貯水量 テレ・メータリングシステム の制作
庭の隅の(100m先)複数( Max 4個)のタンクの貯水量を書斎で知る。
2016年バージョン
Rev.
152
 Original :Wed.Dec.23'15
 Updated :Mar.22'17
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テレ・メータリングシステム の制作  TWE-lite DIP を使った作品例


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  命題 1、半径100mの範囲内に四個の貯水タンクがある。
      2、四個は個々に異なる容量を持つ ( 300函 1,000 )。
      3、個々のタンクの現時点の貯水量を屋内で知る装置を制作せよ。


2015-12-23 
 10年以上おつきあいしているクライアントの要望で、『100m先の3セットの貯水タンクの貯水量を屋内で知る装置』の制作依頼
を受けた。表示される数値は、最大貯水量の 10% 、つまり 400肇織鵐なら 40-80-120-160 -- 400 表示、300肇織鵐なら
30-60-90-120 表示となるわけで、可能ならばより小さいステップを希望とのことだった。
 屋内へ貯水データを送るため、 100m も配線を引き回すことは大変なので、無線でデータ通信を行うことを考えた。
 

 一見難しそうなミッションだが、73歳の私でも過去の作品の流用などで、二日でプロトタイプを仕上げることができた。上(
は現時点のプロトタイプだ。 本来は4行表示の LCD モジュールを使うのだが、手元に部材が無かったため2行表示の LCD
モジュールを使っている。
 表示は10秒ごとに1号タンクから4号タンク(受注作品は4号タンク表示がスキップされる。)がローリング表示する。このプロト
タイプをクライアントへ送付し内諾を得られたので、今回のミッションを正式スタートした。


 2016年1月の時点の作品。これは最終の完成形ではないが、ハードウエアやソフトウエアの作業中に作品を移動することもあるの
で、昔の作品のキャビネット(ケース)に仮に組み込んだのだ。



テレ・メータリングシステム の制作  TWE-lite DIP を使った作品例

もくじ


 1: システムのアイデア。⇒⇒

 2: 貯水タンクに加工しないで、貯水量を知る手段。 ⇒⇒

 3: 屋外の貯水タンクから屋内の表示モジュールまでのデータ伝送手段。 ⇒⇒

 4: 作品のキャビネット(ケーシング)について。⇒⇒

 5: LCD 液晶モジュールの工作、以外と犯しやすい作業ミスと対策。 ⇒⇒

 6: 貯水量表示の精度を高くする方法。 ⇒⇒

 7: 今回の作業で発生した想定外の障害。 ⇒⇒

2016-02-10

 
屋内モジュールの完成形。タンク側モジュールは個々のタンクに対応した形状のキャビネット採用する。さらに設置環境に応じて
タンク、屋内モジュール間に [ 中継モジュール ] 設置の可能性も考えられる。 It's depending on the circumastances

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システムの概略

 今回のシステムのアイデアは誰もが思いつくもので、特別なものではありません。要点はそれを具現化した事です。

 タンク側のプロセスは下図のように、光や音を利用して水位を調べ、貯水量を算出する。そのデータをほかのタンクと区別す
るID 識別番号と共に変調した電波で屋内モジュールに送信する。

データを伝送するモジュールも同様に無線や光を利用した製品が市販されているので、各々をつなぎ合わせるだけで、幼児が
積み木でお城や動物を作るように、想像以上に簡単に制作は可能だ。

 この様に(↑)異なる機能を持つモジュール(積み木)を積み上げることで、一見難しそうに見える作業でも、アマチュアでも進める
ことが可能だ。
 しかし、この先に [ ちょっとした難題 ] が待ち受けている。それはプログラミング作業だ。測距モジュールから受け取った距離
情報から貯水量を計算したり、無線モジュールに送信可能な規約(プロトコル)に適した文書の作成は [ 積み木作業 ] では
できないのだ。受け取った無線電文から液晶に表示可能な文書に作り上げる作業も、同様にプログラミングが要求される。



 この作品は 2014年6月に製作した物で、屋外のモジュールから有線で貯水量データを受け取り、屋内で貯水量を表示している。
今回の作品は、この有線部分を無線化/複数化した作品なのだ。 この作品の制作リポート ⇒⇒



