雨降りセンサーの製作 Part1、Eagleと試作機

電子工作で便利な雨降りセンサーを作ろうと思います。今回はEagleという回路図作成ソフトを使いながら雨降りセンサーの回路図を描いて、雨降りセンサーの試作機をブレッドボードで組み上げます。


Eagleのダウンロードとインストール

プリント基板を海外に発注するときEagleでデータのやり取りをするそうなのでEagleで回路図の作成をします。ブレッドボードで組み上げる人は、ふーんと眺めててください。

EagleのDownloadsページでEagleをダウンロードしてインストールします。50MB弱あります。

Run As FreewareでEagleを起動します。



日本語化パッチとか微妙にあるけど、古かったり中途半端だったりするので、英語のままで使います。

雨降りセンサーの回路図、試作機バージョン

Part1で作る雨降りセンサーは簡素版の試作機です。

最低限の機能として、雨がセンサーに当たっとき20秒ほどブザーがなるようにします。

参考回路図
寺子屋シリーズ、雨降り検知器の製作


電源をつけるだけで鳴る電子ブザー(50円)を買っておいたら信号を入れないと鳴らなかった。
Raspberry Piで数100Hzから数kHzの信号を作成して電子ブザーを鳴らす

仕方ないので今回は電子ブザーじゃなくて100オームの抵抗を入れておきました。



ブザーがある人は、100オームの抵抗の代わりにブザーを入れましょう。

回路の仕組み

水滴が感雨センサーに付く前はNANDロジック(IC1A)の入力に5Vが加わっていて出力は0Vになります。IC1Cでは入力が0Vなので出力は5Vになります。100kオームの抵抗を通って470uFの電解コンデンサが徐々に充電されてたぶん50秒くらいで満タン5Vになります。IC1Dでは入力に0Vがあるので出力は5Vになります。IC1Bでは入力が5Vなので出力は0Vになります。FETのゲートが0VなのでFETはオフ状態になります。オフなのでブザー(100オームの抵抗に電流は流れない)が鳴りません。

水滴が感雨センサーに付くとNANDロジック(IC1A)の入力に0V付近に低下するため出力は5Vになります。IC1Cでは入力が5Vなので出力は0Vになります。100kオームの抵抗を通って470uFの電解コンデンサで充電した電気が徐々に抜けていきます。R×C/2くらいの時間(今回は20秒ちょっと)でロジック上ではLow状態になります。IC1Dは水滴が付いた最初の20秒ちょっとは入力が5VとHigh状態なので出力は0Vになります。IC1Bでは入力が0Vなので出力は5Vになります。FETのゲートが5VなのでFETはオン状態になります。オンなのでブザー(100オームの抵抗に電流は流れる)が鳴ります。

水滴が感雨センサーに付いて20秒ちょっと経つと、電解コンデンサの電圧が低下しIC1Dの入力の1つがLow状態になるので出力が5Vになります。IC1Bでは入力が5Vなので出力は0Vになります。5Vだったゲート電圧が0VになるのでFETのゲートはオフになります。オフなのでブザーが鳴り止みます。

ちなみに適当なPチャンネルのFETかPNPのトランジスタがあれば、IC1Bがいらなくなるー。

雨降りセンサーの部品リストと入手先

感雨センサー 30円×1個
上のがなかった場合は感雨センサモジュール(450円)の基板だけ使う。アルミフォイルで感雨センサーを作ることも可能ですが、耐久性が著しく悪いです。すぐにぼろぼろになって使えなくなると思います。

CD4011BE 100円×1個
回路図の半円の横に小さい丸があるやつがCD4011BEです。1個で4つの半円小丸が入っています。
つなげ方がわからない人はCD4011BE.pdfを見ましょう。

電池ボックス(単3×4本) 150円×1個
電池ボックスは単3×3本のやつがあればOKです。私は今回はUSB電源で代用しましたが、そのうち単3×3本の電池ボックスを買う予定です。

ブザー 50円×1個
たぶんこれだと電源入れるだけで音が鳴ると思う・・。
→ 上記のブザーは鳴りませんでした。ブザー(¢12×9.5-3V) [YHE12-03]だと電源入れるだけで鳴ります。

NチャネルパワーMOSFET [FQPF2N60C] 50円×1個
Pチャンネルのほうが回路を簡素化できるけど、なんとなくNチャンネルが好きなので・・。

電解コンデンサ 470uF 10円×1個
電解コンデンサを沢山持っていない人は、ebayでまとめ買いがお勧めです。安く電解コンデンサを買う、0.1uF〜220uFの25種類の210個で365円

抵抗 10Mオーム 30円×20本入り(使うのは1本だけ)
抵抗 100Kオーム 30円×20本入り(使うのは1本だけ)
抵抗を沢山持っていない人は、ebayでまとめ買いがお勧めです。安く抵抗を買う、30種×各20個の600個で400円

2芯平行線(3M) 100円×1個
感雨センサとブレッドボードをつなげるための線です。


上記はAitendoでそろいます。
ブレッドボード関連は秋月で仕入れます。

ミニブレッドボード 120円×4個(今回必要なのは1個)
ブレッドボード・ジャンパーワイヤ 300円×3個(今回必要なのは1個)

ミニブレッドボードもジャンパーワイヤも今後のことを考えて複数購入しておきましょう。少し大きいブレッドボード(250円×3個)やブレッドボード・ジャンパーコードセット(200円)も一緒に注文しておくと後々役に立つと思います。ブレッドボード関連の話は安くブレッドボードを買う、1個100円から1500円にも書いてあります。


あと、感雨センサーにワイヤをつなげるのに、半田と半田ごてが必要です。

雨降りセンサーの試作機の実物



手持ちに適当な電池ボックスがなかったので今回は私はUSB電源を使いました。

濃い紫(藍色)の基板に水滴をたらすと、20秒間100オームの抵抗に5Vが加わり50mAが流れます。100オームの抵抗の代わりにブザーをつければ、20秒間ブザーが鳴り響くかと思います。音がうるさいときはブザーと並列に適当な抵抗を入れてあげると音が小さくなるはずです!

雨降りセンサーの製作 Part2、無線化と完成版に続きます。

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