電子工作

　iPadを充電する必要ができてしまいました。

　USB充電器
　適当な5V出力の電源とUSB-Aコネクタである

　iPadを充電しなくてはならない状況が発生。付属のACアダプタは会社においてきてしまったため、適当な手持ち部品で無理やり作成しました。

　USBの規格は１ポートあたり500mAです。通常市販されているAC-USBのアダプタはせいぜい1Aしか取り出せません。しかしiPadは10W必要なので2Aは最低必要なのですが、どうもこの出力になると、iPad専用充電器あたりしか使えないようです。発売から時間が経過してサードパーティからiPad対応のAC-USBアダプタが販売されるようになりましたが、このときは会社に忘れてきてしまいどうしても充電しなければならない状況でした。

　仕方が無いので適当な2A以上の容量のあるACアダプタ（たぶんHUBかルータのスイッチングアダプタ）と、USBコネクタをつないででっち上げます。
　USBから充電する場合、単純にVBUSに5VとGNDをつないでやれば電力供給を行うと考えがちですが、ターゲットから見ると単純に5Vを供給しても充電器に接続されていると認識しないため、充電が開始されません。
　規格としてD+に2.0V、D-に2.8Vを印加しておかないと、充電器への接続として認識されないため、これらの電圧をVBUSとGNDに分圧抵抗をかませて出力させてやる必要があります。
　ここでD-のほうがD+より高い電圧というのがミソです。

　USB充電器内部

　ケースにテイシンのTB-50を使い、なかにフェノールのユニバーサル基板で分圧抵抗とコネクタを実装します。USBのピンのピッチは2.54mmではありませんので、ユニバーサル基板の穴を広げてつないで開けてしまい、そこにピンを露出させて抵抗を半田付けします。
　ACアダプタの出力はEIAJ区分２のプラグでしたのでそれに適合したジャックを実装。そこからXHシリーズのコネクタで基板に接続します。コネクタを経由しなくても良かったのですが、基板をあとから外したりする可能性もあったため、念のためにコネクタを実装しました。

　ターゲットがiPadなので、壊してしまうと洒落にならないため、USBの各ピンの出力電圧は念入りに確認をします。十分すぎる回数を行って接続しますと、ちゃんと充電開始となりました。
　1A出力のアダプタだとかなり熱を持って燃え上がるか部品が焦げるのではないかと思えるくらいでしたが、2.2A出力のアダプタですと、ほんのり暖かくなるだけで余裕で充電を行えました。
　費用的には純正を買ったほうが手間を含むと安かったのではないかという気もしますが、ひさびさに半田ごて、リーマ、やすりやドリルを使って工作を行いました。夜中に汗をかきながらですけど（苦笑）。

　せっかくの容量が大きいAC-USB充電アダプタを作ったのですが、USB-Aのコネクタは1口しかありません。2口のスタックされたコネクタで作成すればよかったのではと思うことしばし。しかしながら後悔後に立たずです。
　いずれ暇を見て2段のUSBコネクタに実装しなおす予定です。

　前回はHC595を利用して8×8のドットマトリクス表示器をドライブしましたが今回は専用デバイスです。

　マトリクスディスプレイ　テスト基板
　MAX7221を利用、大幅に回路もソフトウェアも少なくなった

　前回のマトリクスディスプレイはHC595とトランジスタアレイを用いてソフトウェアでスキャンを掛けて表示させていましたが、専用ハードウェアのデバイスを用いる事で、コマンドを投げてあとはハード任せにする事ができるようになりました。

　マキシムからリリースされているLEDディスプレイドライバのデバイスでインターフェースや、桁数等で異なるデバイスファミリが用意されています。けっこう豊富なラインアップなので、そういった用途は多いと思われるのですが、なかなか日本橋の店頭では見ることができません。

