タイマー１号機

感光基板の露光時間が終了したら紫外線ライトを自動的に切るタイマーを作ろうと思って回路を書き始めましたが、ＡＣ１００ＶのＯＮ／ＯＦＦが出来るのに自分自身の電源をＡＣ－ＤＣアダプターから供給するのは、何だかちょっと格好悪いので途中で回路図を書くのを止めていました。トランスレス電源の実験がうまくいったので、組み合わせてタイマーを作ることにします。

とりあえずこんなんでいいんじゃないかなバージョンの回路図
　・トランスレス電源
　・ＡＣ１００ＶをＯＮ／ＯＦＦするトライアック
　・スタート、ゼロリセットプッシュスイッチ
　・時間設定のロータリースイッチ
　・ブザー
　・ＯＮタイマー（時間が来たらＡＣ１００ＶをＯＮする）／ＯＦＦタイマー（その逆）の切り替えスイッチ

ＲＢ０はあまり用途を考えていない、多機能版では実現予定だが、例えば周囲が明るいときは設定時刻になっても反応しないようにするＣｄｓセンサー入力や気温が低いときには反応しないようにする温度センサー入力など。入力が不安定にならないように、とりあえず１００ｋΩでプルアップしてある。出力にしてオープンコレクタのトランジスターを付けておくのもいいかもしれない。タイマー自身は５０ｍＡあれば十分なので７０ｍＡ程度の負荷ならドライブできる。フォトカプラーを付けておくのもいいかも。

これはＯＬＩＭＥＸに発注かけないとダメだな。とても感光基板で造る気になれない。１６０×１００から３枚は取れないので、ＡＣ１００Ｖ回路を取り外してＡＣ－ＤＣアダプターバージョンも作ってみよう。ソフトは全く同じでいいのでＥＡＧＬＥでレイアウトし直しをすればいいだけだ。

ＡＣ１００Ｖ無しバージョンも作った。ＡＣ１００Ｖだと高電圧がかかっている配線の近くに、信号線が接近しないように気を使わないといけないが、こっちは全く気にしなくていいのでとても楽。基板の上に飛び出しているのはスイッチとして機能するトランジスター。オープンコレクタにしてある。

ＯＬＩＭＥＸに基板を作ってもらうので、多機能版もハードだけは完成させてしまうことにする。多機能版はＵＳＢで時刻などを設定する方式にするのでハードを作るのは簡単だがソフトの開発に時間がかかる。

照度センサーも内蔵させよう。Ｃｄｓが環境に悪いらしく、これがその代替品らしい。フォトトランジスタというもの。実際にはベースに相当するリードが無く代わりに光を当てる。光が強いと電流がコレクタ－＞エミッタにたくさん流れる、光が弱ければちょっとだけ流れる。２ＳＣタイプのトランジスターと同じ動作だ。２個￥１００と価格も安いしＣｄｓより小さくて良い。部屋の明かりが付いているか否かを検知させるには直列に１ＭΩ程度の抵抗を入れて電圧降下をＡ／Ｄコンバータで計測すればよい。光の強さと流れる電流の比はＣｄｓのほうが肉眼に近い感じで使いやすい気がする。

秋月電子で仕入れたＦＥＴドライバ。ＦＥＴ＋保護回路を一つのパッケージにした物のようだ。高速なＯＮ／ＯＦＦは出来そうにないがスイッチとしては便利そう。１０個で￥２００と安い。ＯＮ抵抗は０．２Ω程度なので５Ｖ－１Ａ程度のＯＮ／ＯＦＦなら殆ど発熱を気にしないで済む。

タイマーの製作で一番頭を使うのは１秒をどうやって作り出すかという所です。発振子に水晶を使用しているのですから、タイマーの精度は水晶の精度と等しくあるべきです。

ＰＩＣのタイマーは４クロックで１カウント進むが、クロックはＭＨｚの単位なのでこれをそのまま扱うことはせずプリスケーラで分周してから使う。プリスケーラに設定できる分周比はタイマーによって異なるが１６ビットタイマーのＴＩＭＥＲ１では
　１：１　＜－分周なし
　１：２
　１：４
　１：８
の４種が使用できる。ほしいのは１秒なので出来るだけ分周比の大きな１：８を採用する。
結果は上のＥＸＣＥＬの画面イメージの通りクロックが２０ＭＨｚなら６２５０００となる。
タイマーが０からカウントし始めて６２５０００カウントしたらちょうど１秒になるということだ。