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貯水量を知る手段 
 
 貯水量を知るためには水位から貯水量を知るアイデアがある。この水位を知る方法はいろいろ挙げられるが、どれも一長一短
と言えるようだ。

1、例えば電子的に水位を知る方法として、電極をタンク内部にセットして、電気抵抗や静電容量の値から知る方法があるが。電気
  抵抗方式は電極の経時劣化/変化が激しく安定した測定値が得られない欠点を持つ、静電容量方式は水質:同じ雨水でも季節
  により電解成分は大きく異なるため測定値の安定が得られない欠点を持つ、また両案とも数 cm の水位差を判断するには困難
  がともなうのだ。
2、磁気フロート(浮き)とリードスイッチのアイデアも高い気密性を維持する工作がアマチュアには難度が高過ぎること、メンテナンスも
  それなりに要求されることから採用できない。このアイデアで製作した過去の作品事例 ⇒⇒ 
3、光を水面照射してその反射光から水位を知る手段がある。各種の製品がモジュール化され市販されていて、それらは信頼性や
  耐久性も高いのだが、得られるデータがリニアーな製品が見つからない。そのため貯水データに換算するためには複雑なプログ
  ラムが要求される。
5、光の代わりに音(超音波)を利用する製品もモジュール化された製品が市販されており、貯水データに換算のプログラムもシンプル
  なもので対応可能なので個人的経験からベストな方法だと私は考える。


 今回採用したタンクの貯水量を(タンクに加工を加えないで)知るイメージ

以下の画像は市販の光による測距モジュールの一例だ。(今回の作品では前述の理由で採用しなかった。)

 測距モジュールの一例だが、これ(↑)は市販されている(株)シャープの光学的測距モジュールだ。


 これは 2014年4月頃に当時の作品のため2セットをテストベンチにセットして、(画像は右側モジュールで)テストを行った時の画像
だ。
 この測距モジュールは距離を電圧に変換して出力するタイプだ。光学的特性などが関係して距離と電圧値はヒステリシス特性がある。
つまり 2cm = 3 Volt、 ⇒ 4cm = 6 Volt、 ⇒ 5cm = 7.5  Volt のようにリニアー:直線的な変化では無いのだ。


 距離と電圧値がリニアーに変化するのであればマイクロプロセサーは単純な計算で処理可能だが、今回の様な場合、事前に得た
距離と電圧の情報を元に、メモリー内に距離と貯水量のデータテーブルを展開して対応すればプログラムは簡略化可能だ。
 上画像左、110cm にダンボール箱があり、プログラムは 109cm を表示しているが、120箸覆匹班充┐垢襪茲Δ縫如璽織董璽屮
を展開すれば今回の様な命題に対応できる。

 以下は超音波を利用した事例で、個人的に推薦できる方法だ。

 今回は  超音波送受回路を自作した作品、 ◆市販の超音波測距モジュールを利用した作品 を製作した。

 超音波送受回路を自作した作品

 『音』を使う方法も広く知れている。今回の作品は音:超音波を使った手段で貯水量を算出するつもりだ。この方法はどなたも
ご存じの手段で、山の [ こだま ] の様に反射波が返ってくる時間から対象物との距離を知る手段だ。
相互の区別はラベルを見ないと判別は困難だ。
 超音波専用のスピーカーとマイクロフォンは簡単に、そして安価(数百円)に入手可能だ。以下(↓)に自作例を上げておく。


 回路設計の知識を持たぬ私は、秋月電子で購入したセンサーの付属資料の回路図に少し手を加えた物を使った。また回路図で
推奨の IC μPC4570 は入手できなかったため JRC社の Audio amplifier 用 NJM4580 を代用している。


 スピーカーとマイクロフォンを基板に固定し、送信回路用の発振回路は、 PIC マイコンのクロックを流用することで簡略化した。
マイクロフォンで受けた反射波をパソコンで処理可能な信号レベルまで増幅する役目はオーディオアンプ NJM4580 が担う。


 超音波の送受時間から距離を計算する役目は PIC マイコンだ。音が 1cm 進む時間は 28.8 usec なので、送受時間 ( XXusec )を
28.8 で割り算すれば往復の距離 xx cm が算出できる。更に2で割れば対象物までの距離 yy cm がわかるわけだ。
 アセンブラーで割り算をプログラムするのは大変だが、反射波が返ってくるまで  28.8 usec毎に1ずつ足し算する方法なら、足し算
結果が往復の距離となる。さらに2で割る方法は足し算結果を1桁下げれば良い。(コンピューターは2進法なので1桁下げると 1/2
になるのだ。)  57.6 usec 毎に1ずつ足し算する方法なら直接結果が得られる。