　MAX7221CWG
　実装はテスト基板の裏にポリイミドテープを貼って接着である

　今回使用したのはCQ出版のトランジスタ技術８月号で紹介されたMAX7219の姉妹品です。インターフェースが異なるMAX7221というのがあり、ハードウェアでダイナミック点灯を制御することが可能になります。
　MAX7219およびMAX7221共に8bit×8本のデュアルポートメモリを持ち、MCU側からは表示用のレジスタに書き込みを行うだけで、８×８セグメントのダイナミックスキャンを行ってくれます。
　数字表示用にBCD→7seg+小数点のデコードモードもあり、数字フォントを意識せず、桁の数値を書き込めば勝手に数字フォントで表示させることも可能です。
　その他、表示の桁を１桁から8桁まで選択でき、LEDのドライブ電流も外付け抵抗１本で最大40mA流せます。外付け抵抗で設定された電流を最大輝度としてコマンドを投げて点灯デューティを変更することにより、ディマー調節を行う事もできるなど、なかなか多機能です。

　ソフトウェア側でLEDのイメージメモリを用意し、一気に転送するサブルーチンを作って表示を切り替えることが出来ます。
　もともとが7セグメントのLEDドライバを意識しているので1桁（1行）単位で個別のセグメントの制御コマンドを転送・設定できます。使い方としてはこのようなマトリクスディスプレイに使うだけでなく、各セグメントに相当するLEDを個別に制御できますので、５桁＋24ドットなどの利用法も可能です。
　常にディスプレイのためのダイナミックスキャンルーチンが走ることが無く、必要に応じてMAX7221側にコマンドを投げるだけですので、ソフトウェア負荷は激減しています。逆に、多彩な表示を行うために労力が割けるわけですが、いかんせん８×８ですので表現は限られます。
　描画ルーチンのアルゴリズムを考えるほうが大変になりました。

　やっと入手しました。eneloop stick boosterです。

　SANYO eneloop stick booster

　eneloopのUSB電源出力をするDC-DCコンバータ。持ち運べる電源として三洋電機の進めているコンセプトであるeneloopの商品として何機種かリリースされています。
　単三のeneloopを使ってUSB電源出力およびUSBからの充電ができるeneloop mobile booster（KBC-E1AS）は持っていたのですが、意外とかさばるのです。使用済み電池の充電器は急速充電器で自宅もしくは会社で充電することから、もっとスマートなものは無いかと思っていたのです。
　そこでstick boosterがリリースされたのですが、ニュースリリースから発売時期がまず1ヶ月以上ずれ込んで、初期ロットが出たと思いきや、どうやらトラブルがあったらしくメーカーが出荷せず。一般市場からはしばらく入手できない状態が続いていました。
　最近になってようやく市場にものが出回り始めたのでやっと購入した次第です。
　mobile boosterは電池込みで109g、stick boosterは74gと少し軽くなり、容積はかなり小さくなりました。
　これで携帯電話の電池を気にせず充電器をカバンに入れて持ち歩き、利用できるようになります。もっとも携帯電話の電池は予備を１つ持っているのですがね（かなり心配性）。

　まあ、要は1.2V×2から5V-500mAをひねり出すDC-DCコンバータがあれば同じ物になりますが、さすがにメーカー製はデザインも含めてすっきりとまとめてあります。

　USBから携帯電話のコネクタに挿す充電ケーブルも別途購入。iPodも持ち歩いていることもあり、FOMA/SoftBank3G向けのコネクタとiPod向けのコネクタを購入。
　某PC系ショップ店頭でワゴン商品3点で500円という価格設定であったため、もう1点を何にするか悩んだ挙句USB充電用電池BOXなるものを購入。

