ハムスターの回転計（回し車 カウンター）

我が家には少々肥満気味のハムスターがいて、ジャンガリアン種なのに80g近い体重があります。標準の2倍以上。
なんとかダイエットをさせたく、ケージだけだった飼育範囲を写真の様にテーブルの上に広げてみました。

回し車も使っているようでしたが、活動時間帯の夜中にどのくらいの回転数となっているのか分からないのでカウントする計数器（カウンター）を作ってみました。

回し車は三晃商会のサイレントホイール。色々なサイズがあるのですが、ジャンガリアンとしては大きめの17センチを選びました。
この回転車にはスタンドが付いており、このスタンドに反射型のフォトリフレクタを仕込み、計数することにしました。


写真は、スタンドに穴をあけ、フォトリフレクタ―（RPR-220)を仕込んだところです。

フォトリフレクターのLEDからの赤外光を回転するホイールに照射します。ホイールは白いプラスチックでできているので、そこからの反射は結構強い光が戻ってきます。この光をフォトトランジスタで受け、抵抗により電圧に変換します。流れる電流はあまり多くないので、30ｋΩくらいの抵抗で電圧に変換しています。


ホイールの一部には黒いビニールテープを貼り、この部分がフォトリフレクターを横切った時、出力レベルが下がり、回転数を計数できる仕組みです。


くみ上げたところの写真ですが、フォトリフレクタ―とホイールの間の距離は６ｍｍ程度に調整してあります。

電圧に変換したフォトリフレクタ―からの信号は、ゲート（74HC14など）を通して、Arduino UNOでカウントをしています。
カウンターのプログラムとしては、運動の様子をグラフで表示させたいので、4.8分間の回転数、1日のトータル回転数を計数するようなプログラムとしています。

写真は、外観と表示画面です。

Arduino UNOには2.4インチのTFT LCDシールドを付けて、表示をみられるようにしてあります。
ハムスターは快適温度範囲が狭いようなので、一日の温度変化もグラフ表示しています。

画面には、一日の運動の様子がわかる様に、７時から翌７時までの２４時間を、4.8分間の回転数を棒グラフで表示しています。縦軸は一目盛り200回転です。なぜ、4.8分間としたかというと、単純に24時間を300ポイントで表示する設計だからです。

グラフを見ると、昼間の時間はほとんど回っておらず、21時頃から回り出し、深夜0時から明け方６時くらいまで、良く活動しているようです。夜間は暖房を弱めているので、気温は１９℃代まで下がっていますが、運動量が落ちる程ではなさそうです。
グラフの下には、１日の回転数が表示されていますが、調子のいい時は２万回転くらい回っています。

コストは？　全部手持ちの部品で作りましたが、買うとリストの様に3400円程度です。

①三晃商会サイレントホイール17cm　722円
②Arduino UNO　1000円位
➂2.4インチTFT LCDシールド　1000円位
④フォトリフレクタ― RPR-220  180円
⑤その他、基板など電子部品　500円位

②、③は中国から買うと半額程度で入手できます。皆さんも作ってみたらいかがでしょうか。夜中に起きて、回転数をチェックするのが楽しみとなります。

Razupberry Pi

我が家のPCは7年ぐらい前に買ったWin7のノートPCで、Win10で使っていますが、起動にかなり時間がかかるようになり、途中でフリーズしたりすることもあって、動作が不安定になってきました。

そこで、今流行りのRazupberrypiを購入しました。ラズベリーパイはワンボードながら、ほぼPCの様に使うことができます。WifiやBluetoothも搭載しているので、キーボードもマウスもワイヤレスで接続でき、電源とHDMIのディスプレイを繋げばすぐ使うことができます。

microSDカードに入れたプログラムで起動するので、起動が速いのが特徴です。Web BrowserもChromiumというGoogleChromeに似たものが入っていて、ほぼPCと同じ環境で使えます。