 組み上げた貯水タンク側のモジュール。実際の設置現場では、画像左の2個の金属筒が下を向く(水面に超音波を照射する)のだが、
この状態でに5Volt のパワーを供給すれば、画像左側 18cm〜200cm に置いた対象物までの距離が測定される。
 測定された水面までの距離から貯水量を計算、画像右の[85] とマークされた トワイライト・ディップから、貯水量、タンクの ID 番号、グ
ループ ID 番号などが屋内モジュールへ無線で送信される。


 短期間に結果を出す必要があり、過去の実証済みのプログムを流用したため、現時点では2個の PIC マイクロコンピューターを使用
しているが、後日、1個のPIC マイクロコンピューターにまとめ上げた。⇒⇒


 電気工事業者が扱う配線ボックスが物置で見つかったので、画像 # 16-R0022008 の作品をを組み込んでみた。マッチ棒アンテナが
穴から顔を出している。アンテナは内面にセットするステイックシートタイプも販売されている。 ⇒⇒
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 タンク側モジュールは電気工事業者が扱う配線ボックスを使ってみた。安価でそれなりの防水性もあり気に入っている。


 アンテナはドリルで開けた穴から顔を出しているが、ボックスの内面に貼り付けるタイプのアンテナも販売されているので
それを利用すれば防水面で、より効果が高いと思われる。↓は実際の設置の事例だ。


 これは最終的な形態ではなく、各種データを得るために仮設置した時のものだ。端材でマウントを作り、、。

半閉のキャップの隙間から蚊などの侵入の可能性があった。
 ( ↑ ) 2010年頃の我が家の300肇織鵐の貯水量表示方式は、マグネットフロート(浮き)とリードスイッチ(ガラス管に封入されたス
イッチ)を使い電気的に貯水量をセンスする方式だった。この黒い蓋を取り外し・・・。
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 タンク付属の蓋を外して、ぽんと載せるだけで貯水量情報が2階の書斎へ送信されるのだ。画像右下に2010年に製作した水位センサー
が見える。無論この5年を経過した作品は現時点でも正常稼働している。


 今回の動作のイメージ図を改めて載せておく。


 こちらは公称 50mm の塩ビ管に組み込んだ事例だ。センサーを円柱部分にセットしている。


 稼働時はこの様にセンサー部を真下にして、寝かせて使用する。円柱形なのでこのままでは不安定な印象を受けるが・・・・、


 実際の設置例がこれ ( ↑) だ。オリジナルのプラスチック製タンク蓋に 2cm x 12cm の穴を開け、センサーモジュールのホルダー用
に 6cm x 16cm x 1.5cm の2個の木片を木ねじで裏から固定。センサーモジュールを木片の間にセットしている。センサーモジュール
をビス/ナットなどで固定していない理由だが、タンクの蓋はねじ込み式なので清掃などの時に蓋を開ける時蓋をぐるぐる回転する必要
があり、センサーモジュールが蓋に固定されているために起こる電源ラインのからみつきを防ぐためだ。
 固定したい場合は、画像 #16-R0022087 の様に端材で作った蓋の代替品に固定している。

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◆Щ堡里猟恐伺搬距モジュールを利用した作品


 アナログ回路のスキルが要求される回路を組み立てるのが苦手ならば、組み立て済みの製品も市販されている。↑は Sain
Smart 社の HC-SR04 だ。価格は一部のショップでは 200円以下の激安で入手可能。 web では、ファームウエアにバグがある
との情報が見られる。⇒⇒
 Web で公開されている資料では Range が 2〜180cm と 2〜400cmの製品が流通している様だが、私が入手できた製品は稼
働テストの結果  2〜400cm の製品だった。


 手作り回路用プログラムの一部の手直しで、 HC-SR04 をそのまま使用可能だった。しかし HC-SR04 は機能面で弱点(欠陥)
があるため、このまま実用的な作品としては使えない。
 ここで使用した PIC16F87 改良版は有償頒布可能です。 ⇒⇒


 完成した作品の一例。約 6 x 8 cm の大きさだ。これだけでセンサー前面 2cm から 400cm に位置する対象物までの距離情報を
2cm 単位で ( 002〜402 の数値データで)見通し100m離れた親機まで無線で送信可能なのだ。 
 最近はセンサーの ID などの情報は FW :ファームウエアーに組み込む案が多いのだが、、、今回はクライアントのリクエストで4ビット
の DIP スイッチでセットする。


 センサーとしての ID # が PIC マイコンのメモリーに書き込まれたモデル。TWI-Lite Dip トワイライト・ディップに送受モジュール
間にのみ通用するユニークなグループコードをセットすることで、部外者が情報を盗み見ることは防げる。

