ラズベリーパイ４で
自宅サーバの構築
２０２１年
１２月３０日
サーバ電源のＵＰＳの続きです。電流センサのアンプ部を追加しました。１００ｍＡで１００ｍＶ変化するように調整しました。センタは２．５Ｖです。
２０２２年
１月５日
秋月のソーラパネルに斜めのステーを取り付けて、母屋の物干し台の屋根に仮設置しました。
以前、換気扇が付いていた所から、パネルの配線を引き込みます。
コントローラを介してバッテリに接続し、充電状態になることを確認します。
２月２８日
サーバ電源のＵＰＳの続きです。ソーラパネルとＡＣアダプタのどちらから電力を供給しているか分かるようにインジケータを追加しました。電流センスの出力をコンパレータに入れてＬＥＤを点灯させます。緑点灯がバッテリ、赤点灯でＡＣアダプタです。
５Ｖの負荷に１０オームのダミーロードを付けて動作確認します。出力の５ＶのＤＣーＤＣの青色ＬＥＤの輝度が明るすぎです。秋月で購入したソーラパネルのコントローラはバッテリの電圧が１２Ｖ以上ないと充電が始まらない仕様でした。雨や曇りの日が続いて、バッテリの電圧が下がりＡＣアダプタに切り替わった後、天気が良くなってもバッテリの電圧が１２Ｖ未満だと充電されません。ちょっと失敗でした。
３月３日
右が秋月で買い直した３端子のソーラパネルコントローラです。こちらはバッテリの電圧が下がると負荷側をＯＦＦする仕様で、ソーラパネルから充電してバッテリの電圧が規定まで上がれば、再度負荷側をＯＮにする仕様です。この出力がＯＦＦの間はＡＣアダプタから電力が供給されます。
早速、接続して動作確認を行います。念のためヒューズを追加しました。出力の５Ｖの青色ＬＥＤの制限抵抗を１ｋオームから４７ｋオームに変更しました。輝度が丁度良くなりました。
ＵＰＳのブロック図を更新しました。
３月６日
ＵＰＳの電圧と電流を入力するために、ＦＴ２３２ＨのＩ２Ｃプログラムを作成しますが、稼働中のサーバでテストすると不具合が起きた時に面倒なのでラズベリーパイ２で調整デバッグを行い、その後ラズベリーパイ４のサーバに移行します。ラズベリーパイ２のＦｒｅｅＢＳＤは１２．３を使いました。まず、ＦＴ２３２ＨをＧＰＯに設定して、通信とｌｉｂｆｔｄｉが正常に動作しているか確認します。プログラムはここを参考にして、デバイスＩＤをＦＴ２３２Ｒ（０ｘ６００１）からＦＴ２３２Ｈ（０ｘ６０１４）に変更し、ＤポートにＬＥＤを接続すると動作確認できます。ただ、サンプルプログラムは論理が反転しているので、ＸＯＲで反転してＬＥＤを点灯させました。
３月１２日
ＵＰＳの電圧と電流を入力する続きです。ＧＰＯモードに続いてＩ２Ｃモードで動作確認します。ＡＤＣを接続する前に、Ｉ２ＣのシリアルＲＯＭで確認します。手持のＡＴ２４Ｃ３２Ａを接続して、ここからプログラムをダウンロードして、ｉ２ｃｓｅｎｄ、ｉ２ｃｇｅｔコマンドをラズベリーパイ２上でコンパイルします。ｉ２ｃｓｅｎｄコマンドは少し修正（デバイスのアドレスを２回出力しているので１回に修正）するだけで動作しましたが、ｉ２ｃｇｅｔコマンドの方は初期化の部分でエラー終了してしまいます。
２年くらい前に購入したシリアル接続のＲＯＭライター用のＰＣのシリアルが調子悪く、動作しないため、ＵＳＢ接続の汎用プログラマをａｉｔｅｎｄｏから購入しました。送料を含めて、６０００円弱で購入できます。