　USB充電用電池BOX
　単に電池2本の直列がそのままUSBに出ているだけだろうとの予想を裏切る

　単三電池2本でUSBの電源出力をするのですが、どうせこの価格設定ではDC-DCコンバータなぞ入っていないでしょ？と、思っていたのですが、予想を裏切りちゃんと5Vが出力されています。
　しまったぁ！これではstick boosterを買わなくても良かったのではないか。と、後悔先に立たず（笑）。まあ、効率がどれぐらい違うか、出力電流が本当に500mA取れるかなどの諸元は一切パッケージにも裏面にも全く記載の無い海外製ですので、実際のところは実力は全く不明です。
　特にiPhoneやiPod touchを使っている場合、完全に放電した状態から充電開始するときは充電開始初期に500mA以上の出力を必要としているらしく、しょぼいUSB電源だとダメだそうです。
　まだ、分解していないので、分解して中身を確認したらまたご報告とさせていただきます。

　構想だけだった念願の鉱石ラジオの準備をやっと開始できました。

　黄鉄鉱を含む粘土質の露頭

　以前、一度近くまで行きつつも、現場を確認できず断念していた針道の黄鉄鉱を採取しに行ってきました。もちろんツーリングも兼ねてます。
　国道25号から国道165号へ抜けていったのですが、大渋滞で辟易させられました。途中国道166号にそれたのですがそれでも同じ。なぜか大阪から大和高田、桜井へ抜ける方向が大渋滞。反対側はガラ空きなんですが、渋滞現象の不思議なところです。
　何のかんのと、渋滞に巻き込まれながら、途中水温が熱くなりすぎて電磁ファンの回ることを繰り返しながらなんとか談山神社方面へ。不動滝のバス停近くから針道への道案内に従って折れ、途中まで林道を登ります。
　上まで上がりたかったのですが、落ち葉と濡れた路面でかなり危険な香りがしましたのであきらめて歩いて上りましたが、まあ、急なのぼりで心臓バクバクです。

　黄鉄鉱採取地

　実際の状態

　上り詰めたところで大峠への道に入る正面の崖の部分に黄鉄鉱の含まれた粘土質の露頭がありますが、雨や湧き水で流れ出たものがあちらこちらに転がっています。

　採取した黄鉄鉱
　大きいもので5mm角ぐらいである

　正方体に近い結晶があちらこちらに落ちています。
　注意して拾って水で粘土（絹雲母だそうです）を洗い流して結晶を取り出します。
　今回は拾っている状態ですが、粘土をごっそりと取り出して水で洗い出すと、結晶が中から出てくるようですので、次回はスコップ持参で採取でしょう。

　これで鉱石検波器の心臓部である検波することのできる鉱石を手に入れることが出来ました。
　こんなことをせずに、販売されているものを買えば大きくてきれいな結晶を手に入れることができるのでしょうが、そこは作ることに意味があるので、鉱石も自分で採取です。
　ちなみに私は鉱物マニアではありません（笑）。

　とりあえずケースに組み込んで実車テストです。

　走行中の電圧表示
　右に見えているのはA/Tシフトインジケータ

　以前に作ったA/Tシフトインジケータの横に置いて、電源を結線して実車でテストです。
　日中の利用で明るさ的に問題ないか、ディマー表示時の明るさは眩しくないかなどを確認中。

　思った以上に7SEG-LEDが明るく、スモークアクリルを用いなくても十分のようです。
　ケースはテイシンのTB-50に入れました。
　実際はシフトインジケータの奥にはさらにターボメータ（過給圧メータ）も置かれており、このステアリングの右側に空いていた部分はほぼ満席状態になりそうです。
　写真のようには置けないので、どこかが2階建てになるかもしれません。

　また、入力チャネル２になるECUの出力もどれか決めなければなりません。
　実装完了までは、まだまだかかりそうです。

　表示の更新はほぼ1秒ごとですが、十分な感じです。特に短時間での変化量が現れる入力でなければ気になる状態ではありません。

　どうも車のバッテリーの弱り具合が酷いようなので、しばらく寝かしていたものを完成しました。

　車載用電源電圧計
　実験用電源（テスターで計測すると11.97V）の電源電圧値が出ている

　先般の記事で居酒屋ガレージ店主さんがご指摘あったようにトランジスタアレイを使ってLEDをドライブします。
　CPUには手持ちの関係でPIC16F88を使用しました。アナログ入力２チャンネルで、１チャンネルは電源を分圧抵抗で測定できる電圧まで下げて測定します。
　分圧後または直接の入力は表面実装のオペアンプであるμPC1251でボルテージフォロワにして受けてPICのアナログ入力に投入します。μPC1251はLM358と同じく、入出力ともRtoRではなく、電源電圧-1.5Vまでぐらいしか入力も出力も出せませんので、最大3.5V程度までの入力となります。

　裏面の配線
　まだ、仮配線もあるのでちょっと...

