電子工作１０７ – １個の押しボタンスイッチでUSB扇風機の回転速度を３段階に変えられる装置
Electronics Project 107 – One-Switch
3-Rotational Speed Controller for USB Fans
概要
Introduction
このプロジェクトでは、DC5Vで動作するUSB扇風機の回転速度を1個の押しボタンスイッチで3段階に変えられる装置を製作した。ハードの構成の外に、マイクロコントローラ１２F６２９の内蔵プログラムの作成にもいろいろ工夫が必要であった。
In this project, I made a device that can control the rotational speed of USB fan in three stages by using a push-button switch. That is, when the power of the device is turned on for the first time, the fan stands still. But by pressing Speed changing SW (SW connected to GP0) one after another, the fan rotates at three different speeds - the low, middle and high speeds while lighting up LED1, LED2 and LED3 for the respective speeds. After that, the pressing of the same SW stops the rotation of the fan. This speed changing routine with an single SW is repeated endlessly.
The program (SpeedCtlUSBitems2LEDs.bas)
written in PicBasic Pro (Basic compiler) shown below produces PWM signals for
the transistor 2SD2012 which controls the supply of DC5V current to USB fan.
回路図 Circuit Diagram
PIC12F629を中心に図のような構成に組み、プログラムを作成導入して動作するようになる。GP0につながるSpeed changing
SW (SW)を押すとH(5V)からL(0V)に変化し、このポートからプログラムに読み込まれる。GP5からの出力はトランジスタ2SD2012に送られ、USB扇風機を回すDC5Vの電流をON/OFFする役目をする。3つのPWM出力モードを使いトランジスタのON/OFFを制御して各モードに対応する。扇風機の電源（Power
SW）をONにすると、扇風機は停止したままで、Speed changing SW (SW)を押すと扇風機は最低速度で回転を始める。次にSWを押すと中速で、3回目に押すと高速で回転する。さらにSWを押すと、回転は停止する。以上の回転速度可変サイクルをSWを押す毎に繰り返す。
基板に組み立てた装置を蓋付のプラスチックケースに収めた。写真で、大小2つのUSBコネクタが見えるが、下がDC5Vの電源入力側、上が扇風機につながる出力側。中央部右手にトランジスタとVR2k (可変抵抗)が配置され、その下の黄色いボタンが入力SW。その左が12F629マイクロコントローラ、更に、その左手がリセットボタンである。黒いトランジスタの左手に3個の緑色LEDが見えるが、左から低速、中速、高速の位置で各々点灯する。この写真では現在「高速」の位置にあり、もう１回入力SW（黄色いボタン）を押すと、LEDは消灯して扇風機が停止する。なお、電源SW
（Power SW）は電源入力USBコネクタ（下）の左側に見える。
The device built into plastic box.
The upper and lower plugs are the Output and Input USB connectors,
respectively.The yellow colored button is Speed changing SW. Three LEDs, shown
in the upper-left hand, are LED1, LED2 and LED3 – left to right. The LED3 (high
speed) is lit now.
プラスチックケースに収める前の基板の表と裏
写真のような直径１４cm、DC5V ０．４AのUSB扇風機の回転速度を３段階に制御する。
実験中の様子 An experimental scene
結果とコメント Comments
1)
予想通り動作する。プログラムのロジックを考えつくまで１ヶ月ほどかかった。最低速モードで、起動を確実にするために一時的（１００ms）に回転速度を上げたりするところが難しかった。係数‘n’を使ったトリック上手くいった。後で分かるようにプログラムの流れを詳しく書き残した。
2)
今回は３段階に変えられるようにしたが、４、５段階と増やすには、PWM GPIO.5,xxx,100の数を増やしてやればよい。
3)
可変抵抗VR2Kの役割は釈然としないところが、中間位置の１K位でちゃんと動作するので、一応その位置で使うことにした。抵抗値の両端に近い部分への設定では正常に動作しない。
4)
USB扇風機に付けたコンデンサは必須で、無いと回転速度切替え入力スイッチは正常に動作しない。迷走する。
5)
しばらく振りで、ブログラムを作成した。いろんな関連事項を忘れてしまっていることが分かった。継続しないとダメ、実感した。
プログラム Program
扇風機の回転速度はPWM出力で制御する。プログラムはPicBasic Pro というBasic compilerで作成されている。PWM出力を簡単に作成できるコマンドがあるので、今回はそれを使う。PWM