 
 子機から無線送信される距離情報は USB を経由して PC:パソコンでモニター可能だ。また PC から子機へ送信も可能だ。
画像は2種類の USB 接続モジュールの例。


 こちらは距離情報を有線 ( EIA232C/E ) で送るモデル。ジャンクボックスのゴミを集めて作った物だがちゃんと動作してくれる。
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 web では広く知られているが、HC-SR04 には以下の様な弱点がある。

Case-One :自身の検知能力範囲内に音響的な反射物が無いとハングアップしてしまう。
Case-Two :測定する対象物が移動する物体の場合、相手の移動速度によっては補足できず、距離測定不可能になる可能性がある。
Case-Three :測定する対象物が音響的に反射が低い場合補足できず、距離測定不可能になる可能性がある。
 これはHC-SR04 以外の製品でも超音波を利用している製品に共通の弱点だが、常識的な製品であれば、このような場合 Automatic
retry 機能などが働くものだが、HC-SR04 にはその機能を持っていないのだ。


 いったん距離測定不可能となると Re-Trigger も効かぬため、HC-SR04 の電源= VCC ラインを Off するしか回復方法が無いのだ。
似たような 他社の製品ではこのような問題は聞かない。この問題があっても、今回の作品に採用した理由は、水位変化の様なゆっくりと
した変化では問題なく動作できると判断したからだ。しかし・・・・・・・。

 
 その後 FW に HC-SR04 の弱点(欠点?)をリカバーするフィーチャーを追加した。過去の経験で、貯水タンクに蚊が入り込み、
超音波エリアを飛翔したため、センサーの超音波に干渉し一時的に表示が乱れたことがあり、 HC-SR04 で同様の事態が発生した場合、
ハングアップして機能停止に陥る危険性を避けるべきだと考えたからだ。
 具体的な対策案は、 HC-SR04 のエコー出力パルス幅が(今回の事例では) 250cm分を越えた場合 VCC をカットしている。
VCCのカット手段は FET などの使用が一般的だが、手持ち材料の関係で省エネと高速性が特徴のリードリレーを使った。(画像のTDK と
記されたコンポーネントがそれだ。)
 今回使用したリードリレーは FUJITSU が 40年以上生産を続けている とても信頼性の高い製品だった。


 HC-SR04 の VCC シャットダウン用に半導体 ( FET )を使った事例。プログラムは、ひとつ上の画像 # 16-R0022140 と同じ物で
液晶表示メッセージフロウ部分のみ異なる。ここで使用した PIC16F87 の改良版を有償頒布可能です。 ⇒⇒


 
 価格、取り付けスペースなど多くの面で FET が優位に立つ。リレーの使用にこだわるのであれば、一般的なリレーは PICマイコン
などの I/O Port では消費電流の関係で直接ドライブは不可能なので、消費電流が少ないリードリレーを使う必要がある。

 
 ご存じの読者も多いと思うが、web でサーチすると似たようなソニックセンサーが10種類以上ヒットする。先日入手した US-015
は HC-SR04 とピンコンパチブルな商品だ。現在稼働中のHC-SR04 と入れ替え、三日ほど本番稼働させてみた。


 TWI-Lite Dip トワイライト・ディップ、ロジックレベルコンバーターなどと組み上げた Water level Transmitting Module 。HC-SR04
を off して US-015 をフィット。本番テスト期間中はは問題なく動作してくれた。 US-015 には SR04 が持たない大きな特徴がある
のだが後日リポートを上げる予定だ。⇒⇒

 Memo'
 PIC 16F87-I/P 20MHz、Sonic sensor : HC-SR04、/ US-105 Asembler :MPASM V5.51、 Pic writer : Akizuki V4 V6.72.7


 右側のダンボール箱までの距離情報を無線で PC に送り安定度や温度特性のテストも行った。電源はジャンクボックスで見つけた
ケータイ用の充電器を利用した。

 組み上げたモジュールは、公称 50mm の塩ビ管に組み込んだ。


 現場では↓画像の様に立てて使用する。

 貯水タンクの蓋の位置に約20mm の穴を2個開けてこのモジュールをセットし、7〜24Volt の電源を接続すれば貯水量が
リアルタイムで屋内の表示モジュールへ送信されるのだ。アンテナは垂直でも水平でもデータ送受信に大きな影響は無い。
 理論的には送受アンテナはお互い平行が望ましい。 この作品はインジケータを持たぬが以後の作品はエコーシグナル
に応じてフラッシュする LED を持つ。

