電子工作112 – PICのコンパレータを使う点滅式LED防犯ライト
Electronics Project 112 – PIC-Comparator
Based Flashing LED Warning Light
概要
Introduction
点滅式LEDを使って、暗くなったら自動的に点灯し、窓の外から点滅が見えるように設置して防犯に役立つような簡単な装置を製作した。今回は１２F629に内蔵されているコンパレータを使う。すなわち。３Vの電源電圧をもとに設定したコンパレータ電圧と、外部の明るさに対応する電圧を比較させ、点滅式LEDを点灯させるかどうかを決めさせようとするものである。
A
simple flashing-LED warning device set behind window for its use was made using
the comparator of 12F629. That is, a comparator voltage that is set up by
selecting various related parameters is compared with a voltage generated from
the surrounding light intensity through a CdS sensor. The result decides the
turning ON or OFF of the flashing LED.
回路図 Circuit Diagram
下図のように回路は簡単で、12F629には比較するアナログ入力ピン（GP1）と内部からの比較結果デジタル出力ピン（GP2）が備わっている。入力の感度はVR=50Kで調整できる。プログラムで設定した内部標準電圧と入力電圧が比較されて出力ピンにH（３V）またはL（０V）の信号が出る。GP3を１０Kの抵抗を介してHにしておかないと（Reset）装置が暗くなっても起動しない問題が起きる。この回路では、LED点滅時、非点滅時を問わず約０．３ｍAの電流を消費する。アルカリ単三電池（２０００ｍAh）２本で６−７ヶ月持つはず。
The
following circuit diagram was formed through experiment. The flashing LED was
used because its power consumption was nearly one third of that of a
conventional LED. GP3 needs to be pulled up via 10K to Vdd (3V) for Reset,
which ensures the startup of the device. The device consumed approximately
0.3mA regardless of the flashing LED being ON or OFF. Two AA alkaline batteries
(2000mAh) should easily last more than 6 months.
ブレッドボードでの実験
Experiment of the
device on breadboard
完成した装置
Completed device
プログラム Program
１２F629の中にはコンパレーラが１個入っている。入力電圧CIN-
(GP1) を、プログラムで設定できる内部標準電圧CVref
と比較して、高いか、低いかによって、COUT
(GP2) に、High（LED ON）またはLow （LED
OFF） の信号を出すことができる。したがって、入力電圧のレベル検知に利用できる。今回は、「おもしろいPICマイコンPIC
12F675を使いこなす」中尾真治 著 株式会社オーム社 平成16年発行 2ー7 コンパレータ p122-136を参考にささせて貰った。
作成したプログラムは数行の簡単なものであるが、CMCONとVRCONレジスタという２つの設定が結構複雑で難しい。先ず、GPIO.1とGPIO.2をそれぞれ、Light入力と、コンパレータ出力のCOUTに割り当てる。 TRISIOはbit1（GPIO.1）を入力、他はすべて出力に設定する。CMCONのbit2-bit0の設定011は “CIN- ピンとコンパレータ基準電圧
CVref を比較し、コンパレータ出力結果COUTをGP2から出す” ということを意味し、bit4
の0 でコンパレータからの出力の反転はない。 一方、VRCONレジスタはコンパレータ基準電圧を設定するもので、今回の設定したVRCON=%10100111の場合は、コンパレータリファレンスの電源をON、VRRは1、VR0-3ビットは0111なので、基準出力電圧=((VR0-3の内容)/24)xVdd で表され、CVref=((b111=d7)/24)x3V=(7/24)x3=0.875V(標準電圧)と計算できる。実際にCdSを覆ってGP1(ピン6)の電圧が0.87V近辺に上昇するとLEDが点滅を始める。暗くなってくるとCdS分圧回路からGP1に入る電圧は上がる。そして0.875V位に達するとLEDが点灯する。下の３行のプログラムと上記の回路図の組み合わせで、暗くなったら点滅LEDが動き出す。
'******************
Programming Info********************
'Comparator629.pbp 2020.2.12 worked OK!
'When
the light intensity exceeds a set value (about 0.87V),
'
(adjustable by VR), LED turns OFF from its ON-state.
‘PicBasic
Pro 3.1, 12F629 used
'***************
Program ***************
TRISIO=%000010 'GP1=Light-voltage INPUT;
GP2=Comparator OUTPUT
CMCON=%00000011
'GP1/CN-pin=light input; GP2/COUT=Comp.output
'bit4=0 means Comp.output not reversed.
VRCON=%10100111 'Low
voltage; VR3:VR0=0111 (7 in 15; CVref=0.875V)
End
‘******************
End of Program ********************
'Note:
'Melabs U2 Programmer's
configuration:
'FOSC - INTOSC(GP4:I/O); WDTE -
Enable; PWRTE - Disable
'MCLR - Used (MCLR-resistor-+Vdd
connection but no SW for GND);
'BODEN - Enable; CD - Disable; CDP
- Disable.