本ブログも2週間前からラズベリーパイで書いてますが、ブログの更新であればまったく問題無く使えます。USB-DACも使えるので、NHK-FM古楽の楽しみを聞きながらこのブログを書いていますが、冷却ファンが無いので、静かなのがとても良いです。

Razupberry Pi

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2.4”TFTディスプレイ

2.4"TFT LCDシールド というArduin.UNO/MEGA/Leonardoで使えるシールドがあるのを見つけ、気圧・温度計を作りました。

このシールドは、2.4インチ、320×240ピクセル、フルカラー、タッチペン付で5ドル程度で入手できます。以前使っていたOLEDの0.96インチモノクロディスプレーに比べると、格段の表現力となりました。(2.4 inch TFT LCD Touch Screen Shield for UNO R3 Mega2560 LCD Module Display Boardなどで検索できます）

画面表示は、写真の様なレイアウトとしています。
①は気圧の高低のイメージを表示したものですが、三角の印の上下で気圧の値を示します。黒字メモリの背景色はCYANとなっていますが、これは1時間での気圧の変化に合わせて、緑→CYAN→白→黄→MAGENTA→赤と変化します。
②は不快指数の表示で、温度と相対湿度から計算します。
③はセンサーの読み値を表示しており、気温、相対湿度、気圧、と1時間での気圧変化量を示しています。
④は過去6時間の気圧と気温の変化をグラフにしたものです。白が気圧、MAGENTAが気温です。
⑤はセンサーで、BME280というMEMSセンサーを使ったモジュールです。

Arduino UNO,TFTディスプレー,センサー含めて1500円程度です。十分な機能を持った観測装置が低コストで実現できたと思います。

2.4”TFTディスプレイ

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このシールドは、2.4インチ、320×240ピクセル、フルカラー、タッチペン付で5ドル程度で入手できます。以前使っていたOLEDの0.96インチモノクロディスプレーに比べると、格段の表現力となりました。(2.4 inch TFT LCD Touch Screen Shield for UNO R3 Mega2560 LCD Module Display Boardなどで検索できます）

画面表示は、写真の様なレイアウトとしています。
①は気圧の高低のイメージを表示したものですが、三角の印の上下で気圧の値を示します。黒字メモリの背景色はCYANとなっていますが、これは1時間での気圧の変化に合わせて、緑→CYAN→白→黄→MAGENTA→赤と変化します。
②は不快指数の表示で、温度と相対湿度から計算します。
③はセンサーの読み値を表示しており、気温、相対湿度、気圧、と1時間での気圧変化量を示しています。
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⑤はセンサーで、BME280というMEMSセンサーを使ったモジュールです。

Arduino UNO,TFTディスプレー,センサー含めて1500円程度です。十分な機能を持った観測装置が低コストで実現できたと思います。

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このシールドは、2.4インチ、320×240ピクセル、フルカラー、タッチペン付で5ドル程度で入手できます。以前使っていたOLEDの0.96インチモノクロディスプレーに比べると、格段の表現力となりました。(2.4 inch TFT LCD Touch Screen Shield for UNO R3 Mega2560 LCD Module Display Boardなどで検索できます）

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③はセンサーの読み値を表示しており、気温、相対湿度、気圧、と1時間での気圧変化量を示しています。
④は過去6時間の気圧と気温の変化をグラフにしたものです。白が気圧、MAGENTAが気温です。
⑤はセンサーで、BME280というMEMSセンサーを使ったモジュールです。

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光通信の授業 その１２

小学生向けの光通信の授業教材を作っています。

今回は、波長多重通信のフィルターについてです。

三色のLEDの光をファイバーに多重して送信しているのですが、受信側ではこの光を個別の色に分ける必要があります。去年は、お金を掛けないというコンセプトから、色セロファンをフィルター代わりに使いましたが、分離特性が今ひとつでした。