 ↓は本番使用する作品だ。


 HC-SR04 は VCC cut 用回路を組んだ PIB にピギーバック(おんぶ)して塩ビパイプ・エンドキャップにマウントしている。⇒⇒
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 フィールドで本番使用する作品を示す。工房での机上テストとは異なり、耐候性とか利便性が求められるので、それなりの
対応が必要だ。アンテナは屋外用を採用した、とても高価 ( 画像のアンテナ以外の全ての部品の合計価格の約2倍)だが
長期の安定稼働には必要と判断したのだ。構成部品を減らすことも信頼性向上には大事なファクターだ。当初は2個の PIC
マイクロコンピューターだったが、プログラムのアルゴリズムを変えることで1個にすることができた。上画像の PIB 基盤に
IC がセットされていない 28DIP IC ソケットが見えるが、ここにあった PIC マイクロコンピューターの [ お仕事 ] は右隣の
PIC マイクロコンピューターが引き受けたのだ。

 また稼働状況を速やかに判断できるようにインジケーターも追加した。ソニックセンサー HC-SR04 or US-015 から返る
エコーシグナルを受けるとフラッシュする。もしこのインジケーターが消えていれば、エコーシグナルが受信できない⇒トリガー
信号を送れない⇒電源断、などが考えられるわけだ。


 PIB は塩ビ管内にこの様にセットされる。マッチ棒型のアンテナもそっくり管内に組み込む ( アンテナ部を表に出さない)と、耐候性
も良く、しかも安価なので現場の状況により適宜選択している。


 完成した作品。
Approx dimm'  L=120mm ( + 70mm Antenna ) 70mmφ  32.3〜40.3 mA / 5..1Volt reed relay model
32.3 〜 32.4 mA /5.01 Volt FET model. 


 設置現場では端材などで作った貯水タンクの蓋に約5cmφの穴を開けておき、


 そこにモジュールを置けば設置完了だ。電源をつなげば貯水量情報が見通し100m 離れた親機に自動送信されるのだ。
送信データは固有の ID が付加されているので、親機は複数の子機から伝送されるデータの判別が可能だ。


 今回の作例では送受共に(多分多くのご家庭の居間のテーブルの引き出しに転がっている)古いケータイの充電器を使用した。
一応実用になるがベストとは言えない。

2016-03-26 Sat.

 クライアントに依頼された作品は2週間前に出荷済だ。今日は個人用に残しておいたモジュールを自宅貯水タンクにセットして
新しい試の挑戦を始めた。
 2017年3月22日、一年前に現場にセットされたこのモジュールは、現在も同じ位置でノートラブルで稼働中だ。

 背後の立方体は 2014年6月頃に製作した作品番号 Model-80 だ。
やはり超音波を利用して得た貯水量データを有線で書斎へ送っている。ご存知だと思うが超音波製品をこの様に接近して同時
稼働すると、超音波が相互に干渉するため正しい数値を得ることができない。現時点では Model-80 の電源を Off している。

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キャビネット (ケーシング) 
 完成した作品は適当なキャビネットに収めたい。作品の見栄えもあるが、安全性も考えたいからだ。非常にレアなケースだが、
完成した作品をケースなしの状態で居間のテレビ横に置いていたところ、家族の一人がイヤリングをその上に落としてしまった
そうだ。結果は想像できるだろうが、高価な金のイヤリングは半分溶けてしまったそうだ。


 私はケーシングには TAKACHI の製品を使うことが多い。今回は SY-150A を使った。このシリーズはフロントパネル
が金属製だが、市販のアクリル板も使用可能なのだ。


 金属パネルに液晶用の窓を開ける作業は、ドリルで予備穴を開け、金属やすりを使った修正作業などあまり簡単な作業では無い。


 左はアクリル板(クリアー)にカラーシートを貼ったもの、シートなので窓はカッターで簡単に開けられる。中央はイエロウ。この色は
裏面 or 前面から光を受けると、アクリル板の内部で全反射して周辺から照射するユニークな特徴を持つ。むろんクリアータイプでも
同じなのだが、周辺から照射される光もクリアーなので目立たないのだ。右はオリジナルのアルミ板に金属やすりで窓を開けた物。
 この画像でも中央のアクリル板周辺が輝いているが撮影時のストロボ光に反応したのだ。


