庭園灯の改造
 はじめに近くのホームセンターで庭園灯を見つけました。太陽電池でNi-cd電池2本を充電し、暗くなるとアンバー色のLEDが点灯します。 ほかに白色LEDのものもありましたが、どちらもmade in chinaで500円でした。スタンドが低すぎるのが気になりますが、マァこんなものでしょう？ さてどうしたものか、このまま庭に設置して使用するのも面白みがないし・・・・・・ そう言えば、LEDライトの付いている100円ライターを全色集めてあったことを思い出して、毎日点灯する色を変えてやればそれなりに楽しいかな？で、早速バラシテ回路をスケッチしPIC12F675で制御してみましょうという気になりました。PICを使うなら一定時間ごとに色を変えるとか、ネオンサインのように多色をチカチカさせるなどイロイロな手もありますが、それは庭園灯のポリシーに反します。 ひっそりとだれに認められなくても穏やかに佇み、一人静かに庭を照らすのが庭園灯というものです？！ 毎日点灯する色を変える程度に自己主張するのが庭園灯としての矜持（自負、またはプライド）なのです？！ （なにを世迷い言（よまよいごととは読まないヨ！よまいごとが正解！）を言っているのか、言ってるオジサンも世迷い人・・・？？？） （世迷い人なんて言葉はありませんヨ！） 改造するため基板を作成することにしました。自作のガラクタCNC基板製作機で基板を作ります。EAGLEでパターンを描き、NCVCでCNCの動きを確認しました。お約束の文字切りもしてみました。 |
 庭園灯 外観  庭園灯 追加基板パターン  庭園灯 追加の実装基板  庭園灯 拡散部品 |
バラシタ結果 庭園灯 回路図 上は改造後の回路図で、cdsとトランジスタ2個の回路がオリジナルです。右側のトランジスタのコレクタと＋電源間に電流制限抵抗なしでLEDが接続されていました。回路をスケッチしていて、どうもトランジスタの足の並びがおかしい？ この回路では動くわけがない？！ ベースが真中？絶対変だ、もしかしてFET？ ムシメガネでパッケージを覗くと“K・444”とかいてある。アーーー、やっぱりFETと納得したが、回路図ができあがって見ると、どう見てもJ-FETでこの回路がまともに動くわけがない。web上をウロウロしていたら、韓国製のトランジスタという話題にぶつかった。みるとベースが真中！！再度ムシメガネでパッケージを覗くと“C8050”と書いてある。ウーーン、そうですかァ。それでも“S8050”というトランジスタは見つけることができたが、“C8050”というのは？“C8050”の下にも“C”と刻印されているがこれはｈFEの分類でしょうか？ マァとりあえずLEDの替わりに抵抗を付けて、これをPICに入力すればイイはず。しかし、どう見てもアナログ動作、徐々に暗くなってゆくと電圧も徐々に低下していくことを考えると、このままPICに入力するにはシュミット入力の方が望ましい。しかしこれもまた、マァとりあえずこのままで・・・・・ 基板の製作庭園灯 追加基板パターン 庭園灯 パターンGコード 庭園灯 穴あけGコード EAGLEでパターンを書いて、Gコードを作成したほうが今後のためにもイイけれど、EAGLEのお勉強がメンドウなので、まずは方眼紙にパターンを書いてパターンと穴あけ用のGコードを手作り。NCVCでツールパスを確認してから、自作のガラクタCNC基板製作機でカッティング。パターンは最初Φ0.6mmのスチールカッターを使いましたが、途中で折れてしまったので止むを得ず、先端の径が1mm程度のテーパ状のスチールカッターに交換して仕上げました。一本３００円もしたのに・・・、深く切り過ぎたようで自業自得？ いったんゴミ箱に捨てたけれどゴミの中から拾い出して、後でどうにかしようット・・・・・・・ 外形は円を描くGコードをTime TripperサンのExcelのVBAで作成し、Z軸を下げながら数回 円を描くようにして丸く切り出してみました。左の写真のように、ガラクタのCNC基板製作機でもそれなりにできました。