物理情報をインターネットにアップする . 逆に . インターネットからモノに対して制御信号を与える T ノード A センサ 工ータ IoT ノードから収集したデータを解析したり , 人工知能 を使って高度な判断をしたりする T プラットホーム A プロローグ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I/O コンピュータ ( ラズベリー パイなど ) ー矼ノード B センサマイコン I/ O コンピュータ アクチュ 工ータマイコン ( ラズベリー パイなど ) アクチュ ストレージ T プラットホーム B インターネット サーバ ストレージ loT プラットホーム C T ノード C センサ Wi-Fi マイコン ( ESP8266 , 工ータ RTL8710 など ) 図 2 loT の世界は loT ノードと loT プラットフォーム , そしてインターネットで構成されている サービスがすでに存在しています . 餅は餅屋 / マイコンと Linux コンピュ ータの強味と弱味 ・ ambient (https:〃 ambidata. io) ・ AWS IoT (https://aws.am azon.com/iot/) 0 マイコンの強味と弱味 ・さくらの IoT Platform (https://iot.sakura.ad.j p ) ・ Microsoft の Azure IoT Suite ・ [ 強味 ] ねらったタイミングできめ細かく制御できる これらを利用すれば , 自前でサーバを用意する必要 マイコン上で動いているプログラムは , 基本的に がありません . ( 2 ) の IoT ノードはモノとインターネ つだけなので , I/O アクセスのタイミングをきめ細か く制御できます . ットをインターフェースします . つまり , センサやア クチュエータとモノをつないだり , インターネットと マイコンは動かしたい I/O に対応するレジスタに直 接アクセスできます ( 図 3 ). プロセッサと独立したタ データをやりとりしたりします . イマや PWM コントローラをもっているため , 小さな ソフトウェア・プログラムで高精度に制御できます . ストレージ アクチュ サーバ マイコン I / 〇は CPU に直接アクセスでき るので , 即応答がもらえる いつでも気軽に相談 / 駆け込み寺みたい プロセッサ・コア センサや アクチュ トラ コロ ム ラ ロ 工ータ すくにでも応答がほしい センサや アクチュ レ O 工ータ データ・バス マイコンは処理能力は高くないが , 応答が速く ( 応答時間が読める ) , 動きも軽快 . 消費電力も小さい 図 3 マイコンの強み・・・センサやモータをねらったタイミングできめ細かく制御できる ンタ技術 2016 年 11 月号 助けて・・ 37

タコ 0 0 シャープ 7 インチ高細密旧 ZO LC ロ接続キット \ 16 , 200 旧 ZO LCD 接続キット用スタンド / KP-lGZOPM7 ¥ 6 再 80 旧 ZO バネルエンクロージャ / PPB-OOO 1 5-C ¥ 10 00 Raspberry Pi 3 スターター究極セット¥ 38 , 300 デジタル温湿度センサー / KP-AM2320 ¥ 702 ¥ 6 , 200 Raspberry Pi 3 ModeI B 人体赤外線感知素子 / KP- 旧 612 ¥ 972 部引 0 ロ AC 搭載ロ級パワーアンプ Pi-DiGiAMP 十¥12 ー 500 タッチスイッチ黒・白 / KP - Tch1 -B ・ W ¥ 918 \ 9 , 180 Arduino をはじめよう部品セット 温度センサーユニット / KP-ADT7410 ¥ 1 , 296 イを t Genuino 101 ATLASEDGE. 3 ¥ 4 , 980 傾斜センサー / KP-NNMOI 0 ¥ 2 , 808 日 LE 搭載 ARM 開発ポード mbed HRM 1 017 ¥ 5 , 400 9 皸センサモジュール / KP -9250 ¥ 2 , 700 NXP mbed LPCI 1 U24 / OM 13032 ¥ 6 再 80 ¥ 7 , 560 ホコリセンサー基板 / KP-DSI WiFi モジュール / KP-ESPWROOM02 ¥ 1 , 1 1 2 共立プロダクツ = し ? , , ~ 。