データロガー

設計情報

試作・拡張版

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ユニバーサル基板で作った試作。単体で動作が確認出来る用にI2Cで動作するLCDをつけた。 全体の重量で大きなウェイトを占めるのが電池であるので、コイン電池を検討するためにコイン電池フォルダも取りつけたが、高速サンプリングさせるとどうしても電流が流れるためにコイン電池の最大負荷を満たせず採用不可となってしまい、リチウムイオンポリマーとLDOに変更する事になった。

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リチウムイオンポリマー電池の公称電圧は3.7Vであり、そのままでは使用できないためLDOで3.0Vを作る。内部の降下電圧0.3V以下というLDOを採用し、DCDCを使用しなくてもよいようにした。取り出せる電流は50mA以下。

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採用したリチウムイオンポリマー。非常に小型ながら40mAhの容量。10mA流しても4時間程度動作する。

回路図

RoketLogger102.png

基板設計

Fcu.jpg
BCu.jpg

  • 参考データ。正式なものはCADデータで。

部材

番号定数備考備考個数入手先等
 3.7V/40mAhリチウムイオンポリマー各社1SFhttps://www.sparkfun.com/products/11316
C1,C30.1uF/16V1608サイズ・チップセラコン各社同等品2各社
C2,C410uF/6.3V1608サイズ・チップセラコン各社同等品2各社
D1LED2012サイズ・チップLED高輝度L-C170SRCT等1秋月http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06494/
IC1ATMEGA328P-MTQFP32 マイコンATMEGA328P-AU1秋月http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04386/
P1CONN_6X212pinコネクタ丸ピンICソケットシングル1秋月http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01591/
R1,R310k1608サイズ チップ抵抗各社同等品2各社
R21001608サイズ チップ抵抗各社同等品1各社
R41k1608サイズ チップ抵抗各社同等品1各社
R5,R62.2K1608サイズ チップ抵抗各社同等品2各社
S1ALPS_SKRKAEE010超小型SMD タクトSWALPS SKRKAEE0101RShttp://jp.rs-online.com/web/p/push-button-switches/0194714/
S2CHS-04AハーフピッチDIP SW リードタイプ 4bitコーパル CHS-04A1chip1stophttps://www.chip1stop.com/dispDetail.do?partId=COPA-0001740
U1LP2980-N-3.0LDOTI LP2980AIM5-3.0 SOT-23-51DKhttp://www.digikey.jp/product-detail/ja/LP2980AIM5-3.0%2FNOPB/LP2980AIM5-3.0%2FNOPBCT-ND/364517
U2LSM303DLHC_SMLSM303DLHC加速度・地磁気センサモジュールDIP101SLhttp://strawberry-linux.com/catalog/items?code=12114
U3LPS331AP_SMLPS331AP 気圧センサモジュールDIP101SLhttps://strawberry-linux.com/catalog/items?code=12113
U4M24M02-DR2Mbit EEPROMSO8 150mil1DKhttp://www.digikey.jp/product-detail/ja/M24M02-DRMN6TP/497-11600-1-ND/2747126
  • 参考データ。正式なものはExcel

プログラム書き込み・通信・充電用JIG

小型化のため、UARTシリアル変換機能、プログラム書き込み用ヘッダ、リチウムイオンポリマー充電回路は搭載していない。そのため取り外し出来る小型基板を作成し、容易に接続出来るようにする。

回路図

JIG.png

ユニバーサル基板に実装

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  • UART-シリアル変換はSparkfunの変換アダプタを使用する
  • プログラム書き込みヘッダはAVR標準のピン配置である
  • リチウムイオンポリマー電池の充電は、電池端子に直結した場合は、本体のPWR-SWをOFFにした状態で専用充電器に繋いで行う。充電器を経由せずに直結は厳禁。

作成した基板

pcb1.jpg

  • JETPCBに発注。月曜日にデータ提出、水曜日には出荷されていたが、配送がDHLという土日は配送しない業者なので次の月曜日に到着。
  • 費用は関税込で16500円程で27枚。一枚610円。でも50枚作っても1000円違うだけ。
  • 噂に違わず非常に品質は良さそう。

部品の実装

シルクに部品番号と

pcb3.jpg

  • こちらが部品(表)面。まだセンサとI/Fコネクタは取りつけていない
  1. IC1(ATmega328P)を半田付け。向きに注意して下さい。シルクに○があります。
  2. R4のシルク抵抗 1kΩ(102)を半田付け
  3. STAT LEDのシルク(LED)を半田付け。抵抗に近い方のパッドがアノード(+)です。向きに注意して下さい。
  4. RST(押しボタンSW)は半田面が終わってから最後に半田付けしました。

