電源周波数監視用の基板はこれまで何度か作ってきました。
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しかし単にトランスにフォトカプラをつないだだけの簡単な手抜きハードウェアで、ゼロクロス点ではなく中途半端な電圧がスレッショルドになっていたために、電源波形の乱れに由来すると思われる誤計測があったりしていました。
で、今回はこれを改めてみることにしました。公開しているページはこっち。
ハードウェア
ハードウェアは以下の回路としました。
左側のINPUTにはこれまでも使っていた１００円ショップのニッケル水素充電器を単なるトランスとして接続します。ブリッジをまたぐ形で信号を入力して、3.3Vの半分の電圧を中心にスイングさせます。これを２回路入りのCMOSオペアンプを接続してコンパレータ動作させて、ATmega328のICPへ接続して周期を計測します。コンパレータの基準電圧としてR12/R13で中間点を作っていますが、CMOSオペアンプの残り１回路をつかって、この中間点をずらすことでヒステリシスコンパレータとしています。また、ADC0にも入力してやることで、電圧も計測できるようにしました。
ATmega328はArduinoとして動作させています。一応、ISPコネクタやUARTも接続できるようになっていますが、結局使用せずに、RaspberryPiからSPIで直接書き換えています。ATmegaで計測したデータはRaspberry Piのシリアル入力（ttyS0）へ接続しています。なお、ATmegaは５Ｖ系、Raspberry Piは3.3V系なので、ATmegaが出力する信号は抵抗で電圧分割しています。
今回はできるだけ嵩張らないように作りたかったので、Raspberry Piの拡張基板として基板を起こしてみました。
部品はATmega328のQFPが手に入らない状況だったので、DIPとして、セラミックコンデンサ以外は全てTHD品としました。抵抗は2012サイズがあれば手半田も容易なのでチップにしてもよかったのですが、1608しか手に入らないので、手持ちのTHD品にしています。
設計はKiCADのフットパターンライブラリだけで作ることができたので、回路図入力完了からパターン設計完了まで半日くらいできました。
基板は今回はJLCPCBさんに発注してみました。基板のレジストの色は青、基板厚さは1.2mmにしました。この内容でクーポンを使うとFedexで配送してもらっても両面基板10枚で$10程度で収まる上に、注文から１週間ちょっとで届いたので非常に素晴らしいです。できあがりもTHD中心の基板なので十分すぎる品質です。
これを組み立ててRaspberry Pi 3に取り付けるとこうなりました。
まあ、スカスカですねｗ。