、豊第長 R 。印。「 y 3 LinuxSBC BeagIeBone Black ¥ 8 , 800 NFC 非接融発光 LE ロ白・赤・青・緑各 \ 270 インターネット上の NTP サーバーから LJTC を取得し本 WR-S2ESi iOS 制御 2 皸¥ 3 , 078 を《ツみ実験内容 : 液晶表示、温度度気圧テータ の 7 セグに時寝广、さらにその時テータは販の電・ : の取得、 LE ロ出力制■、スイッチ人力制御 フィラメント LE ロモジュール繼 & 白色¥ 324 WR-XL 従来型制御 9 軸¥ 30 , 844 赤外線リモコン送受信、ハイレゾ再生 を通し電波として出されます。 P 旧 - NT RBK / 最大 10m ) ¥ 19 ; 440 四角形高度赤色 LE ロモジュール \ 432 WR-MS5L 〃 5 皸¥ 18360 ADCQI 608K P18- NTPLR ( 白 / 最大 10E ) \ 19 ぐ 440 高度白色 LED モジュール 1 本¥ 324 WR-MS3L 〃 3 軸¥ 10 , 260 ( キット ) ¥ 5 , 918 PI 8- NTP ( 従来品 / 約 1 m) ¥ 13 , 166 マイコン制御マルチカラー LE ロ基板¥ 864 ADCQ 1608P 対象 Raspberry Pi: 32X32RGB LED マトリックス \ 4 , 860 ( 組立済 ) ¥ス 538 MB ヨ引日十 / 2 日 / 3 日 lchigoJam T 組立済基板¥ 2 , 160 ドットマトリクス 16X32 シールド¥ 1 , 512 WS-05200Y/5V2A ¥ 5 , 080 に higoJam ( IJ ) 共立フルセット \ 9 , 260 WS-121 OOY/12V1 A \ 4 , 730 20seg. バーグラフレベルメータ¥ 2 , 592 2W ロモーター車両べース囮¥ 3 フ 80 ・高速モードとスペクトラム WS -24125S / 24V1.25A ¥ 7 ー 350 サづガ - ROM カセット品 KP ・ 1 引・ ROM ¥ 080 拡散技術て長距離通信 TWE-Lite-2525A ¥ 3 , 240 電子工匍トッセ外線モールス通信 \ 1 , 200 ・少量のデータ通信や 920MHz ナダ電子 AS -289R2 ル TWE-OO 1 L-NC7 ¥ 1 , 429 / コンバ - タケ - プル 12V → 12W5V ¥ 1 , 600 接点情報の通信に最適 TWE-OO 1 L-NC ¥ 1 国 29 サーマルプリンタシールド PanCake 組立キット ¥ 620 ・ 1 : 1 、 1 : N 、 N : 1 、 M : N 通信に対応 TWE-001 L-DPC-WA ¥ 620 \ 19 , 980 MixJuice 組立済基板¥ 2 フ 00 TWE-LITE-R-IC ¥ 2 , 430 ・ AR 旧 STD-TI 08 準拠、工事設計認証済 TWE-EH-S-IC-AM ¥ 1 , 620 ダンプンとゲーム作リ ( トムカ方ム ) 各¥ 300 920MHz 無線モジュールハ M920 ¥ 3S96 TWE-AN-P2010-050 ¥ 486 オシロスコープ / 電圧計 / 電流計機能搭載 315MHz 無線モジュール / ー M315TRX ¥ 2 ー 982 MONOSTICK-C 2LC ロて 50 のが可¥ 49 , 800 ¥ 2 , 700 \ 2 , 484 TWE-Lite てはじめる 遊びながら学べる Pipe 「 \ 53 , 784 ライト版登場 ! 37 談の実験カ呵¥ 43 , 200 「センサー」電子工作 ※その他評価・実験ポード , 315MHz 送受別 オリジナルプランド「共立プロダクツ」センサー・完成基板・変換基板 ータ科学学習、電子工作、組込み 3 。 T 実験に ... プロトタイビング系ポードラインアップ コンビュ 「共立プロダクツ」 LED モジュール サーホモーター制御学習にプチロポ ! 8 月。 シャープ製↑ 7 インチ高細密い 旧 ZO バネル 「大好評 ! ! 