でもタイマー１は１６ビットしかない。６５５３６以上はカウントできないのだ。
そこで６２５０００を１６ビットで割る。端数が出て９．５３７．．．となる。
結果の９．５３７より大きく、９．５３７に近く、そして６２５０００をその値で割ったときに端数が出ない数字を探す。１０が最も適当な数値になる。
６２５０００を１０で割って「６２５００」を得る。

低機能のＰＩＣには無いがミドルレンジのＰＩＣにはＣＣＰというのがある。とても多機能だがその中に
　・タイマーの値がＣＣＰで設定した値になると、タイマーをゼロリセットする
　・そのとき同時に割り込みをかける
というものがある。
ＣＣＰに「６２５００」を設定しておくと、タイマーが６２５００になるたびに割り込みがかかるので
割り込みルーチンの中で、割り込み回数を数え１０になったときに１秒経過したと判断すればよい。
ストップウォッチを作りたければＣＣＰに設定する値を「６２５０」とする。そうすれば１／１００秒ごとに割り込みがかかる。

ＣＣＰ機能が無いＰＩＣの場合は、タイマーのオーバーフローを使う必要があるので水晶の選択に注意を要する。１０ＭＨｚや２０ＭＨｚは２の累乗で割ると端数が出やすい。１１．７７６ＭＨｚとかいう半端な周波数の物が２の累乗で割ったときに都合が良くできている。試しに計算してみる．．．

１１．７７６Ｍｈｚ　＝　１１７７６０００Ｈｚ

１１７７６０００Ｈｚ　／　４ＣＬＫ　＝　２９４４０００カウント

２９４４０００　／　８ビット（タイマー０） 　＝　１１５００

１１５００　／　２（プリスケーラ１：２） ＝　５７５０
１１５００　／　４（プリスケーラ１：４） ＝　２８７５　　　＜－端数が出ないのでプリスケーラ１：４を採用
１１５００　／　８（プリスケーラ１：８） ＝　１４３７．５　＜－端数が出るので不可

結果は．．．
　・８ビットのタイマー０を使う
　・プリスケーラに１：４を設定する
　・タイマーが２８７５回オーバーフローしたときが１秒である

ＣＣＰを使用する方式に比べ３００倍もよけいに割り込みがかかるので割り込み処理内で何かをじっくり計算することは出来ないが、割り込み処理内で実行すべきは
　・変数のカウントアップ（２８７５回をカウントするもの）
　・ＬＥＤの点灯制御
程度なので、ソフトにあまり無理はない。

レイアウトの最終確認は印刷が必要です。やはり実寸でないと部品の接近具合とか、細すぎるパターンなどが解らないのです。

自作の実用回路というのはシンプルで何だかとてもつまらない物になります。自分の要求だけ満たせばいいので多機能化しないのです。万人の要求を満足させようとすると携帯電話のように多機能になりすぎて使いにくくなっていきます。

スペースの空いている部分に３ｍｍのＬＥＤをたくさん詰め込んだ。テスト回路なのでＬＥＤの用途は決まっていない。サイズは１００×５８。多機能版の基板サイズが１００×１００なので２つの回路を面付けするとＯＬＩＭＥＸの基板サイズ１６０×１００より２ｍｍ小さい。２ｍｍは切断砥石の幅だ。ＯＬＩＭＥＸのホームページにギロチンカッター以外にも砥石での切断も可能になったというのを見つけたためだ。

多機能版のタイマー２号機は別ページにしました。

この回路は電源を切ってしまうと全てを忘れてしまうので「繰り返しタイマー」としては使用できない。繰り返しタイマーには時刻の記憶機能が必要になるのでリアルタイムクロックを追加する必要がある。追加しようか悩んだが結局止めた。

またまたデータシートを良く読んでいないことが発覚。Ｔ１ＯＳＩ，Ｔ１ＯＳＯに時計用の３２．７６８ｋＨｚ水晶を付けるとスリープモードにしても時間を忘れずに済むようだ。時計用の水晶はうまく発振してくれないとか聞いたことがあるのでうまくいくか不明。とりあえず実験あるのみ。

この回路は絶縁されていないＡＣ１００Ｖを使用しているので電源から組み立てて動作確認していきます。電源のテストが完了したら、ＰＩＣを動作させるために必要な最低限の部品を取り付け、テストプログラムを書き込んで動作確認します。

ポートＢ５に値を書き込むと何故かポートＢ２も同時に変化する。おかしいのでシンプルな回路をブレッドボードで組み立てて確認。やはり同じ動作になる。データシートを見るとＡＤコンバータがポートＢにもある。最新（秋月で売っていたので、もう既に旧式か？）のＰＩＣはＡＤコンバータの初期設定をしないとポートＢがデジタルＩ／Ｏにならないようだ。ＡＮＳＥＬＨレジスタにゼロを書き込んで問題解決。２日を無駄にする。

