へのへのもへじ工作室
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消費電流を測定してみる(japaninoにチャレンジその17)
今回、trainoプロジェクトでarduinoを車載とする場合の電源供給はどうなるか、考えてみました。

その1:レールから十分な電力を供給する
レールに12Vを与えて、モーターも含めてすべてarduinoで制御するのが一般的でしょう。これであればarduino本体の消費電流はまったく問題ないでしょうし直接モーター制御も可能です。一番、拡張性がある設計になるでしょう。

その2:電池を搭載する
arduinoを車載電池で駆動する方法です。電池の選定にもよりますが、arduino等の回路はできるだけ低消費電力にすることが必要です。
このときは、モーターはレールからアナログ制御をするか、その1と同様12V給電をしてarduinoで制御するかどちらかでしょう。また、スペース、重量では不利になりますが充電電池を使う手もあるかもしれません。モーターまで電池で動かせば、まるでQトレインですね。

その3:常点灯パルスで電力を供給する
レールからTOMIXの常点灯パルス程度の電力を供給して走行状態と無関係にarduinoを動かしておき、モーター車の制御を並行してアナログで制御する方式です(アナログといってもPWMですけど)。これだとarduinoでモーターを制御することは難しいかもしれませんが、市販車両との互換性が一番高い方式かもしれません。また、arduinoに対しては直接赤外線で指令する方式のほかに、パワーパックからのパルスでDCCのように制御する方式が考えられます。昨日の通信実験はこれも目標にしたものでした。

その2、その3の方式をとるならば、arduinoの電流はなるべく抑えたいところ、特にその3では、短いパルス幅で電力を供給するため、瞬間的にはarduinoの10倍程度の電流が必要となります。このために、今日は、ポケットコントローラ(最小限のarduino回路)を使って消費電流を測定しました。
実測値は、電源5Vで13mAという結果でした。発振子16MHzですので、できれば8MHzまで落としたいところです(8MHzなら、この1/2~2/3位になるでしょう)。なお、電源電圧を3Vに落とすと16MHzでも6mAまで低減できますが、白色LEDがそのまま使えないなど、周辺回路の設計が難しくなるでしょう。


AUTHOR: にしおか
DATE: 03/10/2011 00:28:38
へのへのもへじさま

お世話になっております

AVRの消費電力ですが
http://www.avr.jp/user/DS/PDF/mega88A.pdf
ここの322ページあたりに328Pの消費電力が出ています

標準消費電流は5V16MHzで9.5mA
5V8MHzで5.5mA
3.3V8MHzですと3mA程度となっています

相対的に違いは大きいのですが、LEDの消費電流程度の違いでしかないともいえます。

正直言って、電気には疎く よく理解できていない面があるのですけど この違いって大きいのでしょうか
自作だけでしたらarduinoを8MHzにすることに問題は感じないんですけど、市販のarduinoを使用して信号機や踏切などストラクチャー制御を連携させようとした場合 信の互換性に問題が生じるかと懸念があります。
あまり消費電力の違いが動作に影響ないなら16MHzにしたいところですし大きく影響するなら市販品との互換性(正直いって この互換性への拘りもあんまり意味ないかもしれません)には目をつぶり8MHzでいきたいと思いますが、私はこの判断基準を持ち合わせていません。(正直言ってよく判んない)



余談
〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜
まだ実験前ですので何とも言えないのですが 車載型のarduinoにはレギュレーターの下流に100μの大容量を持つチップコンデンサーを使用するつもりでいます(充電されるまでの安定性が不安←これは実験してみます)
これもよく判っていなくて この容量で電力を遮断したあとどれだけCPUやLEDが安定的に動き続けられるでしょうか(体験的にはかなり長時間持ちそうな気がする)
〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜

今のところ1を念頭に置いていましたが、これでは無改造の車輌は走らせることが出来ません
2は一番現実的かもしれませんが、モーター車輌に12V電池が搭載できるのか、これもかなり高度な改造となりそうです。
3のDCC風制御ですが、これは、無改造品よりスピードを出せるようにするにはarduino搭載車のモーターを3V程度で動作する品に交換する改造が必要でしょうか