「 RasPi 実験基板」部品セット 電波時計信号送信機能付き時計 注目 IEC 60601-1 ( 医療用第 3 版 ) 適合 AC アダブター chisa 大人も OK にこもパソコン モノワイヤレス製 ZigBee 対応無線モジュール A 加、 ARM mbed 、がじえっとるねさすにアドオン可能 E-Station 電気・電子実験室 ノ、ンダ付 マインクラフト + ラズバイて電子工作を学ほう ! " ものづくり " 支援で共に未来へ・シリコンハウス ( 大阪・日本橋店舗・ 3 を姿り 6-66 -4446 ものり刑爲 U リニュ ・デジット ( 大阪・日本橋店舗 ) 06-6644-4555 ・法人営業部 ( 学校・官公庁 / 売掛対応 ) 06-6646-0707 ロ館共立電子産業株式会社 ■通販営業部 ( ネット通販 / 共立エレショップ ) 06-6644-6116 本社 : 大阪市浪速区日本橋西 2-5-1 0 6631-5963 共立電子検索 U-RD Quest fO 「 the power measuring component 本センサに回路が組込めます ! 例 ) ・平均値整流回路を内蔵 ・直流電流センサとして 直流回路を内蔵 新製品 平均値整流型電流変換器 CTU-8-CLS-CV5/CV50 』 電流計測の事なら 何でも ご相談ください。 新製品 分割型直流電流センサ HCS-8-20-AP-CLJ ・ 50 / 60Hz 正弦波専用、交流電流入力 ・絶縁計測可能な直流分割型センサ ・直流電圧出力 ・士 15V 電源使用士 4V 出力 ・〇 S 温度ドリフトが小さい ・電源不要でセンサから 0-5VDC 計装信号を出力 士 0.3 mV/ ℃ TYP ・ダブルコイル構造により、 ・ FS 温度ドリフトが小さい 外部磁界の影響を低減 土 0.05 % / ℃ TYP 製品底面が回路組込可能な構造となっているため、同形状にて様々なセンサの 製作が可能。また、回路付きにすることで、省配線を実現。 電流センサ & 電力関連機器の専門メーカー 株式会社ユー・アール・ティー ン湫ダ技術 2016 年 11 月号 まずは、お電話で。 ( 045 ) 502-3111 E-maiI info@u-rd.com 〒 230-0045 横浜市鶴見区末広町 1 - 1 -52 247

(b) 裏面 (a) 表面 写真 2 製作したラズベリー・バイのレ 0 強化基板 ( 1 次試作 ) 用 ) で確認します . 4 個ある LED のうちの残りの 2 個 いるので , PICkit3 がなくても動かせます ( コラム参照 ). とスイッチ 2 個は動作チェック用です . ② T は無人化がかぎ / センサ各種を搭載 3 液晶表示モシュールと LED を搭載 ドップラ・センサ NJR4265 ( 新日本無線 ) を搭載した 二つのセンサの測定値は , 常時 , 液晶表示モジュー モジュールと , 温度 / 湿度 / 気圧の複合センサ ル (LCD160211C/12C Blue BackIight) でモニタします . BME280 (Bosch Sensortec) を搭載したモジュールを , 液晶表示モジュールは電流駆動能力が低いため , 12C 12C インターフェースで PIC マイコンと接続します . インターフェースの二つの制御信号線 ( SCL と SDA ) ドップラ・センサは , ON 信号 ( 接近中 ) と OFF 信号 のプルアップ抵抗の値を高めの 10 k Q にしました . ( 離脱中 ) を PIC マイコンに送信します . ターゲットが BME280 モジュールに内蔵されているプルアップ抵抗 接近していることを判定する基準値 ( スレッショルド ) は使いません . を調整できるように可変抵抗を追加します . NJR4265 ④ IW 出力ワンチップ・オーディオ・アンプを搭載 と PIC マイコンは , シリアル・インターフェースの 外付け部品のほとんどいらない BTL(Balanced Tra UART(Universal Asynchronous Receiver nsformer Les) 接続のワンチップ IC, TDA7052B (NXP Transmitter) でも接続できますが , 今回は利用しませ セミコンダクターズ ) を使いました . はんだづけしな んでした . くてもスピーカ・ケープルを抜き挿しできるように基 ドップラ・センサから ON/OFF 信号が出力されて 板に端子台を付けました . いるかどうかを , 二つの LED ( 接近検出用と離脱検出 ミ PiCCASO 製作用部品セットの有償頒布とプログラム無料ダウンロードのご案内 本 web ページからは , 動作確認ずみの各種プロ 本誌に付録しているラズベリー・パイの I/O 強化 グラムも無料で提供します . キットを持ち帰れるセ 基板「 PIC スバコン PiCCASO 1 日製作用プリント ミナ (http:〃seminar.cqpub.co.jp/) も開催します . 