概要
太陽光を５０Ｗのソーラーパネルで集めてバッテリに蓄電し,いろんな目的に使うことに大分慣れてきた。次にやってみたいことはその電気エネルギーを使って野菜を育てることである。植物が太陽光ではなく赤色と青色のＬＥＤ光だけで育つというが、本当かどうか実験してみたくなった。その第一歩として複数個の小さいＬＥＤを１枚の基板の上に組み込んでランプ状のものを試作した。複数個のＬＥＤを直列につないだ時の電流制御抵抗値の決め方、電流消費量、コントロール回路などをWeb上のいろいろな記事を参考にして決めた。
製作にあたって考えていたこと：
１） LEDの複数個の駆動の仕方を学ぶ。
２） LEDの５０％パルス（波長４００uS＝２５００Hz）は１２F６２９を使ってつくる。
３） 安く仕上げる。
回路図
下の回路図から分かるように、まず高輝度の赤色のＬＥＤを４個を４列基板上に並べた（計１６個）。同様に高輝度の青色のＬＥＤを５個を基板の中心部に赤色ＬＥＤの列と交差するよう配置した。赤色に青色を交ぜると生育を促進するということによる。さらにスイッチSWを設けてＬＥＤランプに常時通電して照射するモード(Fullモード)と、パルス通電して照射光量を５０％に減らすモード（Halfモード、パルス幅５０％）を選択出来るようにした。ここで12F629を導入した理由は、波長400uSの矩形波を作り出すためである。パルス波が電力消費を押さえ、成長促進に効果があると言われているためである。バッテリからの１２―１４ＶをＯＮ／ＯＦＦする役目はMosfetが担う。12F629の駆動用の５Ｖは三端子レギュレータでつくった。抵抗は1/４Wではかなり発熱が大きいので1/２Wにする必要がある。手元に1/４W型しかなかったので、例えば、１００Ωは1/４Wの２００Ωを２本並列にして代用した。LEDランプ部分の消費電流はFullモードで２２４mA（０．２２４x１２V＝２．６９W）、Halfモードで１１０mA（０．１１x１２V＝１．３２W）であった。LEDランプ部分を除いた１２F６２９システム部分の消費電流は７．６８mAであった。
使用部品の詳細：
赤色LED： OSR5CA5B61P, Vf 2.0-2.4V, V.A. 60deg, 19000mcd at70mA, If (max) 70mA, WD620-630nm, 単価１８円
青色LED： OSUB5161P, Vf 2.9-3.6V, V.A.60deg, 8400mcd at 50mA, , If (max) 50mA, WD465-475nm 単価２０円
Mosfet： 22SK2232, 60V25A単価１００円
12F629： 単価７０円
５V三端子レギュレータ7805： 5V1A 単価２５円
電流制限抵抗の決め方：
タブレットNexus7に無料で使えるElektorのLED Resistor Calculatorをダウンロードし、それを使って計算した。電源電圧（V）、使用するLEDの順方向電圧（Vf）、流したい電流値（If）、それに使用するLEDの数（n）を入れると瞬時に抵抗値が計算される。例えば、下に示すように上記の赤色LEDの場合、V=13V, Vf=2.2V, If=40mA, n=4 とすると抵抗値はR=100 ohmと計算される。
上の回路図の右方の部分を基板に載せたもので、右上のものがMosfet,その下が１２F６２９、さらにその下に三端子レギュレータ７８０５が見える。この部分で波長４００uS（２５００Hz）の矩形波を発生させる。
下の写真の左は基板（９５X７２mm）上にハンダ付けした赤色ＬＥＤ４個ｘ４列と中心に横に並べた５個の青色ＬＥＤを示す。したがって赤色と青色のＬＥＤの合計は１６＋５＝２１個である。右の写真はそれらのＬＥＤに通電した時の様子である。高輝度ＬＥＤなので結構明るいことが分かる。Fullモード点灯でも基板が手で触れられなくなるほどは熱くはならない。
上の基板に設置したLEDランプの照度を試しに測定してみた。測定器としてMASTECHのMS820９というテスターのLux測定機能を使った。ランプからの距離約１５cmでの測定ではFullモードで６２８０ルックス、Halfモードでは３１９０ルックスとFullモードの値の約半分と出た。このくらいの値で光合成が活発に行われるかどうかはまだ不明である。
波長４００uS（２５００Hz）の矩形波（パルス幅５０％）をつくり出すために１２F６２９でMosfetをON/OFFさせる。MosfetのGateとGnd間をオシロで測定したら下のような綺麗な波長４００uSのパルスが確かに発生していることが確認された。これは後述のプログラムで１２F６２９のポートGP5を２２７uS（実験で決めた値）間ONにし、次いで２２７uS間OFFにするルーチンを繰り返すことによって可能になった。
これはSWをHalfに設定してHalf波を発生させた時に、オシロでLEDランプへの出力端子を測定したものである。波長４００uSの矩形波になっていて、１２F６２９が正しく制御していることが分かる。ただLED回路の性質のためか、矩形波の底部が予想した０Vには下がらず約４Vどまりであった。上述のように消費電流は半分になる。
プログラム
今回の１２F６２９の役目はMosfetを駆動する（ON/OFFする）ための波長４００uSの矩形波（パルス幅５０％）をつくること。最も簡単な方法、つまりコマンドPauseus を使ってHighでGP5（Pin 2）を２００uS間ONにし、次いでLowで２００uS間OFFにするルーチンを繰り返させるのである。したがって、電源ONで１２F６２９のポートGP5からは波長４００uSの矩形波が常時出続ける。実際には２００uSでは波長４００uSは得られず、実験的に見つけ出した２２７uSを導入してはじめて正確に波長４００uS、周波数２５００Hzの矩形波をつくることが出来た。
'***************************************
'LEDArrayLamp.bas 2013.2.20
'Using 12F629
'********* Pin connection ***************
'Pin 1: Vdd (5.0V)
'Pin 8: Vss (GND)
'Pin 7: NC
'Pin 6: NC