役に立たないGコードを公開しますが、左の写真でわかるようにLEDが円周上に並んでいるので、PICのプログラム次第でルーレットのようなおもちゃにできるでしょう、参考まで。 LEDの電流制限抵抗用のパターンは作成してありますが、電流制限抵抗は入っていません。Ni-cd電池2本（2.4V）のまま使用したからです。5Vとかで使う場合は、それなりの電流制限抵抗を入れてください。多分、水羊羹の容器だった半球状の透明なプラスチックカバーを取り付けて、イザ、庭に設置して夜を待つ！！！ アリャこれはダメだ？？？！ 当然といえば当然ですが、アンバー、赤LEDは2.4Vでもそれなりに明るいのですが、青、緑、白色LEDは順電圧が3Vのため暗い。それとLEDは点光源に近いため、光を拡散させないと庭園灯としての体面を汚す？！ 左の写真に示すように、元々LEDの光を拡散させる乳白色のプラスチック部品がついています。この部品の先端部には先端まで達した光を反射させるメッキ部品もついていて、乳白色のプラスチック部品全体から光が出るようになっています。すべてのLEDが同等な明るさになるように、また庭園灯の体面を汚さないように（？)光を拡散させる方法も考慮して、再度設計し直しすることにしました。 チョット fall into a slump、そこでお約束の文字切りをしてみました。文字切り用G-Code作成プログラムはvectorから“Cutting Ver1.20”をダウンロードして使用。web上にはイロイロな方法が公開されていますが、このプログラムは使用法がシンプルでオジサンの性格にはピッタリでした。新しいバージョンもあるようですが、この時点ではオジサンの方が円弧補間をサポートできていなかったので、古いバージョンを使いました。今現在（3/10)は円弧補間も可能ですがいつものように、マァこのままで。ただし、バグかナァ？起動時にメニュのNCオプション dot 1.000にチェックマークが入っていても、出力されるGコードには小数点がつきません。Gコード出力前に一度チェックをはずし再度チェックすれば小数点がつきますが、設定を記憶している意味がないと思います。それとスピンドルのON/OFFのGコード(M03、M05)が出力されない、Z軸座標が変更できない、全体の大きさが・・・などこのままのGコードではすぐに加工に使えないので、ExcelのVBAでこれらを追加したり、寸法を変更するマクロを組んで変換しています。さらにツールパスに無駄が多いようで、一筆書きできるツールパスの固まりでY軸の大きい順に加工するようなGコードになるため、文字列によっては左端の文字を加工した次は一番右に飛ぶといった無駄な動きになります。 NCVCでDFXにした後、このDFXからGコードに作り直してみたところ、すっきりしたツールパスになりました。とは言え、“Cutting Ver1.20”は大変ありがたいソフトで作者に感謝です、パンパン（弐礼弐拍壱礼)。 NCVCもそうですが、オジサンのような非力な人間（なにしろハシより重いものは持ったことがなく、金も力もない男なので？）にはこうしたソフトは本当にありがたい！！！本当に感謝です。 |
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| 再設計 再設計といっても、LEDを一箇所にまとめて取り付けるようにするだけで、回路は最初に示した通りです。ただし、どうせ基板を作るならｃｄｓとトランジスタ2個の部分も収めてしまうことにしました。ここではEAGLEを使ってパターン設計を行います。EAGLEの使用方法は 趣味の電子回路工作 EAGLEによるプリントパターン自動作成 を参考にしました。これからEAGLEを勉強したい人には、絶対お薦めのページです。右の写真は実際にEAGLEで作成したパターンをで、ここで問題になったのは韓国製トランジスタの足の並びです。EAGLEのライブラリの中に韓国製トランジスタの足の並びのTO-92がなく（ NKのページ Eagle+CNCによる基盤作成 早稲田大学宇宙航空研究会 電子回路基板の作成方法 を参考にしました。