基板」は , すべて DIP パッケージの部品で作ること く編集部〉 ができます . はんだ付けの経験があれば , 数時間で ミ 製作を終えることができるでしよう . 本付録基板の製作用部品一式 ( プログラム書き込 ミ みずみ PIC マイコンほか ) と完成品をネットや店頭 1200 ℃ま で販売します . 詳細は , 随時アップデートされる本 赤外線 誌 ( トランジスタ技術 ) の Web ページを参照してくだ ミ さい ( 図 A ). 2016 年 8 月号の特別付録 ApplePi も同 ミ ページでご覧いただけます . 3 トランジスタ技術 web ページ ミ http://toragi.cqp ub. co.j p/ ミ [ 記事サポートト [ 2016 年ト [ ラズベリー・パイ電 子工作 ] 役にたっエレクトロニクスの総合誌 ンタ技術 http://to 「 agi. cqpub. co.jp ホーム、◎記事サポート , ・◎ニュース◎ダウンロード , = 0- = - ふ - のラズベリー・パイ電子工作 次号予告の 2015 年 のプ丿ント基板電子工作 [ 記事サポート ] ー [ 2016 年 ] ー [ ラズベリー・パイ電子工作 ] を選ぶ 図 A 本誌付録基板の関連情報を本誌 Web サイトで案内 ン湫タ技術 2016 年 11 月号 1 14

I/O カ ! P ー C ス′、コン [ 秋のスペシャル企画 ] 旬川 oT 製作実習コーナ P ℃スバコン拡張ポード [ センサ版 ] 部品セット PiCCASO-A-P 10 名様読者プレゼント ( p. 207 ) 測距式人検出センサ , 温湿度 / 気圧センサ , 液晶 , スピーカ・アンプ搭載 / マイコン・アシスト / ラズベリーバイ I/O 強化ボードの製作 発に 後閑哲也 Tetsuya G0kan DIP マイコン x 付録基板 x ラズベリー・パイ で子供も大人も / App 0 オール D 旧即席 タイプ 第 1 章 O の応答が遅く , リアルタイム性はありません . ア ナログ入力もありません . ・弱いラズベリー・バイのレ 0 力を PIC マイコン で強化する 第 2 特集では , 全品 DIP パッケージがあり安価な 自作用マイコン PIC を使って , ラズベリ ー・ノヾイの I/O 力を強化します . ラズベリー・パイと組み合わ せると , I / O 力と処理能力を兼ね備えた実験用 IoT スバコン PiCCASO ()i & PIC Complementary Alm 写真 1 ) が完成します . ighty Sysytem Operator, く編集部〉 ・ T は無人が魅力 / レ 0 力が決め手 IoT 装置の開発環境が整い , 競争が激化しています . Wi ー Fi を搭載した実験用スバコン「ラズベリー パイ 3 」に加えて , 300 ~ 500 円の Wi ー Fi アタッチ メント・マイコン ( ESP8266 や RTL8710 ) まで誕生 し , Node-RED, Python などのプログラミング開 発環境も整いました . 電話回線を計測・制御に利用 する 3G/LTE SIM フリー・サービスも乱立してい ます . IoT (lnternet of Things) はモノのインターネット です . Web という電脳群にモノを接続して , モノ だけの間 , つまり無人でデータ通信をしようという わけです . 時計 / 電池 / 照明などの日用品からロポ ット / ドローン /EV, 太陽光バワー・コンディショ ナなど , ありとあらゆるモノが Web 電脳と接続さ れることで新しい価値をもつ可能性があります . こうして考えてみると , IoT の Thnigs は , その 多くが「インターネット通信手段をもっている組み 込み装置」と要約できます . つまり , その決め手は 従来から使っている「マイコン」です . 大人気の実 験用コンピュータ「ラズベリー・パイ」は , センサ や D ー A コンバータをつなぐことができますが , 試作 1 号機 ■ハードウェア 図 1 にラズベリー・パイと組み合わせる I/O 強化ポ ード ( 試作 1 号機 ) のハードウェアの構成を , 図 2 に回 路図を示します . 写真 2 に示すのは , 試作した I / O 強 化ポードとラズベリー・パイをつないだところです . ラズベリー・パイと最新 PIC マイコン , センサ , 液晶 表示モジュールを搭載した I / O 強化ポードを合体した 111 ンタ技術 2016 年 11 月号 P iCCASOC) 製作