　入力・出力ともピンを使い切った状態なため、V_REF入力を投入できませんでしたのでV_REF=V_DDで5Vとして10bit-A/Dを掛け、表示したい数値に正規化（単なる計算ですが）して数字の7SEGフォントへ変換し点灯セグメントと桁の出力をします。もちろん3桁分全部を表示させるポートがありませんので、3桁ダイナミック表示です。アノードコモンのLEDですが、コモン側はトランジスタで、セグメント側はトランジスタアレイでドライブします。そのまま接続するとPICの定格消費電力値を超えてしまうからです。

　計算上の有効桁数が怪しいのですが、テスターの読み取り数値と比べて小数点以下１桁は充分精度がでているようです。計算は整数演算ですので端数切り落としになり、実際の値からは低めに出る事が予想されます。計測は32回行って平均した値を取り、約0.5秒ごとに更新します。
　実際に車載テストを行いましたが、走行時はACC電源の場合、13.8Vをキープし±0.2V位で変動する位でした。停車時は主灯のオン・オフ、ブレーキランプの点灯など負荷の具合で多少の変動も観察できましたので、まずまず使い物になるようです。

　今回配線を引き回すのが面倒くさかったので実車試験していませんが、コンソールのバックライト照明点灯（DIM）信号の入力をすることで、車幅灯以上を点灯すると表示ループの部分でソフトウェア的に表示デューティを変更して減光する機能もあります。

　あとは必要な配線の引き出し・取り回しとケース加工をして車載実装をする予定です。
　が、次に進むのはいつになる事やら...。
　実際の車載機器としては保護回路やら必要なのですが、あくまでも自己責任ということでかなりはしょっています。

　最近、細かいハンダ付けが続いているので導入しました。

　プリント基板用フラックス 無洗浄RMAタイプ
　大洋電機産業株式会社（goot） BS-75B

　前回のZIFソケットやICソケットへのハンダ付けのピン側ではなく、ソケット側）をするときなど、非常にハンダのノリが悪いのです。高活性ロジンのハンダを使ってはいますが、それでもハンダのノリと流れが悪くハンダ付け不良やソケット基材などへの熱損傷が危惧されます。
　また、表面実装用ハーフピッチの多ピンICを使用する事になったので、そのための対策でもあります。

　ハンダ付け前に、ハンダ付けを行うピンや部位に薄く塗ってからハンダ付けすることできれいに流れてノリもばっちりでハンダ付けができます。もちろんつけすぎるとよく無いことは言うまでもありません。
　また、高インピーダンスでリークする電流が無視できないような場合は、ハンダ付け後に洗浄を行う必要がある場合もあることを忘れてはいけません。

　ちょっとした小物ですが、かなり細かいハンダ付け作業などに威力を発揮します。RMAタイプは非腐食性に優れた上に低残渣ですから、ハンダ付け後の経時変化もそれほど気にしなくとも良いでしょう。
　無くてもそれほど困らないかもしれませんが、あると快適にハンダ付けできると思います。ただし、ぺったりと塗ると周辺も含めて良く流れすぎてしまい、隣とブリッジする状態になることもありますので、通常の場合以上にハンダの量は慎重に調節しながらハンダ付けしなければなりません。