 アクリル板周辺から光が漏れるている実例。


 アクリルのカラーと液晶自体の色、相性の良い物を選ぶおもしろさもある。


2016-01-09

 この画像は我が家の貯水タンクで動作テスト中のもので、画像のタンク #2 / #3のデータは実測値だ。 #1 / #4 は PIC
マイクロコンピューターで作った仮想のタンクから仮想のデータを受信したものを表示している。
 当初は予定していなかったのだが、伝送データ量に余裕があること、センサーが安価なことなどの理由からタンクの水温も
モニターすることにした。タンク#2の水温がほかのタンクより高いがこれは残り湯が送水された直後だからだ。


 TWI-Lite Dip トワイライト・ディップの作品例。2015年8月に制作。カーポートの車が振動など以上を感知したとき屋内へ知らせ
てくれるモジュールだ。下のモジュールは屋外の貯水タンクの貯水量を屋内でモニター可能なモジュールで、 LCD に比べ、少し
離れた場所からも視認性の高い LED を採用したモデルだ。このフロントパネルも純正品ではない、ヘアーライン仕上げの高級な
パネルを別途購入して使用している。


貯水量データの送信手段 
 
 タンク側で得た貯水量や水温のデータを屋内モジュールに伝えるには通信用の電線が必要だが、100メートルの電線を
設置する作業は簡単ではない。また資材の費用もそれなりの価格になる。今回は電波:無線で通信することにした。

 選んだのは TOCOS 社の TWI-Lite Dip トワイライト・ディップだ。このワイライト・ディップは高機能のマイクロコンピューター
なのだが、私の能力 ( プログラム言語の知識が無いこと、最新の PC のアーキテクチュアの知識が乏しいこと。)では
フルに使いこなすことはできず、無線通信機能を応用するだけなのだ。
 

 プログラムの開発と並行してコンポーネント類を PIB 上にまとめる作業も進める。データの流れに沿ってアサインしたいのだが
電源ラインやコンポーネントの高さや大きさが関係してそれなりに時間を要する作業だ。



2016-01-16 Sat.

 TWI-Lite Dip トワイライト・ディップと PIC マイコンはUART ( 232C )に準じた手法でデータ伝送している。PIC 側は 16F84A
で進めてきたが、今日は USART機能を内蔵する PIC16F873 を試みた。Tx / Rx のデータは専用のレジスターがアサイン済
なので 16F84Aで苦労した送受バッファー・コントロールフロウが苦も無くできあり、しかも高速なのだ。
 まだ液晶は未接続だが、有線で接続したタンク側とデータ送受のテストを行っている。下()画像は同じ構成で(プログラム
も同じ)LCD:液晶モジュールを接続したテスト画像。
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 これは屋内モジュールをシミュレーションしたときの画像だ。タンク #4 の貯水量が 130Lt と表示されているが、貯水量が300Lt
程度のタンクの場合、10Lt ステップで貯水量の表示が可能だ。画像左の白いコネクターは電源 5VDC 右下のコネクターは TWI-
Lite Dip トワイライト・ディップとの通信線 Rx、Tx & GND の3本。


 その後のテストベンチの様子。画像 # 16-R0021799 で使っていた 232C レベルコンバート用の MAX232 は FXMA108 を採用した
モジュールに置き換えられている。

2017-01-01

 ほぼ一年前にスタートした今回の作品は、その後も改良やアイデアを加えて進化している。画像( ↑)はブレッドボード上のエンハンス
ドモデルだ。2017年バージョンのアピールポイントは液晶右側に仮設置された4個(現時点では3個が有効なのだが)スイッチだ。
このスイッチを押すと、
 Switch A :タンク#2からタンク#3に送水される。( 水路切り替えバルブやポンプは自動的にコントロールされる。) 
 Switch B :タンク#3からタンク#2に送水される。( 水路切り替えバルブやポンプは自動的にコントロールされる。) 
 Switch C :上記 A、Bの動作を停止。( 水路切り替えバルブやポンプは元の状態に自動復帰させる。) 
 Switch D :現時点で未使用。
上記の動作中、送り側の水量が設定値以下、 or 受け側の水量が満タンになった場合は動作は自動的に停止する。

 最終的なメッセージデザインは未定だが、試作中の液晶メッセージの一例。タンク#2からタンク#3へ送水中にタンク#3が満タンに
なった時は、このような表示とブザー、赤色 LED でインシデントを表示する。



 必要なモジュールを組み上げて [ 動作する作品 ] ができても完成では無い。想定しうるインシデントとそれに対する手段も組み上
げる必要があるのだ。例えば上画像 #16-R0021841 では、回線ダウンでタンク No.3が表示できないとのメッセージが出ている。
 障害で新しい貯水量が表示できず以前の貯水量のままであれば使用者に誤解を与えてしまう。メッセージも他と異なるコラムか
ら表示することで注意を引きやすくしているのだ。