１秒の生成にはタイマー２を使用します。
　・８ビットのタイマー２をフリーラン
　・プリスケーラ１：１６
　・ポストスケーラ１：１２
　・ＣＬＯＣＫ１９．６６０８ＭＨｚ
この設定でタイマー２が１００回オーバーフローしたら１秒です。

そもそも基板のパターンが大電流を流せないパターンになっていますが、強引にハロゲンヒーターをＯＮ／ＯＦＦしてみました。さすがにトライアックが直ぐに熱くなって危険な状態になります。このハロゲンヒーターの弱モードは４００Ｗなのでトライアックの発熱量は１．３［Ｖ］×４［Ａ］＝５．２［Ｗ］となり、放熱器が必要です。放熱器無しでは１００［Ｗ］程度が限界です。

電源を切ると「２４時間プログラムタイマーモード」では全てのＬＥＤ，リレー，トライアック、ブザーを止めてスリープモードに入ります。ＰＩＣへの電力は４７０μＦの電解コンデンサーから供給されます。電圧と停電時間の計測結果は．．．．
　　５分００秒　－＞　２．５３Ｖ
　　７分４０秒　－＞　２．００Ｖ
　１０分００秒　－＞　１．５０Ｖ
となりました。ＰＩＣは１．５Ｖでも動作可能なので１０分の停電に耐えることが出来ます。プログラムの仕様上、停電すると数秒時刻が遅れます。ＰＩＣを取り外したときの回路の抵抗値は４ＭΩ程度です。

秋葉原へ買い出しに行った。いつもの秋月電子。２号機用にフォトトライアックを買おうとしたが、似たような型番の物がある。ＭＯＣ－３０４３ＭとＭＯＣ－３０４１Ｍ。データシートを見ないと違いがわからない。違いは消費電力だけのようなのだが、消費電力が少ない方が無条件で良いのでは？

全体像。ケースに入れるのは面倒なので、裏面にガムテープ貼って誤魔化そうか・・・

ＩＣＳＰコネクタを除いて部品は全て表に配置。部品間隔を詰めすぎたとことがあって、若干干渉している。ソケットとブザー、エンコーダと抵抗、ダイオードと４００Ｖのコンデンサ。

仕様をまとめておこう。単機能のはずなのだがスイッチとロータリーエンコーダーが有ると色々設定が出来て操作方法も複雑になる。

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■スイッチの名称
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　ロータリーエンコーダーの右にあるスイッチ
　　上：スタートボタン
　　下：リセットボタン

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■基本機能
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　・「２４時間プログラムタイマーモード」と「キッチンタイマーモード」がある。
　　モードはスライドスイッチで切り替えられる
　・「キッチンタイマーモード」で使用中でも「２４時間プログラムタイマーモード」の時計は狂わない
　・「キッチンタイマーモード」で電源を切ると、時計の時刻は１２：００にリセットされてしまう

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■注意事項
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　・プログラムを書き込むときはＡＣ１００Ｖを必ず抜くこと
　・プログラムを書き込むときはスライドスイッチを「キッチンタイマーモード」にすること

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■「キッチンタイマーモード」
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　・最大設定可能な時間は９９分９９秒
　・スタートボタンを押すとＡＣ１００Ｖ，とリレーがＯＮする、その後
　　カウントダウンして０秒になるとＡＣ１００Ｖ，とリレーがＯＦＦする。
　・リセットボタンを押すと表示が０秒になり、ＡＣ１００Ｖ，とリレーがＯＦＦする。

　ロータリーエンコーダーの動作
　　・右回転で設定値増加、左回転で値減少
　　・早回しすると１０秒ずつ値が変化する
　　・カウントダウン中は回しても反応しない

　左上に６個並んでいるＬＥＤの意味
　　最左：キッチンタイマーモードでは未使用
　　２番：消灯－＞「２４時間プログラムタイマーモード」　点灯－＞「キッチンタイマーモード」
　　３番：カウントダウン中
　　４番：キッチンタイマーモードでは未使用
　　５番：キッチンタイマーモードでは未使用
　　最右：キッチンタイマーモードでは未使用