アプリは付属していないので、ａｉｔｅｎｄｏのサイトのリンク先からダウンロードします。ＢタイプのＵＳＢケーブルも手持ちのケーブルを使いました。デバイスを選ぶと、ＺＩＰソケットの挿入位置が表示されます。
リードボタンを押すと、バッファに読み込まれ、ｉ２ｃｓｅｎｄコマンドで書いた先頭から４バイトの００、０１、０２、０３が正しく読み込まれました。ｉ２ｃｓｅｎｄコマンドは正しく動作しています。
試しに、ｉ２ｃｇｅｔコマンドの初期化部分をｉ２ｃｓｅｎｄと同じコードにすると、読み込みも動作するようになりました。コマンドは先頭から、１バイト書き込みで００、０１、０２、０３を書いて、アドレスを先頭に設定し直し、設定したアドレスから４バイトリードする動作です。
３月１５日
ＵＰＳの電圧と電流を入力する続きです。ＡＴ２４Ｃ３２Ａからの読み込みは問題なくできるのですが、どのようなシーケンスになっているか確認しておきます。ソース中のｄｅｂｕｇ変数を１に設定すると、通信途中のデバッグ情報が出力されます。下はアドレスを先頭に設定した後、４バイトリードした時です。０ｘＡ１出力と１バイトリードが４回行われていることが分かります。
念のため、アナログディスカバリを接続して確認します。
下はＳＤＡとＳＣＬの波形です。赤枠内が０ｘＡ１と１バイトリードの対で、４回繰り返して４バイトリードしています。
下はＡＴ２４Ｃ３２Ａのデータシートのカレントアドレスリードの図です。デバイスの中に保持されているカレントアドレスカウンタが自動的にインクリメントするので、０ｘＡ１に続いてリード動作をするだけで、次々データがアクセスできるわけです。データバイトの後ろのＡＣＫは誰も発生させません。
一方、今回ＵＰＳで使用するＡＤＣのＡＤＳ１０１５の変換結果レジスタのアクセス方法は下で、読みたいレジスタのアドレス（変換結果レジスタは０）を設定した後、０ｘ９１に続いて、２バイト（変換結果は１２ビットで左詰め）を連続で読む必要があります。データバイトの後ろのＡＣＫはマスタ側（ＦＴ２３２Ｈ）が発生させる必要があります。上記のシリアルＲＯＭでは動作したｉ２ｃｇｅｔ１では正しく動作しません。
３月２４日
ＡＤＳ１０１５から変換結果を読むためにｉ２ｃｇｅｔ．ｃの中にある複数データを読む、ＲｅａｄＢｙｔｅｓ関数を修正します。
ＲｅａｄＢｙｔｅｓ関数はＷｉｎＭａｒｇｅの左ウインドのようにＡＣＫを返さない（シリアルＲＯＭを想定）仕様です。ＡＤＳ１０１５から変換結果を読むにはＦＴ２３２Ｈ側がＡＣＫを返す必要がります。右ウインドのように修正しました。ｍａｉｎ関数ではｓｔａｒｔコンディションの後にアドレスを送り、ＲｅａｄＢｙｔｅｓ関数で指定したバイト数を読み、配列に格納された結果表示して、ｓｔｏｐコンディションで終了するように修正しました。修正したプログラムはｉ２ｃｇｅｔ３にリネームしておきます。
早速、ブレッドボードにＡＤＳ１０１５を接続して、動作確認します。ＡＤＤＲ端子はＬＯＷなので、アドレスは０ｘ４８です。
修正したｉ２ｃｇｅｔ３を使って１チャンネルを読むスクリプトを作成しました。他のチャンネルを指定するには赤枠の０ｘｃ３を変更すれば良いです。０ｘｄ３、０ｘｅ３、０ｘｆ３で２〜４チャンネルが指定できます。
安定化電源の２Ｖを接続して実行すると、０ｘ３ｅ５（左詰、下位４ビットの０は無効）が読めました。ＰＧＡの設定はプラスマイナス４．０９６Ｖなので、１ステップは０．００２Ｖです。０ｘ３ｅ５＝９９７なので、９９７＊０．００２＝１．９９４Ｖで合っています。動作良好です。ちょうど４チャンネルあるので、バッテリの電圧、バッテリが供給する電流、ＡＣアダプタの電圧、ＡＣアダプタが供給する電流の４つを読んで処理する予定です。