GPIO.5, 235, 100などと書くとポートGPIO.5から235/255の割合の矩形波が出力される。235の値が小さければ小さいほど矩形波のL(0V) の部分が増え、流れる電流量は減り、扇風機の回転数は下がる。極端な話、この値が0/２５５ なら電流は流れない。反対に255/255に設定した場合、矩形波は全体がH(5V)になり流れる電流量は最大になり、扇風機の回転は高速になる。 プログラムの流れ： 初期設定を読み込んでから、Loopに入り、PWM
GPIO.5,0,100を読み込んで、PWM出力はL(0V)を保持する、すなわち、扇風機を回す出力はない。次いで、If InputSW=0 THEN GOTO
SpPWM50でInputSW(GPIO.0)からの入力を待つ、１（５V）―＞０（０V）に変わったらSpPWM50に飛ぶ、そうでなければ５ms待って（キー入力を確実にするため）、Loopに戻り、入力待を続ける。 一方、SpPWM50に飛んだ場合、 まずLED1を点灯させる。Loopの下にn＝０がが入れてあるのでn＝n＋１はn＝１となり、If
n=1 THEN GOSUB Startup で、サブルーチンStartupに飛ぶ。StartupではPWM GPIO.5,180,100とPause 100で、１８０/２５５のPWM出力をGPIO.5に１００ms間出して扇風機を回す。終了したら元に戻ってPWM
GPIO.5,120,100を実行する。ここでは１２０/２５５とPWM出力は低下して扇風機を回す。Startupを入れた理由は、最初から１２０/２５５出力では扇風機が起動しないことがあるので、一時的（1００ms）に出力を上げて起動を確実にするためである。 If
InputSW=0 THEN GOTO SpPWM75では入力キー待で、入力があればSpPWM75に飛ぶ、無ければn＝n＋１をn＝1＋１＝２にしてLoop1に戻り、n＝2＋１＝3になり、GPIO.5,120,100を保持し、入力キー待し、あれば SpPWM75へ飛ぶ。無ければnの数を増やして行って、n
var Byteで定義された最大数２５５を越す（実測約１min後）と、また、１か始まりStartupにアクセせするようで一瞬（１００ms）回転が増す。Loop1内では上記の動作を実測約１min毎に繰返すようで、扇風機の音を耳を澄ませて聞いていると一瞬音が変わるのが分かるが、気にならない。SpPWM75は回転速度の中速（１５０/２５５）を出力するルーチンで、動作中にキー入力があれば、SpPWM１００の高速（２５３/２５５）に飛び、動作中にキー入力があればLoopに戻って扇風機へのPWM出力はゼロになり、その回転は停止する。
'***********************************************
'SpeedCtlUSBitems2LEDs.bas 2019.4.20 Worked!
'Using
12F629 and PicBasic Pro V2.50A
'3
LEDs added as indicators
'***********************************************
'Pin
1: Vdd(5V)
'Pin
8: Vss(GND)
'Pin
7: GPIO.0 - Input
'Pin
6: GPIO.1 - Output to LED1
'Pin
5: GPIO.2 - Output to LED2
'Pin
4: GPIO.3 - Reset Input
'Pin
3: GPIO.4 - Output to LED3
'Pin
2: GPIO.5 - Tr Drive Output
'***********************************************
CMCON=7 'Comparator off
InputSW
var GPIO.0
TrDrive
var GPIO.5
TRISIO=%001001
LED1
var GPIO.1
LED2
var GPIO.2
LED3
var GPIO.4
n
var Byte 'up to 255
Loop:
LED1=0
LED2=0
LED3=0
n=0
PWM
GPIO.5,0,100 '0 means
the output to GPIO.5 is 0.
If
InputSW=0 THEN GOTO SpPWM50
PAUSE
5 'ms, for solving bouncing
problem
GOTO
Loop
Loop1:
SpPWM50:
HIGH
LED1
n=n+1
If
n=1 THEN GOSUB Startup
PWM
GPIO.5,120,100
'120 means the output to GPIO.5 is 120.
If
InputSW=0 THEN GOTO SpPWM75
PAUSE
5
n=n+1
GOTO
Loop1
Loop2:
SpPWM75:
LED1=0
HIGH
LED2
PWM
GPIO.5,150,100
If
InputSW=0 THEN GOTO SpPWM100
PAUSE
5
GOTO
Loop2
Loop3:
SpPWM100:
LED2=0
HIGH
LED3
PWM
GPIO.5,253,100
If
InputSW=0 THEN GOTO loop
PAUSE
5
GOTO
Loop3
Startup: 'a trick to produce an output of
180/255 to GPIO.5 for 100 ms for an easier start.
PWM
GPIO.5,180,100
PAUSE
100 '100 ms
RETURN
END
'*****End
of Program******
'Note:
'melabs
U2 Programmer's configurations for 12F629:
'Oscillator
- INTOSC, WDTE - Enable, PWRTE - Disable, MCLR - Reset, BODEN - Enable, CD -
Disable, CDP – Disabl
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