スキップしてメイン コンテンツに移動

S9706の電源制御とFemtoCube電子系


　独立して動く回路では、周辺回路の電源を必要な時以外はOFFにすることで無駄な消費電力を削減することができる。
　既にFMトランスミッタはコマンドで電波発信を止められるようにしている。

S9706はデータシートを読むと消費電流が10mAとある。

これならAVRのポートでも駆動できそうなので、VccはATmega328のピンから取ることにした。
FemtoSatの回路は周辺機能全OFFで定常6mA程度(クロック8MHz)

ここで期待通りON/OFFができているかどうか確認するため、回路の消費電流を測定することにした。

まずは、単純にソースの上端下端で電源ピンをHIGH/LOWしてみた。
FemtoCubeの回路自体はLチカだけさせている状態で6mA以下なのだが、そこでS9706が一旦ONになったタイミングから、突然データシートの4倍くらいの電流が流れ続けた。異常な数値だ。これに送信中のFMトランスミッタが加わると回路の消費電流は80mAを超える。

･異常電流でもS9706の動作は問題ない。前記事
･S9706の電源OFFをやめると10mA程度で一定に。　

消費電流は嘘をつかない。ということで、電源ピンをONにしないで起動してみたところ、データは届かず、やっぱり4倍の電流が現れた。どうも電源OFFにした時、データラインはそのまま放置してるのが問題だった様子。

とりあえず電源OFF時にS9706の全てのピンをLOWに落とすようにしたら、こんどこそはデータシート通りの消費電流が再現できた。単純なことだったね･･･
読み出し時だけONなので、連続取得以外では消費電流はピーク値として扱えそう。

電子系の作り込み


 デモ用プロトタイプの頃からすると、少し思想を変える。FMトランスミッタは乗っけておくけど、データ通信はXBeeに譲る。太陽電池で運用することを視野に入れたEM設計を進める。

現在の電流モード
(3.3v時)
･待機　6mA　～20mW
･計測　10mA　
･電波送信　41mA　135mW

待機モードなら、日光下では以前作った小さなアモルファスセルでもギリギリ動かせそうだ。足りなければ電波送信の回数を減らせば良い。
あとは充電させるために、クロック分周比をいじってスリープさせるとよさそう。

残り少ないA/Dも活用したい。部品箱の底で眠っていた気圧センサを搭載することにしたので、そっちの温度センサをアテにしてLM60は外す。1ch、あるいはI/Oの空きができた。
ここにはXBeeのシャットダウン制御端子がつく予定。
SCP1000の制御線を全実装すると、残りのI/Oは埋まった。
残されたA/D3つは照度、光電池出力、バッテリ電圧計測に割り当てる。
観測周期も通常は1Hz以下を想定しているのでこれでいいのだ･･･。

以下は作業管理テキストより。


------------------------------
端子管理
D0 RXD //XBee/ATP3011F4-PU
D1 TXD //
D2 //SCP1000_TRIG(1)
D3 NS73M TX(LineOut)
D4 //SCP1000_DRDY(2)
D5 //S9706_CK
D6 //S9706_DOUT
D7 S9706_VCC
D8 S9706_Range
D9 S9706_Gate
D10 CS //SCP1000_CSB(7)
D11 MOSI //SCP1000_MOSI(5)
D12 MISO //SCP1000_MISO(6)
D13 SCK LED//SCP1000_SCK(3)
A0 //XBee_sleep/LTC3105_shdn/LED
A1 //solarcell_voltage(ref1V1)
A2 //battery_voltage(ref1V1)
A3 Light_sensor_NaPiCa(ref1V1)
A4 SDA NS73M, mag, EEPROM
A5 SCL NS73M, mag, EEPROM
最近はやりのRAMオンチップSOCの内部を見てるような


UP-204GSR基板が狭い。SCP1000基板は足を切ってAtmegaと24C1024の上に貼り付けることになるようだ･･･


参考
浜松ホトニクス　デジタルカラーセンサ　S9706

Arduinoで遊ぼう　-動作クロックを切り替えて省電力制御　(なんでも作っちゃう、かも)
Labels:

Popular posts

Arduino Nano Everyを試す

 秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って…  と気が付いたら10年が経過していた。  ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30ｍA程度しか消費しない。  動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。 そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。     Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery  そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。  他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero（生産終了済み）ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。  Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。   https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html  もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション（328Pモード）がある。 公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。  ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている（中央の四角いQFNパッケージ）MCU的にはnEDBG
Read more »