今までは1で行こうと思っていたのですが、このブログを読み どれを中心に考えるべきか迷ってしまいました^^;

長文失礼しました
今後もアドバイスよろしく御願いします


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コメント

朝の補足です。クロックは16MHz,余りピンハンダボールもしくはチップジャンパーでつなげられるようにしていただけないでしょうか。また、100μのチップコンデンサーを使用すれば、1A消費する回路を100マイクロ秒保持できます(1V低下と仮定)、20mAなら5mSは大丈夫でしょう。
[2011/03/10 12:47] URL | へのへのもへじ #79D/WHSg [ 編集 ]


へのへのもへじ様
なるほど、この消費電力の差は大きいのですか、、
それでは16MHzのArduinoとの赤外線通信時の問題はソフトでボーレットを変更するなどで解消するようにしてTrainoの基本周波数は8MHzにすることにしましょう。
クリスタルからの信号ですが、PB1か2から直接デジタル入力ピンに接続すればいいのでしょうか?
それでしたら基板作成上 PD5が都合が良いのですけど・・・
あと、100μFコンデンサーですが、この容量では頻繁なリセットなど問題が起きかねないか、もう少し容量を大きくすべきか、
ちょっと考えて見ましょう
[2011/03/10 20:52] URL | にしおか #79D/WHSg [ 編集 ]


Trainoの基本周波数は8MHzにしていただけるのでしたら、16MHz(arduinoボード)のときに特定のピンにスイッチをつければいいので、特に追加は不要です。
また、コンデンサの後に三端子レギュレータがあるのでリセットなどの問題はおきません。100μFでも十分すぎると思います。
[2011/03/10 23:02] URL | へのへのもへじ #79D/WHSg [ 編集 ]


では、8Mhzとしましょう
それで、いま8Mの発振子を物色していたのですけど 入手しやすそうなものはみんな大きいですね〜
こりゃ基板設計に大きな変更が必要かもです
内部の発振でもいいかと思いますが、温度変化によるズレがけっこう大きいんです
これって使ったら通信に影響しますよね
大きさ的には あの16Mの発振子を使いたいところですが、これで周分で8Mhzにしても意味がないんでしょうか?
[2011/03/11 00:29] URL | にしおか #79D/WHSg [ 編集 ]


あ、周分じゃなくって分周ですかね
[2011/03/11 00:40] URL | にしおか #79D/WHSg [ 編集 ]


う〜ん、確かに部品は16Mの小型水晶にしたいですね。。。8Mは小型セラミックの通販になりますね、ちょっと高いけど精度が通信で問題を起こすことは心配しなくてもいいと思います。今回どちらで進めるかはお任せします。
[2011/03/11 07:33] URL | へのへのもへじ #79D/WHSg [ 編集 ]


8Mhzだったら内部クロックを使いたいところですが、内部クロックは10%の誤差だそうです。
実際にこれだけの誤差があるかはわかりませんが、これを使って安定的な通信ができるか、モーターが同期できるのか心配ですね。
ただ、japaninoも実は内部クロックで動いているとの話もあり、これで 通信ができちゃってるんで杞憂のような気もします。
とりあえず、あの小さな発振子の乗るランドだけは準備しておいて内部発振にしてみますか?
[2011/03/11 13:14] URL | にしおか #79D/WHSg [ 編集 ]


せっかく外部にクリスタルがあるのに、予定外に「japaninoも実は内部クロックで動いている」との噂ですよね。
うちのjapaninoは、16MHzクリスタルのものと上手く通信できているのですが、運がいいだけと考えた方がいいかと思っています。
「小さな発振子の乗るランド」はぜひお願いしたいところですが、余裕ができてから「内部発振で低消費電力を徹底+周波数をプログラムで微調整してEEPROMに保存」にチャレンジしたいと思います。
[2011/03/12 01:25] URL | へのへのもへじ #79D/WHSg [ 編集 ]


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