2019年11月24日日曜日

リモートON/OFFコンセントつくり その2 完成

 
サイクロン集塵機につながっている掃除機が離れたところにあるため、リモートから掃除機の電源をON/OFFしてやろうという取り組み。
さらにせっかくなので無線で制御できるようにする&掃除機以外もコントロールできるようにするという取り組みの続きです。
本機の構成はやや無駄とも思われる2階建て、正確には4階建てのラインです。
4階建てとは、まずデコーダICからの信号を受けてリレーをONするためのトランジスタが一階、そしてリレーが二階、ここまでが受信基板(写真右下の基板)に乗っています。で、このリレーのコモンには5Vが入っていて、リレーがONすると秋月SSR基板のフォトトライアックがONします。これが3階。で最終的にフォトトライアックにトリガされた終段(4階)のトライアック(放熱板にねじ止めしたやつ)がONしてコンセントが通電されます。ごつい構成です(笑

では行きます。先週ここまででした。


今週はこの4ch分のトライアックへの配線からです。
我が家は全体でも50A契約なので、この4chに20A流すことなんてありえないのですが、念のため放熱板つけます。何もないとトライアックさんがちんちんになります。


配線も太めのものを使います。今回の作製テーマはごつくですので当然であります。


ゲートはトリガが入るだけですので細くてもよいです。黄色い線ね。


Y端子つけて端子台へ接続していきます。


単純な回路だし、と思っていたのですが、4chあるとさすがに線の数が増えます。
ということで、2chずつ配線していくことに。


使用している秋月の20A SSRキットにはフォトトライアックとバリスタが乗っています。
この基板トライアックへの信号線を引き出して接続します。信号線には負荷に流れる電流は来ませんので細い線で十分です。


同じようにして4ch分を配線します。それなりにごちゃごちゃしてきたな。


ここまで全景。思った良りでかくなりました。まあごつさを追求しているのでやむなしです。


トリガを入れるフォトトライアックへの配線を行います。まずGND側。


信号側の前に、線が太くて引き回しが大変な 100V ラインを配線していきます。


ちなみに、トライアックによるスイッチングは片側だけです。いわゆる安全な両切りではありません。もちろん上流下流の両側にトライアックを入れれば形の上では両切りになります。 が、トライアックという素子は漏れ電流が大きいので両切りする意味はあんまりありません。容量の大きなトライアックを使うと、素子がOFFの状態でも、負荷のインピーダンスによっては電源端子に100Vかかってるように見える場合があります。テスタで調べてびっくりするんですが、実質的には漏れ電流は小さいのでほとんど問題ありません。


100Vラインの配線が終わりました。


最後の仕上げは受信基板から秋月SSR基板への(2階から3階への)トリガ信号のラインです。この線は4ch別々にやって来るので4本をそれぞれ対応するリレーのノーマリーOFF接点に配線する必要があります。


配線を終了しました。これで親機?母艦?電源側?の作業は終了です。


予定通りごつい外観になりました。満足であります。


テストしてみましょう。
送信側はこれからの作製ですので、むき出しの基板のままですが、動作確認はできるはずです。


問題ないようです。動かしているのは二台目の小型掃除機ですが、きちんとonn/offできています。成功です。

ということで、気をよくして送信側の作業にかかります。
上の動画で使っているキーチェーンサイズの基板をちゃんとした箱に入れて、単四電池駆動に変更します。今のままでは小さすぎて無くしそうです。それに23A電池は入手性が良くありませんし、高価です。

まずは外装を決めます。ストックしているタカチのプラケースをいくつか持ってきて検討です。


ポイントはこの小さな送信基板に12Vを供給する必要があるというところです。006Pでも足りない電圧です。
ということで、たくさんストックしている昇圧モジュールを使って12Vを作ることにします。元となる電池電圧はできるだけ高いほうが良いので、単四3本を直列で使うことにします。こんな感じにレイアウトするかな。


余談ですが、ここで使っている昇圧モジュールマジで便利です。私がAliexpressから定期的に購入しているモジュールの一つ。
こちら。5個で$1.66。一つ40円くらいですよ。これで最低2Vを最大28Vまで引っ張り上げてくれて、2A取れます。持ってて損はないモジュールです。おすすめ。


AliExpress.com Product - 5pcs/lot MT3608 2A Max DC-DC Step Up Power Module Booster Power Module For Arduino

さて、スイッチに何を使い、どのようにレイアウトと配線を行うかも考えておく必要があります。
例えばこれとかがスイッチとしてはかっこいいのですが、背が高いので使いにくいように思われます。