特に 早稲田大学宇宙航空研究会 電子回路基板の作成方法はオジサンがやりたかったことがそのまま公開されていて、この通りに実行して基板を作成することができました。このページに書かれているように Eagle用 回路パターンのG-Code作成ulp Eagle用 基板の穴あけGコード作成ulp もダウンロードし、自分のCNCに合うように修正します。ulpはテキストファイルですから自分にあったテキストエディタで修正しましょう｡また言語としては“C”に似た構造なので、“C”を使い慣れた人には容易に理解できそうです｡オジサンは“C”をあまり使ったことがありませんが、それでも意外と簡単に修正できました｡ 回路パターンのG-Code作成ulpは“inch”を“mm” に、また定数として定義されている値も自分のCNCに合うように修正しました。 穴あけGコード作成ulpは切削時のGコードも“G00”で“F”で速度の指定がされるため、nc_headerとnc_footerはそのままに、その他の部分は“G01”になるよう修正しました。“G00”に“F”指定をしても無意味と言うか、オジサンが勉強した範囲では“G0”はシステムの最高速度で位置決めすると理解しましたので、“G00”で“F”の指定はしないのではと思います。もちろん、システムの違いでそうなっているCNCもあるのかもわかりませんが。オジサンが知らないだけでしょうネ？ こうして出来上がったGコードの確認は前項にも書いたようにNCVCで行いました｡実際の基板は右の写真を見てください｡（オオーーッ！ピンボケだ！）穴明けはまだイイ方ですが、パターンは見るも無残というか・・・・ナサケナイ｡しかしですヨ、弓ノコとボール盤しか持っていないオジサンが例えガラクタといえど、CNC工作機械を自作しここまでやったのですから、小さな声で パターンはゴミ箱から拾い出したΦ0.6mmのスチールカッターを使いました｡もちろんチャックに取り付かないので考えた末に、シャープペンシルのコレットチャックを利用しました｡シャープペンシルのコレットチャックを取り出し、折れたΦ0.6mmのスチールカッターを入れ、内径１外径２のテフロンチューブをムリヤリかぶせました｡右の写真ではほとんど見えませんが、右側の先端にΦ0.6mmのスチールカッターの頭が出ています｡そう、切削深さを設定するのがムズカシイ！！！作成したGコードはここです｡ 庭園灯 パターンGコード 庭園灯 穴あけGコード やっと庭園灯に話が戻ります｡部品を実装した基板は右の写真です｡作ってからというか、光を拡散させる部品をオリジナルのまま使おうとして、LEDを重なるように配置したのですがこれは失敗でした｡さらに電流制限抵抗が入っていません｡最終的には入れたのですが、このときはNi-cd電池を３本使おうとしていました｡しかし、太陽電池の開放電圧が４V程度だったため逆流防止ダイオードの順電圧を考えるとNi-cd電池３本では充電が充分できず、これもまた失敗でした｡ 庭園灯 hexファイル とりあえずPICに書き込むHEXファイルはここです｡プログラムはトランジスタの出力がアナログ的なためADポートを使う、明るいときは充電するだけ、暗くなったらLEDを点灯するだけなので、スリープさせるなどイロイロ考えましたが、毎度のこと、マァこのままでというわけでGP3端子がLowになったらどれかのLEDを点灯させ、Highなら全LEDを消灯させるだけ、チャッタリング防止とか何もしていません｡GP3はTTLレベルの入力端子ですから、だんだん暗くなってスレッショルド電圧付近になると発振状態になるでしょうネ｡作る人はそれなりに対策を！！（だれも作らないか？！） さて、明るくLEDを点灯させ充電も十分（充分？ドッチダ？今辞書で調べたらどちらも同じだそうで・・・・）できるようにするにはどうするか？考えた末に、ダイソーの携帯用充電器を改造して昇圧させることにしました｡ 庭園灯 携帯充電器改造回路図 上の回路図中、上側がオリジナルの降圧回路で、下側がパターンカットとジャンパー線、抵抗を追加して改造した昇圧回路です｡効率がものすごく悪い｡