ソーラーカー用ネットワーク計測システム
ソーラーカーに搭載するための、ネットワークを用いた柔軟で省電力な計測システムです。
基本構想：
システムの基本構想として、記録するデータ数に自由度を持たせ、またセンサごとにサンプリング周期の設定できるものとしました。また同時に配線の簡素化のため1本のデータ線にすべてのセンサを接続できるようにしセンサの近くでA/D変換、デジタルでデータのやりとりを行えるようにします。以上の構想をもとに、ネットワークを使った計測システムの開発を行いました。
ネットワーク計測システム：
ネットワークのインターフェースとしてはワンチップマイコンを用います。これにより、ソフトウェアによる柔軟性を持たせると共に、回路の小型化、高機能化が可能となります。
ワンチップマイコンはMicrochip Technology IncorporatedのPIC16F84とPIC16C71を使用しました。表はワンチップマイコンの仕様です。
PIC16F84 |
PIC16C71 |
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ピン数 |
18pin DIP |
18pin DIP |
ROM容量 |
EEPROM 1kB |
UVEPROM 1kB |
RAM容量 |
64B |
32B |
入出力ポート数 |
13本 |
13本 |
(4本はA/D入力兼用) |
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A/D分解能 |
なし |
8bit |
動作電圧 |
2〜6V |
3〜6V |
消費電流 |
1.8mA Typ |
1.8mA Typ |
at 5.5V 4MHz |
at 5.5V 4MHz |
|
動作スピード |
10MHz Max |
20MHz Max |
これらはRISC-CPU,EPROM,RAM,PIO,OSCが、ワンパッケージ化されたICで、しかも、消費電力が非常に小さいという特徴を持ちます。またPIC16C71には、サンプルホールド付き4ch A/Dコンバータも内蔵されています。
システムの仕様：
通信方式 |
シリアル4800bps データフレーム長12bit |
サンプリング周期 |
2秒、1/4秒 個別に設定可能 |
記録するデータ |
変更可能 |
センサ接続数 |
最大32個 |
ネットワークケーブル |
4線式(ツイストペア2組) |
データの転送は、シリアル4800bpsで行い、図のようにデータフレームは12bitです。
センサへのサンプリングや、データ転送命令は、ネットワークコントローラがすべて管理し、各設定は、ボタンにより変更ができます。メータは、ネットワークを流れているデータの中から、表示したいIDのデータのみを取り込み表示し、IDは自由に変更できます。ネットワークにすることで、測定データが、すべての端末で参照できるようになり、端末自身が現在の状態を判断し、制御することができます。。このようなネットワークを使った制御システムは、実際にController Area Network(CAN)として、乗用車の各装置の制御に使用されています。
システムの消費電力：
製作したネットワーク計測システム・各装置の消費電流・寸法です。
装置名 |
消費電流(mA) |
寸法 (mm) |
ネットワークコントローラ |
5.6 |
100×80×20 |
センサ(電圧測定)(3ch分) |
3.6 |
45×50×20 |
センサアンプ回路(1ch分) |
0.1 |
45×20×20 |
センサ(パルス計測) |
3.7 |
60×50×20 |
メータ |
3.7 |
80×40×25 |
シーケンサ(現システム) |
20 |
170×115×30 |