表 1 グレードアップしたレ 0 強化ポードの部品表 ( 本誌付録基板に搭載する部品一覧 ) 配線記号 ロ 値・型名など PIC マイコン P ℃ 16F1509 ーレ SP パワーアンプ TDA7052B, 最大出力 IW センサ ME-BME280( 端子付き ) MOSFET 2N 7000 の 3 , 赤色 発光ダイオード ゆ 3 , 緑色 470Q , 1 / 6W 炭素皮膜抵抗器 10kQ, 1 / 6W 1kQ, 1 / 6W ポリューム 3386K ー EY5 ー 103Tr ( 秋月電子通商 ) インダクタ 1 mH , LHL08NB 102J 47 ″ ~ 220 ″ F , 16 ~ 25V 電解コンデンサ 470 H 1 uF, 50V 積層セラミック・コンデンサ 10 uF, 25V 0.1 uF, 50V PICkit3 接続用ピン・ヘッダ 6 ピン 液晶モジュール接続用ピン・ヘッダ ( 4 ピン ) 実装なし 測距センサのリード線を接続 端子台 2 ピン基板実装 ( TB508 ー 02 ) オーディオ入力ジャック 2 列ヘッダ・ソケット タクト・スイッチ 液晶表示モジュール 測距センサ IC ソケット プリント基板 カラー・スペーサ LCD 接続ジャンパ・ケープル 数量 ICI IC2 Tr1, Tr2 LEDI, LED4 LED2, LED3 1 , 2 , 5 , 6 3 , 4 , 10 , 7 , 8 レ 1 , を 2 C2, C3, C4, C6, C7 ICSP LCD SENS SP GPIO Header SWI , SW2, SW3 外付け部品 1 《 11 1- ・ワ朝ワ 3 っ -4 - -0 、 1 っ 1 亠、 1 1 亠、 1 、 11 11 、 1 一 1 11 1 っ、 1 1 よ 11 1 工 1 -4 -4 40 ピン 小型基板用 LCD 1602 llC/12C Blue Backlight GP2YOA02YK ( シャープ ) 20 ピン 8 ピン PiCASSO-TG 20 mm その他 っら ) っ乙只 ) 1- ・ 〔 > 〕出細田〇も八や ・ターゲット : 白色紙 ( 反射率 90 % ) ー : 灰色紙 ( 反射率 1 8 % ) このあたりを使う . VRI で調整する VRI の設定値 今ロ測定値 差が一定値以上 前ロ測定値 今回測定値 > レ RI の設定値かっ 今回測定値ー前囘測定値 > 一定値 0 1 0 20 30 40 50 60 70 80 90 1 00 1 1 0 1 20 1 30 1 40 1 50 なら人が接近したと判定 測定ターゲットとセンサの距離乙 Ccm) (a) 距離 - 出力電圧特性 (b) 人が近づいたことを判定する方法 図 5 プリント基板バージョンのレ 0 強化ポードに使用した測距センサ GP2YOA02YK の距離ー出力電圧特性 実用範囲は 30 ~ 90 cm. P ℃マイコンの出力電圧を 2 回サンプリングして , 微分値が正なら接近 , 負なら離脱と判定できる . ゼロの場合は物体が移 動していないことがわかる の A ー D コンバータ端子に入力して , ディジタル化し れます . ます . 同時に , 距離判定のしきい値を調整する半固定 図 5 ( a ) に示すのは , 使用した測距センサ GP2YOA02YK 抵抗器 ( 駅 1 ) の電圧も A ー D コンバータに入力します . の距離ー出力電圧特性です . 物体が近づくと出力電圧 駅 1 を調節すると , 人の接近を判定する距離を変えら が上がり , 15cm 以下に接近すると急低下します . ン湫タ技術 2016 年 11 月号 距離 0.5 0 1 17