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた｡  小さいパッケージなのに､UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ｡ 登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2  にも採用されるらしい｡  簡単にデータシートを眺めてみると､アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。  CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令（DESやUSBで使われる命令）が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。  コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。  CPU周りを見てみると､割り込みレベルなど､今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた｡ ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている｡ データシート P6  DMAは無いけれど､周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる｡  できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。 ピックアップした特徴 ･データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ･RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ･デバッグ専用の端子 UPDIを搭載 ･優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ･ピン単位の割り込み（かなり複雑になった） ･リセットコントローラ（ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった） ･豊富な16ビットタイマ(4809では5基） ･16ビット リアルタイムカウンタ(RTC) ･豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch､SPI 1ch,TWI 1ch) ･内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ ･ADCは10bit 16ch ･内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V
Read more »

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた｡ 1575MHzの波長は約19cmなので､半波長で9.5cmとなる｡ GHz帯とはいえ､結構長いものだなぁ｡ セラミック等の誘電体がなければ､平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう｡ 普通のダイポールだと指向性があるので､交差させてクロスダイポールにする｡ 屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの｡ 水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して､42.3mmで90°に曲げる｡ 長さの同じ素子同士を並べて配置する｡ (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線､もう片方をGNDにつなげば完成｡ 実際5分くらいでつくったけれど､果たしてどうだろうか｡ 今回は､道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた｡ アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで､ LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物｡ 最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい｡ さて･･･ クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と､QZ-Rader画面 東側に建物遮蔽があるので､そちら側の衛星はSNが悪い｡ とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった｡ アンテナの角度をいろいろ振って､逆さまにしてもロストすることはなかった｡ セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな･･･｡ 簡単にできてそれなりに測位するけれど､携帯性は皆無になった｡ あと､近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない｡ GPSアンテナのDIY例としては､QFHアンテナもある｡ ラジオゾンデなどで使われている例がある｡ いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので､今回はクロスダイポールにした｡ GNSSとなると､複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う｡ セラミックパッチア
Read more »

人工衛星の住む軌道 (とKSP)

相乗り衛星の軌道を、Kerbal Space Programで再現してみた。 現実の軌道をいくつかシミュレートしてみる｡  衛星の行き先は､わりと限られた範囲に集中している｡ 低軌道(300～400km)  CubeSat級の衛星にはHotな軌道。 わずかに存在する気体分子や電離した原子が抵抗となるため、半年ほどで大気圏に再突入してしまうが、それゆえデブリ化の危険がほとんどない。 断面積と重量により、軌道寿命の差が極端にひらく。 基本的には地球の影に定期的はいることもあり、電力収支、熱環境共に厳しい。  投入手段: ISSからの放出、低軌道観測衛星への相乗り。 最近はISSに直接装置を設置する例も増えてきた。 極軌道(太陽同期軌道)(600～1000km)   観測衛星の天国。 軌道傾斜角が赤道と直行するような軌道｡ 特に太陽同期軌道では数日～数週毎に同じ地点の上空を通過するため、地表をまんべんなく安定した条件で観察できる。  太陽と軌道円の角度によっては､数週間～数ヶ月は日照状態が続くので電力不足に陥りにくい｡  初期のCubeSatをはじめ、数十キロ級のマイクロサットなどが数多く投入され、今も投入されている軌道。  ただし､軌道が高くなるにつれ軌道寿命が延びることになる｡ 多くの衛星が周回していることもあり､長い軌道寿命の中で､交差､衝突する可能性が無視できなくなりつつある｡ 現在ではデブリ化を防ぐための取り組みがはじまっている。 参考文献: http://www.spacenews.com/article/civil-space/4207665th-international-astronautical-congress-cubesat-revolution-spotty 楕円軌道(数百～数千km)  宇宙開発初期のロケットで多かった軌道｡ モルニア軌道を除くと利用例は少ない｡静止軌道へ投入される主衛星との相乗りで、トランスファ軌道で放出されるものは存在していた。  投入例としては､アマチュア衛星( Phase-3シリーズ )がある｡ かつては数基のアマチュア衛星で､地球をカバーして通信しようという計画があった｡  近地点が数百kmだと､ヴァン・アレン帯を毎回横切ることになり､荷電粒子によって電子機器や太陽
Read more »