'Pin 5: NC
'Pin 4: GPIO.3: input - connected to MCLR via 10K to reset the system
'Pin 3: NC
'Pin 2: GPIO.5: output - connected to Mosfet SW
'********* Program ***********************
CMCON=7 'Disable Comparators
TRISIO=%001000 'GPIO.3 (reset)- input, GPIO.5 - output
MosfetSW var GPIO.5 'Mosfet Switch
MosfetSW=0
SaveElectricity: 'Never ending loop ここからの６行の部分で波長４００uS、周波数２５００Hzの矩形波をつくりだす
High MosfetSW 'MosfetSW -> ON
Pauseus 227 'Wait 0.20 mS
Low MosfetSW 'MosfetSW -> OFF
Pauseus 227 'Wait 0.20 mS
Goto SaveElectricity
End
'****** End of program*******
'Note:
'melabs U2 Programmer's configurations for 12F629:
'Oscillator - INTOSC; WDTE – Eable; PWRTE - Disable
'MCLR - Reset ; BODEN - Enable; CD - Disable; CDP – Disable
Code (in
Hex, 上記プログラムの機械語) added on 2013.3.31 by hand entry
0000- 2816 01a1 3ee8 00a0 09a1 30fc 1c03 280b
0008- 07a0 1803 2808 07a0 0064 0fa1 2808 1820
0010- 2811 1ca0 2815 0000 2815 0008 3007 0099
0018- 1683 3008 0085 1283 1285 1685 1683 1285
0020- 30e3 1283 2001 1285 1683 1285 30e3 1283
0028- 2001 281d 0063 282a 3fff 3fff 3fff 3fff
結論·余談
１） 大体思い通りに仕上がった。
２） １２F６２９の制御基板のMosfetの容量は２５Aと大きいので、LEDランプユニットは幾つも増設出来る。本格的植物照射実験のため少なくともあと２個ほど増設したい。１個の消費電力は３W程度なので３個で９Wと小さい。２０AhのバッテリでもOKそうだ。
３） 照射のパッターンはプログラムでいろいろ変えられる。タイマ５５５を使う場合と違って１２F６２９ではいろいろ変更が可能だ。
４） 複数個のLEDを使うと時の抵抗値の決め方を知ったのは大きい。
５） LEDランプユニットを１個の費用は、赤色LED18円x１６本＝２８８円、青色LED２０円x５本＝１００円、基板１２０円。合計＝５０８円と安い。
６） この植物照射用LEDランプの効果は、これからweb上で調べて検討する。
７） 2013.3.31にProg．ｃｏｎｆｉｇ部の一部を修整し、プログラムの機械語を手で入力した（カメラで撮り、それを見ながら）。
８） 消費電力の計算にはNexus7などで使えるAndroidの“PowerCalc”などを使うと便利。
＊＊＊追加“LEDランプ基板を３枚接続した回路”（２０１３．３．６）＊＊＊
輝度を増加させるため、赤色LEDに流す電流を４０mAから５０mAに増やした。青色LEDは以前のままの３０mAにとどめた。したがって赤色LEDの電流制限抵抗を８２Ωと小さいものに換えた。外見からも輝度の増加が認められた。今回のLEDランプ基板を３枚にした場合、LEDランプ部分の消費電流はFullモードで７１０mA（０．７１０x１２V＝８．５２W）、Halfモードで３４３mA（０．３４３x１２V＝４．１１W）であった。LEDランプ部分を除いた１２F６２９システム部分の消費電流は前と変わらず７．６mAほどであった。ただ、鉛蓄電池の場合のように電圧が１２V以上になることを想定して、基準電圧発生器を使って電源電圧を１３Vにした場合、Fullモードで８４０mA、Halfモードで４２３mAに、また、１４Vの場合Fullモードで１０００mA、Halfモードで５０１mAに増大した。1/２Wの抵抗も指で触れて居られない程度まで熱くなった。
Halfモードで点灯中のLEDランプ基板３枚を撮影したもの、眩しすぎて上手く撮れない。
########################################################## 単なる備忘録 ###############################################################################
Nexus7用ホルダーケースの磁気ストッパーの磁力を遮蔽する工夫（２０１３．５．２５）
Nexus7用のホルダーケースの開閉部には磁気ストッパーが使われている。閉めた状態で磁石部に鉄片を当てると強力に引きつけられる。電波腕時計を誤って近づけて時間に狂いが生じてしまった。とにかく精密機器を近づけるのは危ないので、この磁石部から外側に出る磁力をどうにかして減らしたいと考えた。Webの記事や周りにある材料で試したところ、鉄片をこの磁石部に置き、さらにその上にアルミ片を置くと磁力が急激に下がることが分かった。例えば長さ５cmのゼムクリップを保持できない位に低下した（Nexus7を逆さにした状態で）。 具体的には、鉄片（15X40X0.8mm）を両面テープで磁石の部分に貼り付け、同じく両面テープでアルミ片（15X40X1mm）をその上に貼り付けた。さらに全体を幅広いセロテープで覆った。下の左の写真はホルダーケースの磁気ストッパーを示している（開いた状態）。２個の丸い磁石が埋め込んである。真ん中の写真はホルダーを閉じた状態。乗っかっているものは使用した鉄片（上）とアルミ片（下）。右の写真は組上がった状態。これで一安心！