そこで、今年は少し高級な手法で、ダイクロイックフィルタを使って色の分離をしました。

使ったのは、EDMUND　Optics.製のダイクロイックフィルタです。その分光透過特性を、LEDのスペクトルと並べて示します。



図の上が三色LEDのそれぞれの発光スペクトル。下が、ダイクロイックフィルタのR/G/B各色の透過スペクトル特性です。この特性をみると、赤・青はほぼ他の色と分離できそうですが、緑のフィルターだけ、青色のLEDとオーバーラップする部分があり、青が混ざってしまう可能性があるかもしれません。


図は、実施のダイクロイックフィルターです。12.5mmΦのものですが、扱いやすい様にアクリルの板を加工して、接着してあります。

さて、実際の分離特性はどうか、測定してみました。結果を以下の表に示します。


R/G/B各色のLEDを、フィルターを入れ替え測定しています。縦の列がLEDの色で、横の行がフィルターの色です。赤、青は問題なく分離できているのが分かります。しかし、緑のフィルタをかけた時、緑が44uWに対し、青が18uWも出てきています。1／3以上も漏れ込みがあるので、音楽も混ざってしまいます。この特性自体はどうにもしがたいので、青には少し静かめの曲を入れて、あまり目立たなくして対応しようと思ってます。

でも、昨年の色フィルターからすると、とても特性は向上して、明確に音楽を分離出来るようになってきました。

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そこで、今年は少し高級な手法で、ダイクロイックフィルタを使って色の分離をしました。

使ったのは、EDMUND　Optics.製のダイクロイックフィルタです。その分光透過特性を、LEDのスペクトルと並べて示します。



図の上が三色LEDのそれぞれの発光スペクトル。下が、ダイクロイックフィルタのR/G/B各色の透過スペクトル特性です。この特性をみると、赤・青はほぼ他の色と分離できそうですが、緑のフィルターだけ、青色のLEDとオーバーラップする部分があり、青が混ざってしまう可能性があるかもしれません。


図は、実施のダイクロイックフィルターです。12.5mmΦのものですが、扱いやすい様にアクリルの板を加工して、接着してあります。

さて、実際の分離特性はどうか、測定してみました。結果を以下の表に示します。


R/G/B各色のLEDを、フィルターを入れ替え測定しています。縦の列がLEDの色で、横の行がフィルターの色です。赤、青は問題なく分離できているのが分かります。しかし、緑のフィルタをかけた時、緑が44uWに対し、青が18uWも出てきています。1／3以上も漏れ込みがあるので、音楽も混ざってしまいます。この特性自体はどうにもしがたいので、青には少し静かめの曲を入れて、あまり目立たなくして対応しようと思ってます。

でも、昨年の色フィルターからすると、とても特性は向上して、明確に音楽を分離出来るようになってきました。

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そこで、今年は少し高級な手法で、ダイクロイックフィルタを使って色の分離をしました。

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図の上が三色LEDのそれぞれの発光スペクトル。下が、ダイクロイックフィルタのR/G/B各色の透過スペクトル特性です。この特性をみると、赤・青はほぼ他の色と分離できそうですが、緑のフィルターだけ、青色のLEDとオーバーラップする部分があり、青が混ざってしまう可能性があるかもしれません。


図は、実施のダイクロイックフィルターです。12.5mmΦのものですが、扱いやすい様にアクリルの板を加工して、接着してあります。

さて、実際の分離特性はどうか、測定してみました。結果を以下の表に示します。


R/G/B各色のLEDを、フィルターを入れ替え測定しています。縦の列がLEDの色で、横の行がフィルターの色です。赤、青は問題なく分離できているのが分かります。しかし、緑のフィルタをかけた時、緑が44uWに対し、青が18uWも出てきています。1／3以上も漏れ込みがあるので、音楽も混ざってしまいます。この特性自体はどうにもしがたいので、青には少し静かめの曲を入れて、あまり目立たなくして対応しようと思ってます。

でも、昨年の色フィルターからすると、とても特性は向上して、明確に音楽を分離出来るようになってきました。