タクトスイッチはボタンの大きなものを何種類か持っているので、出してきて考えます。
その結果、下の写真の中央にあるタクトスイッチを使うことにしました。
クリックが比較的重いため押した感がしっかりとあります。100Vの制御ですからある程度手ごたえがあるスイッチで良いと考えました。


このスイッチはボディが3mmの厚さ、さらにボタンが1mmくらい飛び出しています。
飛び出しはできるだけ少なくしたいので、筐体の表面にCNCルータでピットを掘ってそこにスイッチをはめ込む構造にすることを考えました。使用するケースはいずれも肉厚が3mmもありますので少々彫り込んでも大丈夫です。また彫り込むことによってスイッチ端子への配線もやりやすくなります。
ここまで考えて、ケースは一番薄いTW7-2-11(70x20x105mm)を使うことにしました。

ということで、fusion360でサクッとモデル作ります。必要なのはスイッチ回りの構造だけですので、3mmの仮想の平板にデザインします。


これにCAM設定してGコード作ります。


ケースセットします。


刃物は1.3mmのフラットエンドミル。


ABSはさくさく削れます。実に気持ちいいです。


動画で。


ケースを固定する際に縦横をきちんと出しておけば実に正確に加工をしてくれます。


出来ました。15分かからないくらい。


裏側。薄皮一枚残っています。


鉛筆で引いた位置出し線を消して、


薄皮落とします。


実に美しく完成。


スイッチ嵌めてみます。上下左右に0.2mmのマージンを取っています。リード線部分はきつめにしていますので、実に良い感じで納まりました。接着が必要かなと思ってましたが、はめ込むだけで抜けそうな感じは全くありません。大丈夫でしょう。


4つとも入れます。気持ちがいい。手でドリル穴加工するとこうはいきません。どんなに位置出しに気を付けても若干はずれるものです。


裏側。掘り込みは1.5mmで、肉厚が半分になった計算です。これでスイッチの脚が1mmくらい穴から飛び出しますのでこのままはんだ付け出来そうです。


さて、ここで少々気にしていたことを確認することにします。
気にしていたことというのは、上で称賛したこの昇圧モジュールの待機電力です。
この待機電力が大きいと電池の減りが早くなります。
確認してみましょう。


まず開放で12Vになるように基板のポテンショ回して調整します。


で、送信モジュールの基板繋いで待機電流を見てみると....
あらら、1mAも流れています。
単四電池の容量なんていいとこ1000mAhくらいでしょうから、二か月持たないですね。これはまずいです。


ちなみに送信しているときは100mA流れます。まあこれはそんなもんでしょう。送信なんて一瞬なので大きな問題ではないです。
ちなみに、送信モジュール基板はスイッチを押すことによって通電する回路設計になっていますので、待機時は電流はゼロです。


ということで、仕方なく電源スイッチをつけることにしました。
ボックスかスライドスイッチをつけたかったのですが、適当なサイズの持ち合わせがありません。やむなくトグルスイッチを使います。飛び出しがでかいので全く使いたくないんですがしゃーないです。


ケースを薄いものにしましたのでこのサイズでも入れるのに工夫が必要です。


加工自体は6mmφのドリル一発ですので簡単ではあるのですが、うーん、なんとも間抜けな外観になってしまいました。まあ、電池の無駄遣いをするよりはいいかな。


気を取り直して、送信モジュールの加工をしていきます。実装されている小型のタクトスイッチを外してリード線を引き出し、外装に取り付けたスイッチへ配線します。


スイッチ4つを外しました。一部パターン剥がれが発生してしまいました。


なんとかリード線を引き出しましたが、スイッチが一つしか反応しません。パターンを切ってしまったようです。
やむなく虫眼鏡で見ながらパターンを追います。スイッチ端子の動作については上記した通りで、考え方はわかっていますから適切な別のパターンから枝線を惹いてくれば良いのです。


接続ポイントはすぐに見つかりましたので再配線を行いました。
改めて、筐体スイッチへの接続を行います。


基板はスポンジ両面テープでケース底板に貼りつけ。


電源スイッチへの配線を行えばハンダ作業は終了。


ケースを組んでねじ止めします。


薄くすっきり作れたのはいいのですが、やはり電源のトグルスイッチが残念です。
二回路のタクトスイッチがあれば解決なんですが、そんなの見たこともないです。


やや不満もありますが、とりあえず完成とします。
早速母艦持ってきて動作確認をしてみましょう。


ばっちりであります。
本来目的から言うとここはサイクロン集塵機をつないで動作確認をするべきところですが、テストしてみたら一発で4Aのヒューズが切れました(笑
掃除機って結構電力要るんですね。

.....ちょいと調べたら1kW以上でした(笑
ヒューズ買ってこないといけないな。