 無線の特性を生かした使用例を示そう。(↑) 無線でデータ通信をしているので受信側の機器を複数にした場合、各々で同じデータの
受信が可能だ。つまり書斎と居間にセットして2カ所でモニターも可能だ。 またグループ全体の機器は共通の ID コードでグループ化
されているので、部外者はデータを盗み見ることはできない。 異なる ID を使った送受事例 ⇒⇒

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LCD:液晶について
 マイクロコンピューターを使った作品の表示装置として LCD は無くてはならない物だが、過去 LCD を壊した経験を持つ方は多いので
はないだろうか。ある企業の設計開発部門に属していた方のお話では(昔の話だが) 初期の LCD は静電気などに弱く、試作機用に業者
から 100 個納入したところ、納入時点のテストで 20% が壊れていたこともあったそうだ。
 最近の LCD はタフになり、電源を逆接続しても壊れる例は皆無といえるほどだ。

 下の画像の2個の LCD のコネクターの違いがおわかりだろうか?。

 上側のディスプレイのコネクターの取り付け方法が正しく、下側は間違いなのだ。液晶モジュールをキャビネット(ケース)に
取り付けるとき、取り付けスペースの都合で下側の様に取り付ける事例は珍しくない。 それならばなぜ [ 間違い ] なのだろう?
 このコネクターの14本のピンは1〜14の番号がアサインされているが、コネクターをソルダーサイト(半田面)に取り付けると
この番号の奇数と偶数が入れ違いになり、リボンケーブルを経由して基盤にメインボードにつないでも液晶モジュールが動作
できないのだ。電源ピンもプラス/マイナスが逆になるが、最近の LCD モジュールはタフなので破損することは無い。
 逆に組んでしまった時の対策は?、、、、。
1、コネクターを取り外し、コンポーネントサイト(部品面)につけ直す。この作業は易しい物では無く、無理をすると基板の
  パターンを破壊する可能性が高い。
2、メインボード(マイクロコンピューター側)のコネクターを奇数/偶数が入れ違ったコネクターに対応した配線に変更する。
  この手段も、将来テストや改造で [ 正常な ] 液晶モジュールをを接続した時、正しく動作できない可能性を持つ。
 

 ここで登場するのがこのコネクターだ。


 単なる延長コネクターに見えるのだが、これを奇数と偶数が入れ違いになった液晶モジュールと正常なメインボード間に
セットすると正しく動作できるのだ。



 理由は簡単でここで(↑)入れ違った奇数と偶数を交差させているのだ。 ところで画像 #16-R001977 に写っている小さな
コネクターの役目だが、ブレッドボードで液晶を使いたいときに役立つ便利グッズなのだ。以下(↓)に使用中の画像を示す


 LCD:液晶パネルのコネクターに先ほどの [ 下駄 ] を履かせて使うのだ。


 ブレッドボードで液晶モジュールを使うときの別のアイデアの作品。14DIP IC ソケットに LCD 対応のワイアリングをして


 裏のコネクターにつながっている。使いたい液晶をこのコネクターにセットするわけだ、


 LCD モジュールをキャビネットに固定するには通常 L アングルを使うが、秋月電子ではこんな便利なパーツを扱っている。


 [ L ] アングルよりコストは高いが強度は抜群だ。


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貯水量の精度を高くする方法。
 超音波センサーからタンクの底までの距離、満タン時の水位、そしてタンクの公称容量から水位と貯水量の数値をつかむことができる。
この数値を元に貯水量を表示できるが、おおまかな数値しか得られない。せっかくディジタル表示するのだからより精度の高い表示をしたい
ものだ。
 私は以下の手段で高精度の貯水量表示を可能としている。

1、タンク開口部に超音波センサーを固定する場所を決める。
2、タンクを空にして超音波センサーが表示する数値NNNcm をノートに記録。タンクに10リットルの水を注ぎこの時のNNNcm をノートに
  記録。これを満タンまで繰り返す。
3、屋内貯水量表示モジュールのプログラムに、該当のタンクから送られてくる水位情報をもとに、記録したノートのリファレンスから導き
  出した数値(貯水量)を表示するようにパッチを当てる。