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  • こちらが半田(裏)面
  1. C1,C3のシルク 0.1uFのセラコンを半田付け
  2. C2,C4のシルク 10uFのセラコンを半田付け
  3. R2のシルク 100Ω(101)の抵抗を半田付け
  4. R1,R3のシルク 10kΩ(103)の抵抗を半田付け
  5. R5,R6のシルク 2.2kΩ(222)の抵抗を半田付け
  6. U1 LDOを半田付け。向きに注意して下さい
  7. U4 EEPROMを半田付け。向きに注意して下さい。シルクに印があります
  8. S2のDIP SWを取りつけます。幅が狭くてパッドに余裕が無いので注意して取り付けて下さい。

最後にI/F用のヘッダピンソケットを半田付けします。これは書き込みやシリアルコンソールに使う治具に合わせて変えて下さい。私の場合は丸ピンヘッダを半田面から差し込めるように取りつけました。

プログラムの書き込み

pcb4.jpg

  1. 高価なセンサモジュールを取り付ける前に、作成した治具を使ってプログラムを書き込みます。センサモジュールが無くても起動はします。プログラムを書き込んだらヒューズビットのDIV8のチェックを外して8MHzで動作するようにするのを忘れないでください*1
  2. まだ電池も取りつけていないので治具の充電(電源)端子から電力を供給します。LDOを搭載しているで3.5V~6.0V程度の電圧で動作しますが、絶対に極性を間違えないでください。一瞬でも部品が破壊される恐れがあります
  3. DIPSWのPWRシルクをONにして電源を入れます。
  4. 書き込みソフトでCPU IDと電圧が見られる場合はIDが読める事と電圧が3.0Vである事を確認して下さい。読めない、異常な電圧の場合は直ちに取り外して部品、半田付けを確認して下さい。
  5. プログラムの書き込みに成功したら、電源を切り、DIPSWをMODE2→ON,MODE1→OFF,MODE→ONとします。
  6. 接続治具にUART変換ボードを接続してPCと接続します。PCで端末ソフト(Teraterm)を起動して、通信速度は38400bpsとします。
  7. 電源を投入してシリアルコンソールに起動メッセージが出ることを確認します。
  8. 詳しい操作方法はデータロガー/操作方法にあります。センサから値を読み出す事以外は試す事が出来ます。正常に動作出来ている事が十分確認出来たらセンサモジュールを取りつけます。

センサーモジュールの組み込み

pcb5.jpg

  • センサモジュールを取りつけます。シルク通りに向きと場所に注意して下さい。
  • 穴の位置と向きを合わせて、錫メッキ線等で接続します。
  • 取り付け空間に余裕があればピンヘッダで取り外し出来るようにしても良いです*2
  • 気圧センサは太陽光に非常に敏感に反応するため、ピッチ変換基板をポリイミドテープで絶縁してカバーにして上にかぶせています。この点は各自工夫して下さい。室内で測定したり、遮光される環境で使用する場合は必要ありません。
  • センサを取り付けたらシリアルコンソールのオフラインテバッガから値を読み出す事が出来るはずですのでar(加速度/地磁気)、pr(気圧計)のコマンドを使って値が読み出せている事を確認して下さい

バッテリの取り付け

pcb7.jpg

  • 直接バッテリを取り付けるのは、まだ気がひけたのでコネクタを作ってI/Fの電池部分に半田付けしています。

ロケットのノーズコーンに入るか?

pcb6.jpg

  • なんとか入った。
  • コネクタ使わなければ余裕で入りそう
  • 重さは8gと設計の10g以内に収まった

*1 書き込みファイルに含める方法があるらしいので、この点は改善します
*2 ただし地磁気センサのZ軸の感度が変動するため較正が必要になるかもしれない。現状は密着の前提

添付ファイル: fileRocketLoggerV01R30.zip 985件 [詳細] fileRocketLoggerV01R29.zip 938件 [詳細] filepcb7.jpg 1142件 [詳細] filepcb6.jpg 1091件 [詳細] filepcb5.jpg 1131件 [詳細] filepcb4.jpg 1097件 [詳細] filepcb3.jpg 1083件 [詳細] filepcb2.jpg 1112件 [詳細] filepcb1.jpg 1114件 [詳細] fileP1030073.jpg 1101件 [詳細] fileJIG.png 1077件 [詳細] fileFcu.jpg 1141件 [詳細] fileBCu.jpg 1114件 [詳細] fileRoketLogger102.png 1185件 [詳細] fileP1030072.jpg 1158件 [詳細] fileP1030070.jpg 1139件 [詳細] fileP1030068.jpg 1112件 [詳細]

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Last-modified: 2013-08-22 (木) 22:22:44 (1643d)