回路定数を最適にしていないし、マァイイカ程度なので、あしからず｡2Vぐらいでも5Vが出てくるのがスゴイ、このIC実力あるナァ！ 写真は４７０Pのコンデンサーを１５００Pにして実験したときのもので、無負荷電流が大きく効率がさらに悪くなったので、最終的にはオリジナルの470Pにしてあります｡コイルの仕様がわからないし手持ちのコイルもないのでオリジナルのままです｡電流はどれだけ取り出せるか調べていません｡LEDを点灯する20mA程度は大丈夫、５Vは確保できます｡ さていよいよ、庭園灯の体面を汚さないように拡散部品だ｡お菓子の入っていた透明なプラスチック筒があったのでこれをLEDに被せることにしました｡ただ被せたのでは何にもならないので、プラスチック筒内側の先端に太陽熱湯沸し器の実験で使用したステンレスのシートを円錐形に丸めた反射板を取付けました｡LEDの周りには同シートを擂鉢状に丸めた反射板を取付け、LEDから横に出る光を上方に向くようにしてあります｡また、プラスチック筒の外側を得意のグルーガンで樹脂をベタベタ｡ブサイク？！なにを言います？これが正解です｡これで全体が光るように見えます｡庭園灯の体面を汚さない改造ができました｡  |
 庭園灯 基板パターン  庭園灯 基板穴あけ  庭園灯 作成した基板  CNC Φ0.6mmカッター  庭園灯 実装基板  庭園灯 自作拡散部品 |
 庭園灯 再度作成した基板  庭園灯 再度作成した実装基板 |
またまた再設計 庭園灯 再度作成した回路図 庭園灯 再度作成した基板回路図 庭園灯 再度作成した基板パターン 庭園灯 再度作成したパターンGコード 庭園灯 再度作成した穴あけGコード 庭園灯 再度作成したhexファイル ワイフの要望で約３０分ごとに色が変わるようにしました｡(４／２３) 「庭園灯の体面を汚さない改造ができました｡」と書きましたが、再度の改造です｡徒然なるままにに書いたように、ダイソーの携帯充電器を改造した昇圧回路が大食いで、充電がしっかりできないようだ｡それと、明るさを検知している回路の出力がアナログ的で、GP3はTTLレベルの入力端子ですから、だんだん暗くなってスレッショルド電圧付近になると発振状態(?)・・・もどうにかしたい｡さらに赤いLEDは庭園灯になじまない｡ というわけで、赤いLEDを止めて昇圧回路をLEDON時のみ動作させるようにして、少しは大食いを軽減させました｡それから昇圧回路の電解コンデンサは2つとも１μFにしました｡オリジナルでは４７μFと４７０μFでしたが、極端な言い方をすれば電解コンは不要(？）に近い｡充電するだけムダなので、１μFにしました｡これにより昇圧回路の入力電流が減少しました｡また、LEDは2msec周期のduty50%で点灯させます｡見た目には明るさの変化は感じない（ようだ？)｡明るさを検知している回路はエミッタに150Ωを入れてシュミットトリガー回路に、トランジスタは使い慣れた2SC1815にしました｡ところが2SC1815にしたら、オリジナルの15KΩではケッコウ明るい内にLEDが点灯したので、ｃｄｓと直列になっている抵抗を220KΩにしました｡もう少し大きい抵抗値のほうがイイかな？まだケッコウ明るいうちにLEDが点灯するので｡左の写真が今回再度作成した基板と実装基板です｡ （基板と実装がチョットチガウ？ 気のせいです？ 左の実装基板はテスト中のモノで、最終的には上の基板が正しい！） さて今回基板を作成するにあたって、基板の穴あけGコード作成ulpを修正しました｡これまでは穴をあけた後、基板をひっくり返して銅箔面を上にしてからパターンをカットしていました｡このためひっくり返した後の原点合わせがケッコウメンドウで、それならEagle用 回路パターンのG-Code作成ulpと同じくmirrored.ulpにしてしまえ！（Y座標に負号をつけるだけです｡もともとマイナス座標の場合はプラスに｡０はそのまま、当然ですが) そんなわけで銅箔面から穴をあけ、穴あけが終了して原点に戻ったら、基板をひっくり返さず刃物だけを交換してそのままパターンをカット｡ 原点合わせのメンドウさがなくなりました｡ |
