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LEDイルミネーションの製作(第1回)  クリスマス・イルミネーション用に、窓に雪の結晶を光らせるオブジェの概要と使用したマイコン


 この話題を取り上げるのには時期は早いですが、クリスマスのイルミネーションといえば、白熱ランプに代わってLEDが主役になって久しくなります。ランプの時代はバイメタル内蔵で周期的に点滅するのが主流でした。
 近年、ブルーや紫・白色LEDが台頭してきましたが、点灯のバリエーションはいまだに点滅が多勢を占めているようです。エレキホビイストとしては、低電圧・低電流のこのデバイスを自由に光らせてみたいと思い、製作しました。
 使ったCPUは、18ピンのPIC16F88です。PICとしてよく使われていたPIC16F84Aより機能が高く、価格も安くなっています。


全体構成

光る様子
パッとあらわれてジワーッと消えるイメージ



 窓ガラスや袖口に付着した「雪の結晶」、パッとあらわれてジワーッと消えていきます。ここでは、複数の結晶がランダムに付着しては消えていく模様を表現してみます。結晶の大きさは十数センチ・メートルで、窓とカーテンの間にセロハン・テープで貼り付けることで、外から見るとまさに雪の結晶に見える、というものです。

 また、ソフトウェアでタイマ機能を付加し、午後5時から10時の間だけ光るようにしてあります。

全体の構成

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  • 電源:12V以上、0.5A程度のACアダプタが手軽です。
  • 基板:名刺サイズよりも小さい基板にすべて収まります。回路はCPUとドライバIC、CPU用の電源(5V)だけです。
  • オブジェ:結晶型樹脂板に溝で模様を描いてLEDを取り付けたもの。基板から2本の配線で延ばします。今回の製作では5枚、プログラム上では8枚、CPUの能力ではさらに多くの駆動をすることができます。

 基板とオブジェは、窓一面に貼り付けられるように数十センチから1メートル程度配線を長く延ばしておきます。製作例では赤黒のビニール電線(AWG#26)ですが、昼間に目立たないような細くカーテンの色に合う色の線がよいかもしれません。

透明樹脂板を面発光させる

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原理図

 透明樹脂板(厚さ3mm程度)の端面(切り口)からLEDの光を当てると、光は樹脂板内部で全反射するので、樹脂板の表面に光が出ることはありません。光を表面に拡散させるためには、故意に表面に溝(傷)を付けます。この傷で乱反射した光が面上に見えることになります。
 携帯機器のLCDのバックライトがこの方式です。光源から離れるほどに溝の幅や密度を高めることで均一に拡散し、面が均等に光っているように見えます。
  結晶の光り方は、均一にすることを意識せずに逆に溝で結晶のデザインを描く気持ちで自由に溝を付けています。LEDは、六つの頂点にそれぞれ実装します。

CPUで光量を制御する
 LEDの光量はCPUのポートからPWM(周期変調)を出力して制御します。PWMといっても見た目でちらつかない数十ヘルツの周期なので、CPUの専用モジュールではなく、内蔵タイマを使ってソフトウェアで作ります。そのため、Ⅰ/Oポートはすべて制御に使うことができます。
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CPUはPIC16F88
 使ったのはPICです。内蔵ペリフェラルはタイマ0しか使わないので何でもOKです。光らせる数はI/Oピン数に依存するので、多ピンのPICならばより多くの結晶を光らせることができます。
 製作例ではCPUはPIC16F88-I/Pです。結晶オブジェの数はだいたい5、6個なのと、内蔵CR発振が使えるので配線が少なくて済むという理由です(後述するタイマ機能には、CR発振でなく、せめてセラロックにしたほうがよい)。

 次回は、実際の結晶部分の製作を説明します。
<高野慶一>


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