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■「２４時間プログラムタイマーモード」
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　・現在時刻の設定は「スタートボタン」と「リセットボタン」を同時に押す
　　現在時刻設定モードから抜けるにはスタートボタンを押す
　・現在時刻は１２時間表示、それ以外は２４時間表示
　・１日に３回ＯＮ／ＯＦＦ出来る。
　・スタートボタンを押すたびに表示が
　　　現在時刻
　　　　　▽
　　　１番ＯＮ時刻設定
　　　　▽
　　　１番ＯＦＦ時刻設定
　　　　▽
　　　２番ＯＮ時刻設定
　　　　▽
　　　２番ＯＦＦ時刻設定
　　　　▽
　　　３番ＯＮ時刻設定
　　　　▽
　　　３番ＯＦＦ時刻設定
　　　　▽
　　　現在時刻
　　と切り替わる。出力はＡＣ１００、リレー同時に動作するため番号にはあまり意味がない。
　　ＯＮ時刻の設定中はＡＣ１００ＶとリレーもＯＮする。

　・左上に６個並んでいるＬＥＤの意味
　　最左：点灯－＞現在時刻設定中　消灯－＞通常動作中
　　２番：点灯－＞「２４時間プログラムタイマーモード」　消灯－＞「キッチンタイマーモード」
　　３番：点灯－＞現在時刻表示中
　　４番：１番のＯＮ／ＯＦＦ時刻設定
　　５番：２番のＯＮ／ＯＦＦ時刻設定
　　最右：３番のＯＮ／ＯＦＦ時刻設定

　・７セグＬＥＤの表示が「－－－－」となっているときは、ＯＮ／ＯＦＦ時刻が設定されていないことを意味する

　・ロータリーエンコーダーの動作
　　　・現在時刻表示中はロータリーエンコーダーを動かしても反応しない。
　　　・ＯＮ／ＯＦＦ時刻設定中にエンコーダーを右回転させると「分」の設定、左回転させると「時」の設定が可能
　　　・ロータリーエンコーダーで設定した時刻はスタートボタンを押すとＥＥＰＲＯＭに記憶される

　・スイッチの動作
　　　・スタートボタンを押すと設定したＯＮ／ＯＦＦ時刻を確認できる
　　　・ＯＮ／ＯＦＦ時刻の設定中にリセットボタンを押すと入力をキャンセルできる

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■試作１号の問題点　　　「２４時間プログラムタイマーモード」の問題点
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　１．秒表示があったほうがよい。１分単位のＯＮ／ＯＦＦでは長すぎることがある。
　２．時、分の設定専用のボタンがあると良い。
　　　右回しで「分」の設定、左回りで「時」というのは感覚的に変だ。
　３．「２４時間プログラムタイマーモード」では時刻が表示されているので「時」と「分」の間に「：」が欲しい。

ＯＬＩＭＥＸが余計に作ってしまった基板一枚は売店で売ってます。ＭＣＰ１００（入手難なので）付属で基板面積按分実費で￥１９００。

・干渉している部品は裏面に半田付けすると干渉しません。
・ロータリーエンコーダーの取り付け穴が僅かに小さく強く押し込まないと入りません。
　軸に負担がかからないようにソケットレンチのソケットを被せて押し込むと入ります。

何だか時刻が大分狂う。１時間に０．５秒程度進んでしまう。１９．６６０８ＭＨｚの水晶の精度が低いようだ。そこで一定周期毎に１／１００秒だけ増減させて時刻を正確に合わせる機能を追加した。この校正機能によって１秒が１．０１秒だったり、０．９９秒だったりすることになる。ＫＴＸＯ－１８Ｓの様な高精度の水晶発振モジュールを使用すれば精度を確保できるが、消費電力が大きいので停電したときに対応できない。停電対応のためには水晶発振モジュールを追加して、停電時には水晶発振モジュールの電源を切ってしまう必要がある。この場合、ＰＩＣのクロック用に精度は必要ないのでセラロックでも十分だ。
校正値は頻繁に変更する物ではないので、ＥＥＰＲＯＭにＰＩＣライターで直接書き込む方式にした。３０日間に進む秒数を４バイトのlongintで書き込んでおく。進む場合は正の値、遅れる場合は負の値を書き込んでおく。

試作一号機はＡＣ１００ＶをＯＮ／ＯＦＦ出来るキッチンタイマーとして使用するなら特に問題点はないが、常時通電したままの２４時間プログラムタイマーとして使用するときには、精度、機能、操作性に問題がある。問題点は上に書いたとおりだが、忘れないうちにそれを修正した回路を作っておく。別の回路を作るついでにＯＬＩＭＥＸに注文しよう。

使用しているところ。往復式の感光ライトなので、折り返し点で止まって欲しいのだが、タイマーは指定した時間で停止する。ライトを改造して「ＸＸ往復したら停止」というほうが良かったような．．．