'***********************************************************
コンパレータをON/OFFしてLEDの点灯モードを変える試み （２０２０．２．１６）
上記の回路では、暗くなると点滅LEDが同じ間隔で点滅を続ける。単調過ぎるので、スイッチを１２F629（GP5）に付けて、単純点滅（H）とON３秒間とOFF３秒間の繰り返し点滅（L）の２つのモードを選択出来るようにした。下に回路図を示す。アイデアは良かったが、この回路の消費電流がLEDの点滅状態で、０．７５ｍA、 非点滅状態で１．１ｍAに達することが分かった。電池は２ヶ月位しか持たない計算になる。
By adding an external switch to
GP5 of the above-mentioned circuit, it becomes possible to select either the
simple flashing mode or the 3-seconds flashing + 3 seconds-no flashing period
mode for the flashing LED.
However, it was found that this circuit consumed more current (about 0.7-1mA) or three times more compared with the above-mentioned circuit (0.3mA). Two AA alkaline batteries will last approximately two months.
LEDの点滅モードを変えられるようにした装置
Modified
device with two LED-flashing modes
ブレッドボードでの実験
Experiment of the device on breadboard
プログラム
Program
前のプログラム（Comparator629.pbp）に改良を加え、GP5からの入力を受け付けるようにした。SelectSW に GPIO.5を割り当てる。このSWからの入力がH（３V）かL(0V)かを読み込んで、もし、入力がH（１）ならLEDが単純に点滅を繰り返し、L（０）なら単純点滅が約３秒続き、次いで約３秒間その点滅が停止するパターンを繰り返す。プログラム中でCMCONレジスタの内容を変えられるということを習得出来たのは収穫。CMCON=%00000011はコンパレータ使う際の設定だが、CMCON=%00000111―＞CMCON＝７とするとコンパレータの電源がOFFになり、その機能を停止する。そして、１２F629のGP０とGP１はデジタI/Oモードとなる。プログラムの下から４行目にCMCON=7を入れてコンパレータを３秒間停止させ（点滅なし）、ループで元に戻ってCMCON=%00000011で機能を回復させ（点滅開始）、３秒間点滅を続けさせる、という繰り返しをさせている。
'****************** Programming Info********************
'Program Name: Comparator629mod1.pbp 2020.2.11 worked OK!
'PicBasic Pro v 3.1 and 12F629 used
'Focused in the use of the Pic's comparator
'Self-flashing LED used
'LED's flashing has two modes or simple flashing (H) and intermittent (L).
'*************** Program ***************
SelectSW var GPIO.5 'LED flashing-mode Select SW
TRISIO=%101010 'INPUT; GP1=Light-voltage, GP3=Input pin,
'GP5=Mode select, Input., GP2=Comparator output
VRCON=%10100111 'Low voltage; VR3:VR0=%0111 (=d7)
RepeatA:
IF SelectSW=1 Then
CMCON=%00000011
Goto RepeatA
Else
Endif
CMCON=%00000011 'GP1/CN-pin=light input; GP2/COUT=Comp.output
'bit4=0 means Comp.output not reversed.
Pause 3000 '3sec
CMCON=7 'stop comparator's function (=CMCON=%00000111)
Pause 3000 '3sec
Goto RepeatA
End
'Note:
'Melabs U2 Programmer's configuration:
'FOSC – INTOSC (GP4:I/O); WDTE - Enable; PWRTE - Disable
'MCLR - Input pin, (so no MCLR-resistor-+Vdd connection
'required!! ); BODEN - Enable; CD - Disable; CDP - Disable.
コメント Comment
１） 電源DC3Vで、抵抗４．７Kを介して点滅LEDをつなげてみると消費電流は０．０４ｍA、一方通常の赤色LEDの消費電流は０．３３ｍA位であることが分かった。電流消費の低い点滅LEDが電池駆動の場合断然有利である。この点滅LEDの電流消費に１２F629で消費される電流が加わったものが各装置の電流消費になる。
２） １２F629のコンパレータが一応利用できたのが、それにしても難しい。
３） CMCONレジスタだけでなく、基準電圧などが変えられるVRCONレジスタなどをいじくればいろんな事ができそうである。
４） Flashing LED, which is connected to DC3V via a 4.7K resistor,
consumes 0.04mA, while a conventional LED (red) consumes approximately 0.3mA. A
big difference!
５） It was a new experience for me to set up and partly manipulate the
comparator of 12F629 or turning OFF and ON it in the flow of the program
(Comparator629mod1.pbp).