ーサクンド発生キットとセンサー キット MK-133 MK-137B 乾電池 2 本で 12V / 100mA 出力 ! 電池ポ ックス付 DC- コンバータ ーまーロ ( 1 , 円税込 ) 距離でリレーオン ! 示・リレー付き ! 距 離計キット ( 2 , 551 円税込 ) MK -108 ロポット・女性・男 性の声に変わる ! マ イク・ライン入力・ アンプ付きポイス チェンシャーキット ( 2 , 551 円税込 ) MP3 再生可能 ! 組 込み用超薄型ポイ スプレーヤーポー ド完成品 ( スピー カー、 USB 、内蔵メ 、 - 。 = ー - ー 0 モリ付き ) ( 1 , 998 円税込 ) ロポットなどに最適 ! SD カード付き多機能 M P 3 / W M A / M ー D レ WAV 再生ポイスレコー ダーポード ( 5 , 338 円税込 ) 音声メッセージカードが 簡単に作れる超薄型 10 秒ポイスレコーダーポー ド ( マイク、スピーカー、電池 付き ) ( 607 円税込 ) 製作例 MK-142C MK-141B これはゆかい ! 入力し たテキストをその通り 話す ! 音声合成℃実験 ( 3 , 2 円税込 ) ・製作例 0 ロポットやおもちゃに 最適 ! シリアル制御 も可能な超小型組込 み用 MP3 プレーヤー ポード ( SD 付き ) ② 1 円税込 ) 最大 8 種の音を録音 再生可能 ! マイクと ライン入力付き 680 秒ポイスレコーダー ( 1 , 831 円税込 ) 赤外線で人を ー ! 検出し照明や アラームをオ ン ! リレー付き 多機能な人感 センサーキット ② 037 円税込 ) V2 2 オモテ ウラ MK-300B MK-144B これは便利。 オン / オフ可 能 ! リレー付 きタッチス イッチキット 。・ ( 1210 円税込 ) ロポットやおもちゃに最 適 ! シリアル制御も可能 な超小型組込み用 MP3 プレーヤーポード ( メモ リー内蔵 . Win8 対応 ) ( 2 , 881 円税込 ) ′ 0 0 0 ラ ウ モ オ MK -314 製作例 MK-302B MK -512 新製品 MK-305B 用途はいろいろ。 音量表示 / オン 物時間設定 / マイ ク / リレー付き 音センサースイツ チⅣ 0 刈キット ( 1 , 670 円税込 ) 製作例 設定した温度でスイッチオ ン ! サーミスタとリレー付き 温度センサーキット ( 1 , 317 円税込 ) 設定した重 量でスイッチ オン ! リレー 付き重量セ ンサーキット ② 768 円税込 ) 物ををを 製作例ウラ MK-315 MK -329 新製品 設定した距離 に近づくとス イッチオン ! リレー付き測 距センサー ( 挈 38 円税込 ) 対象物の色を再 現するカメレオン 機能搭載。設定し た色でリレーをオ ン。リレー付きカ ラーセンサーキット ② 405 円税込 ) MK -316 設定した傾きや 。ゆれでスイッチ オン ! リレー付 き加速度セン サーキット ( 3 , 5 円税込 ) 設定した重量で装置 をオン ! LED5 個のレ ベルゲージとリレー 付き重量センサー 製作例 ( 2 , 910 円税込 ) 製作例 請応セ 上 実績例 ン記 け 用 麌託開発・設計・製造サービ 負しサの サ った 「こんな電子機器がほしい」、といった て受製ウ こ要望に 1 台からおこたえする 言モ 0 い ン 0 ロ 開発・設計・改造サービスです 0 ま開をド 製 注文例 す発 0 「◆測定結果を音声で知らせる」、「◆ 7 個のモーターの回転速度を 7 個のボリュームで個別に調整する DC モーター速度コントロー も ラ」、など。キットと完成品の改造・組み合わせ、回路・ソフトウェアの設計・開発サービスを行っています。左の写真は一例です。も ちろん 1 台から製作可能です。ご遠慮なく実現したいことをこ相談ください ! いままで製作した特別注文品の一部を WEB で公開中。 マイコンキットと電子工作キットの通販ショップ 運営有限会社クネット マイコンキットドットコム 〒 1609023 東京都新宿区西新宿 7-19-18-507 E-maiI:shopmaster@mycomkits.com www. MYCOMKITS. 00E ンシスタ技術 2016 年 11 月号 MK -319 MK -326 防水センサー・表 示・リレー付き ! - ℃から 1 ℃対 4 応、温度センサー ( 2 , 551 円税込 ) ・ツま・、言ロ 0 1 引多、 . ーっ -12 回路図、プログラム、製品を紹介するビデオ動画をそれそれの製品ページで公開しています。参考にしてください。 236