| 纏め 500円のmaide in chinaと言えど、中々奥があるというか特に拡散部品はそれなりに考えているナァと感じました｡わかってみれば確かにその通りでも、先端にメッキの小さなボールが入っていたのは最初コレナニ？というところで｡ 家族の評判もよく、自作のガラクタCNC基板製作機で製作した最初の基板でもあるので、末永く顕彰しましょう！？ ウーーン、ワイフに「時間が経つと色が変わるの？｣と言われてしまった｡毎日点灯する色を変える程度に自己主張するのが庭園灯としての矜持だが、ワイフに言われたので転向するか？！プログラムを修正すればできることだし、意志薄弱・・・・・・？？？？ |
 ２台目の庭園灯 改造部  ２台目の庭園灯 追加基板  ２台目の庭園灯 LED |
２台目の改造 ２台目の庭園灯 回路図 ２台目の庭園灯 hexファイル 庭園灯をもうひとつと思い同じモノを購入しようとしたが、ホームセンターにない｡やむを得ずアイリスオーヤマ製９８０円を購入して改造しました｡ 型式はDSL−111W(13)というモノで、トランジスタ（韓国、または中国製)２ケの昇圧回路が付いています｡（上記回路を参照) 前回使用したダイソーの昇圧回路もそうですが、昇圧回路は動作をしている分には問題ありませんが、動作を停止するとコイルを通して電源電圧がそのまま出力されます｡前回は昇圧回路の電源を明るさでON/OFFしたので問題になりませんでしたが、今回はそうできないので、電源電圧以下で発光するLED（順電圧が２V程度のアンバー色LED)は明るくなって昇圧回路が動作を停止しても、電源電圧がそのまま出力されるため点灯しっ放しになります｡そこで、明るさでＬＥＤを駆動するトランジスタの動作を停止するようにしました｡ また、順電圧が電源電圧より低い場合は昇圧回路の負荷が重くなり過ぎて昇圧回路の動作を停止させてしまうため、たとえばアンバー色LEDを点灯させた後白色LEDに切り替えても昇圧回路が動作せず、切り替えた白色LEDが点灯しません｡そこでアンバー色LEDには２Vの定電圧ダイオードを直列に、緑色LEDは 前回の庭園灯もそうでしたが、結構明るいうちにLEDが点灯するのでＣdsと直列に接続されている１００KΩには１MΩの抵抗を追加しました｡１MΩでは大きすぎて動作するかどうか心配でしたが、正常に動作しました｡PICは前回と同様PIC12F675を使用、 オリジナルの基板は電池ケースの内側の突起を切り取り、この間に例の如くグルーガンで接着、追加の基板は左の写真のようにこれもまたグルーガンで接着しました｡LEDは白色のケースを左の写真のように穴をあけて覗くようにし、同じように可変抵抗器も穴を明けてケース外から調節できるようにしてあります｡前回の庭園灯より明るくケッコウイイ！！！ それにしてもアイリスオーヤマという会社は何を売り物にしている会社なのか、よく分からない｡ドックフード、キャットフードといっしょに庭園灯も売る・・・どうも変だ？？？ 今回も追加の基板は自作のCNC機で作成しましたが、Eagleで作成したNCコードのままでは、同じ場所を２度カットするという問題が生じてしまいます｡アッ、これってEagleが問題を発生させるわけじゃないからネ｡オジサンのＣＮＣ機との相性ですから、誤解のないように｡そこでNCVCでパターンのみ黒で、他はすべて白で表示するようにして白黒のBMPに、その後MSPAINTでパターンを修正します｡このBMPをWintopoでベクトルデータ（DXFファイル)に変更し、NCVCで再度NCコードに変換してみました｡これで同じ場所を２度カットする問題も解決しました｡ラスターデータ（BMPなど)をベクトルデータに変換するソフトはイロイロありますが、検討した結果Wintopoが最良でした｡設定など何も変更せずそのままでもよい結果が得られ、英語のソフトでフリー版はそれなりに制限もありますが、これがベストです｡Wintopoに関しては、検索してください｡たとえばhttp://lala.quu.cc/などで詳しく紹介されています｡ |