 実際にこの10リットルずつ追加する方法で貯水量をしらべると、タンク側面に刻まれた貯水量を示すリブの位置はほとんど当てにならない
ことが判明するものだ。

 残念ながら、タンクに刻まれたリブ()は正しい貯水量を示していない。まあ、このあたりに精度を要求する人もいないだろうが、、、。








 完成した屋内モジュール。構成部品は

1、 液晶パネル 20文字 x 4行
2、 3個の IC ( 低電圧 3.3 Volt 駆動の LCD を採用すれば2個の IC で済む。)
3、 キャビネット(ケーシング) と電源
 これだけで屋外4カ所の貯水タンクの貯水量モニターができるのだ。



 今年も当地は (我が家は三重県桑名市) 数回の積雪が見られた。画像は2階の窓から見下ろした裏庭のキャビネット。
赤いマークの下には貯水タンクがあり、その水量と水温は無線で2階の書斎へ送られ・・・。


 主に伝えてくれるのだ。( この画像は積雪があった当日の物ではない。)

_
発生した想定外の障害 
 
 今回の作業では複数の原因が相互に干渉したため障害解消に大変時間と労力を消費した。

1 、 液晶のフリーズ。 
    各モジュールをつなぎテスト稼働中に液晶のフリーズを体験した。手っ取り早い原因追及の手段として予備の液晶を再セット
    してトライ。頻度は下がるがフリーズは解消しない。とすればプログラムを疑う事になるが、このプログラムモジュールは
    数年前に製作し、50セット近い機器で問題なく稼働している作品だ。異なるベンダーの液晶を使った再度テストででは未発生だ
    と確認できた。 web で問題の液晶の細部のスペックをチェック。クリチカル・ポイントと思われる箇所にパッチを当て解消できた。
    パッチを外すと再現することから原因は特定できたと考えている。

2 、 プログラムの暴走。時々設定外のメッセージが液晶に表示される現象が発生。なにか想定外のインタラプションで異常な
    ベクターへプログラムが進んだのだろうか・・・などと想像するなどしたが、原因は PIC のアセンブラーのアドレッシングは
    14 bit なのだが、今回のプログラムは4kワードの 70%を占めるサイズなので。一部のラベルのアドレスがこの制限を超えてし
    まったためだった。正しい対処法があるらしいのだが、私の能力では正式なアドレッシングの対処ができないため、プログラムを
    ダイエットして解消。
    
3   私は秋月製の PIC ライターを使用しているが、仕様では書き込み可能と記されている PIC18F2320 の書き込みができなくなった。
    以前は数回リトライしすればなんとか可能だったのだが、PIC のロットの関係か最近購入した PIC18F2320 では不可能なのだ。
    やむを得ず PIC16F873 を使っている。 その後対策案を秋月電子で見つけて OK となったのだが、新しく別の問題が発生した。
    この件の報告  ⇒⇒

 Memo'-1   2016年3月中旬 クライアントへ以下の様な品々を発送予定。
 クライアントへの納入予定日は3月中旬だ。現地での設置はマニュアルに従いクライアントが行う。温度表示は不要とのことなので
液晶表示のデザインは今後細部が変更される。
 Memo'-2   発送予定品目
 本体 屋内モジュール x 1、 タンク側モジュール x 3、クライアントの希望でキャビネット、AC アダプターなどは含まない。
 使用マニュアル メンテナンスマニュアル 
 プログラムソースリスト フロウチャート 
 パーツリスト (メーカー 型式 販売店) 回路図
 
2016年3月10日 クライアントへ依頼された作品を出荷。数日後1個のタンクにセットアップ完了正常に動作しているとの知らせが
届いた。


 私の作品に質問を受けることも少なくない。できる限り回答するように努力しているが、内容によっては長文になることもあるため、
基礎的な知識は下の広告の書物などを参考にしていただけるとありがたい。
 プログラミングもそれほど恐れる作業でもない。 web には、「プログラミングのおもしろさや楽しさ」を他人に教えたい人たちが、ブ
ログやホームページを数多く開いている。興味をお持ちの方はそれらのサイトを訪問されてはいかがだろうか。

         
 入手先により価格差があるが、送料/税金などを考慮して手配したいものだ。



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 折り返し、当方からリプライさせていただきます。




 2017年バージョンの制作作業のページ。 ⇒⇒








2014年5月、超音波を利用してタンク内貯水量を知る。(プロトタイプ No.2) ⇒⇒

 
 誤字脱字には気を付けているつもりだが、ラベルをレーベルとかレベル、ゴールドをゴウルド、測定器のテスターを VOM とかヴォム等と
記述する癖が抜けていない様だ。気づいた時点で修正しているのだが・・・、ご容赦願いたい。

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