　以前に紹介したどうやらパチモンくさい（笑）ソケットを購入。

　TFXTDOL 18pin

　もう、見るからにコピー品と言わぬばかりの色といい、形状といい、もう笑かしてくれます。
前回の記事にも紹介しましたが、このソケットの本家というかオリジナルであるTEXTOOLのソケットの場合は、コンタクト部分が信頼性向上のために金メッキされていますが、こちらはニッケルめっきかなにかのまま。

　実際に使うには開発中のターゲットに実装する必要があるのですが、ピンが挿入するデバイスのピンをつかむようにするためにV字のリーフ型になっており、実装部のピンの形状が通常の丸ピンソケットなどでは挿入できません。

　ピンの形状
　このように横に平たい形状のため丸ピンソケットに挿入できない

　仕方がありませんので、このソケットの下に丸ピンのICソケットをハンダ付けしてゲタを履かせます。

　ゲタを履かせた状態
　さらに下にゲタがあるが気にしないでください

　ソケットにソケットをハンダづけする際に、ハンダののりがかなり悪い事もあるため、フラックスを少し塗ってからハンダ付けすると、導通不良やソケットのプラスチック部が焼けるほどコテを当てないとハンダが付かない状態が避けられます。

　一応いままでの丸ピンのゲタ（ラッピング用のICソケットをはさんだもの）も含めて、開発時のデバイスの抜き差しにIC引き抜き工具（以前の記事を参照）を使う必要が無くなりました。
　おかげで、デバッグ時のデバイスの書込み→実装→実行テスト→取り外し→デバッグという繰り返しにデバイスの抜き差しに対するストレスがかなり軽減されました。

　ただし、いかんせんパチもんですので、それほど信頼性があるのかどうかは疑問が残る点がありますが...。

　かなりの期間悩んだあげく、購入しました。

　ポリイミドテープ
　たぶん、一生のうちに使い切らないと思う
　10mm幅：寺岡製作所 No.650S #25（商品名：カプトンテープ）
　20mm幅：NITTO No.360UL

　前々から欲しかったのですが、日本橋ではなかなかお目見えせず、もどかしく思っていたのが最近ぼちぼちとみかけるようになりました。
ポリイミド粘着テープは通常の鉛入りハンダの溶融温度ぐらいであれば余裕で耐えてなんともありません。リフローのマスキング用テープとしても使われているようです。また暗いオレンジ色のフレキシブルプリント基板のベースとしてもポリイミド樹脂は使用されており、ポリイミド樹脂のフィルム自体は目にする機会は比較的あるのではないでしょうか。
　使用例として居酒屋ガレージさんのところで使われていた（充電式エボルタとサイクルエナジー#7）ように二次電池の外装絶縁にも使えます。

　で、何に使うかというと、表面実装タイプの多ピンデバイスを2.54mmの両面スルーホールのユニバーサル基板に実装するときに、こいつに貼付けて載せるためです。これはChaNさんのサイトELMで拝見して見つけて、こりゃいいわ！と感心しきり。実際に表面実装する事が無かったのでそれほど必要性は無かったのですが、制作物でどうしても8p-SOPを使う必要ができてしまい、探していたのです。　
　始めに見つけたのはテクノベースでした。その後、千石電商の大阪日本橋店、次いでシリコンハウスにも置き始めて選択肢が増えた事もあり、思い切って上記のテープを購入した次第。
　相当に勇気がいる価格の商品です。写真の２本の購入費で工具の高級なものが２〜３台買えるのではないか思えるほどです。もう、散財気分を満喫できます。

　実装サンプル
　このパッケージ（SOP）は1.27mmピッチである

　配線した状態

　このように表面実装部品をポリイミドテープの上にボンド付けして固定、その状態でポリウレタン線（UEW）で配線を行います。部品の固定にはセメダインスーパーXのようなある程度高温に耐え、熱膨張係数の違うものを貼り合わせても大丈夫な接着剤がよいでしょう。
　使用している両面スルーホールの基板であってもオモテ・ウラの両面ともにデバイスを実装できるため、非常に高密度で手配線実装する事ができます。
　ただし、ピン間が狭いのでハンダづけはかなり修行状態と言えなくありません。掲載の写真もあまりお見せできるような上手なハンダ付け状態ではないのでお恥ずかしい限りで申し訳ありません。