CdS分圧回路の代りに太陽電池を明暗入力センサーとして使ってみる （２０２０．３．２５）
装置駆動用の電池の電流消費を減らす目的で、自分で発電する３Vと６V出力の小さい太陽電池を使ってみることにした。１２F629のコンパレータに入力するので電圧だけが問題で、電流の大きさは極小でかまわない。コンパレータの標準電圧は０．８７V程なので、太陽電池の電圧は２−３V以上あれば十分と思われる。６Vの太陽電池も安く入手できたの使ってみた。出力電圧が高い場合は、真っ暗にならないと標準電圧まで下がらない可能性があるが、その場合は電池の一部を黒い紙などで覆って電圧を下げればよい。実際、CdS分圧回路を使った場合に比べ、この回路では、７色LED点滅時（夜間）の電流消費は０．２５ｍA位で、非点滅時（昼間）のそれは０．１７ｍAと減少した。昼夜平均して０．２ｍA消費するとして計算すると、アルカリ単三電池（２０００ｍAh）２本では、２０００ｍAh/0.2mA=10000ｈｒｓ、１００００ｈｒｓ/２４ｈｒｓ＝４１７daysと１年以上持つはず。
Here, a
small solar panel (amorphous silicon, 3V or 6V output) was used instead of the
conventional CdS Voltage Divider in order to reduce power consumption. As
predicted, the current consumption of the system drops to about 0.25mA (at
night when 7-color flashing LED is functioning) and 0.17mA (daytime when no
7-color flashing LED lights up), prolonging the battery life further, that
is, two AA alkaline batteries (2000mAh) may last more than one year. The
comparator reference voltage is 0.87V, so a solar panel with an output of over
2 volts is applicable. When a 6V solar panel is used, its output voltage can be
reduced, if necessary, by partly covering its surface with black sheet.
実験中
７色点滅LED（３ｍｍ）はaitendoで購入した。
Experiment of the device on breadboard
太陽電池、左が出力６Vで下のキーホルダーから外したもの、右が手元にあった出力３V。両者ともアモルファスシリコン製。
Left: 6V panel taken from the key holder light shown below, Right:
3V panel. Both made from amorphous silicon.
３
６V太陽電池の室内での電圧測定結果
Measuring the voltage of 6V panel
6V
ソーラーライトキーホルダーなどの名前で、街で￥１５０−１６０で売られている。明るくてなかなか優秀。ドライバーで分解出来、二ヶ所のはんだを熔かすとパネルが取り出せる。パネルの裏側の数字や記号をネットで検索すると特性が分かる。
Inside of a solar light key holder, it is inexpensive (150-160 Yen each) but capable of generating bright light. You can also see the backside of the panel, from which you can find the panel specification in the internet.
プログラム Program
最初に作成したプログラムComparator629.pbpの一ヶ所だけ変えて、太陽電池入力に対応してある。以下のプログラムのCMCON=%00010011のbit4（右から５番目）を‘０’から‘１’に変えてコンパレータの出力を反転させてある。
To deal with the input from solar panel, one bit (bit4) of CMCON register
in the above-mentioned program Comparator629.pbp is changed from 0 to 1
here.
'****************** Programming Info********************
'Program Name: Comparator629spanelab.pbp 2020.3.26 worked OK!
'Related program in MCStudio: NightLEDWarning629A.CE3
'PicBasic Pro v 3.1 and 12F629 used
'Focused in the use of the Pic's comparator
'Solar panel and 7-color flashing LED via 10K resistance used
'*************** Program **************
TRISIO=%001010 'INPUT; GP1=Light-voltage, GP3=Input pin,
'GP5=Mode select, OUTPUT; GP2=Comparator
VRCON=%10100111 'Low voltage; VR3:VR0=0111 (=d7)
CMCON=%00010011 'GP1/CN-pin=Voltage input; GP2/COUT=Comp.output
'bit4=1 means Comp.output reversed. due to the use of solar panel input
End
‘****************** End of Program ********************
'Note:
'Melabs U2 Programmer's configuration:
'FOSC - INTOSC; WDTE - Enable; PWRTE - Disable
'CD - Disable; CDP - Disable.
‘****************** ***********************************.
上記の太陽電池を用いるシステム（２０２０．３．２５）を更に省エネ化する方法を見つけた（２０２０．３．３１）
Slightly More Power Saving Achieved
(2020.3.31)
回路図とプログラムComparator629spanelab.pbpは同じで、プログラムのConfigurationの設定でWDTE とBODENの両者をEnable からDisableに変更した。これで、電力消費が７色LED点滅時（夜間）の電流消費は０．２５ｍA位から０．２０ｍAへ、また、非点滅時（昼間）のそれは０．１７ｍAから０．１２ｍAに低下した。 設定の変更による不具合は今のところ起こっていない。
It was found that the change of configuration WDTE and BODEN of the program Comparator629spanelab.pbp from Disable to Enable can reduce the power consumption of the system, that is, in daytime (bright) from 0.25mA to 0.20mA and at night (dark) from 0.17mA to 0.12mA respectively. Here, the same circuit is used.