　通勤必携、広帯域無線受信機のリモコンが壊れました。

　EDS-12
　リモコン本体の左にあるのが内部断線しているコネクタプラグ

　JR西日本で通勤しているのですがあまりにも事故、急病人救護、乗客同士のトラブル、車両故障による点検、踏み切りの無理な横断を含む線路内への人の立ち入り、防護無線の発報などによる遅延が頻繁にあるため、乗る前と乗車中は列車無線を参考にしています。最後尾、先頭車両の運転台近くにいると否が応でも聞こえてきますが。
　おかげでなにかあっても理由が早くわかるため、ちょっと心の余裕がもてます。あくまでも遅れることを防止はできませんけど。

　で、使用しているのがAlincoのDJ-X8。以前IC-R1があったのですが、どうもかなり前に勝手に処分されたらしく見当たらずやむなく購入。
　この受信機の便利なところはリモコンEDS-12を使うと、本体に手を触れずにバンド変更や周波数のアップダウン、ボリューム調節ができることです。

　アンテナも強電界地域ならSMAコネクタに装着する付属アンテナを使用しなくとも、イヤホンジャックのラインをアンテナにすることで受信できますので、本体からはリモコンの線だけしか出ないため目立たずに使用できます。
　さらにこのリモコンの便利なところはステレオライン入力があり、非受信のときはライン入力の信号をイヤホンに伝え、受信すると瞬時に受信音声に切り替わるため、無声期間が長い局のワッチには最適です。
　ステレオ入力なのでiPodなどのポータブルオーディオのイヤホン出力を突っ込んで、リモコンのイヤホン端子にステレオミニプラグのイヤホンを挿せばそのまま音楽を聴くことができます。

　と、まあ、けっこう便利なのですが、どうもこのプラグ部分のケーブル外装がきっちり固定できていなく、引っ張りに対して微妙な弱さがあります。現在2代目。
　この本体側に接続する４極のミニプラグが内部断線を起こして接触不良状態になり、大変不具合に陥ります。聞こえたり、聞こえなかったり、完全に聞こえなくなってしまって、コネクタの首の部分を触ると聞こえてくるなど明らかな内部断線です。
　メーカーでは付属品の修理はしていないとの事でしたので、仕方なく修理することにしました。

　コネクタ分解
　上がリモコンのオリジナル、下がテイシンのコネクタ

　４極ミニプラグはテイシンからも出ていますのでそちらを購入して電極の順序をあわせてリモコンの線を切り離して再度端末加工をし、半田付けして修理します。
　写真の白い線がどうも引っ張られることで微妙に線材に移動が起こり、断線を起こすようです。
　リモコンのコネクタは樹脂モールドになってしまっていますので分解するともう使えません。修理にはこのように別のコネクタに付け替えをしなければなりません。
　中心の２極は大変デリケートで、半田付けには注意が必要です。

　新たなコネクタ
　シールド側のケーブル止めのカシメは圧着端子用で作業

　使用されている線材はどうも高級なようで、UEWの撚り線らしく、銅の赤銅色をしていますがテスターなどで電極を当てても導通が確認できません。また、心材に繊維が通してあり引っ張り強度を上げているようです。このように良い線材を使っているのですが、コネクタ内部での線の引張りには弱いようで、半田付けしている部分の極短い部分で断線を起こしてしまうようです。

　また、本体側のコネクタジャックの外周に1ｍｍ程度の高さのリングがあり、そのままでは元の無線機本体にはテイシンのコネクタ外装が当たって挿入できませんので、外装のプラスチックを削り落としてしまう必要があります。なんとか導通チェックも済ませて本体に接続して動作確認。無事修理完了です。

　動作確認

　細身のコネクタを使うのは小型化の手段だとは思いますが、一般部品でそのまま対応できないのが難点でしょうか。