ＡＤＳ１０１５から電圧が読めるようになったのでブロック図を更新しました。追加でＦＴ２３２Ｈの汎用入力ポートにスイッチ入力を接続できるようにします。扉が開いた、ＡＣ器具の電源が入りっぱなしなど警告情報のＷＥＢページやメール送信ができます。
４月９日
ＵＰＳの続きです。サイトの更新が停滞していますが、いらない物をヤフオクで売っていて、結構忙しいです（笑）。実験に使っていたミッレ用のバッテリが無負荷でも１２．５Ｖ以下になって、充電コントローラが出力を遮断してしまうようになったので、ホームセンタで軽自動車用の一番安い３９８０円のを購入してきました。手持ちのマイナス側のＢ端子が無く、Ｄ端子でした。とりあえず、充電しておきました。
４月１０日
アストロプロダクツでＢ端子のキルスイッチを購入してきました。
４月１３日
配線を変更して、実験を再開しました。この容量だとソーラパネルを２枚並列にした方が良さそうです。
５月２８日
ＵＰＳ回路の続きです。電源投入時やＡＣアダプタとバッテリの切替時にＯＲ回路の動作に不具合があり、両方から電源が供給されてしまう不具合が見つかりました。電流センサとコンパレータの電源判定回路の電源をＤＣ−ＤＣの５Ｖから、ＡＣアダプタの９Ｖ電源から３端子レギュレータで作った５Ｖ電源に変更しました。
ブロック図を修正しました。破線枠内に５Ｖ電源を追加しました。破線枠のＡ基板が上の写真の上側基板に対応しています。下側基板には外部からのＧＰＩ回路を作る予定です。
回路を修正後、ダミーロードで動作確認を行います。約７Ｗ消費させて、バッテリからＡＣアダプタへの切り替え、バッテリの充電後にＡＣアダプタからバッテリへの切り替えが正しく行われるか確認します。
ダミーロードは１００度近くの高温なるので注意が必要です。
５月２８日
１日半くらいバッテリから給電され、その後ＡＣアダプタに切り替わるのを確認しました。コントローラの仕様でバッテリの電圧が１１．５Ｖ未満になると出力がＯＦＦになります。
動作ステート図を作成しました。現在は右側のＡＣアダプタ給電です。バッテリが充電され１２．５Ｖ以上になると再度バッテリ給電に切り替わるはずです。以降この繰り返しで動作します。
６月２日
下側基板の空きスペースに電圧計を取り付けました。上側はソーラパネルのコントローラからの入力電圧、下は５ＶのＤＣ−ＤＣの入力電圧です。基板間の接続はコネクタを使いました。
早速、動作確認にします。現在バッテリが充電されていなので、コントローラの出力はＯＦＦで上は０Ｖ、下はＡＣアダプタの９Ｖになっています。バッテリが充電されるとインジケータが緑になって、上にコントローラの電圧が表示されるはずです。
６月３日
バッテリが充電されると正しくバッテリ駆動に切り替わりました。写真では１１．６Ｖなので、しばらくするとＡＣアダプタ駆動に切り替わります。
６月９日
ＵＰＳの動作が良好なので、秋月から追加のソーラーパネルを購入しました。パネルにはダイオードが入っているので、そのまま並列に接続できます。その他、コネクタやメッキ線も購入。
６月１６日
以前と同様にパネルに角度を付けるステーを作製して取り付けます。
早速、物干し台の上に取り付けました。配線は単に並列に接続するだけです。この後は負荷をダミーロード抵抗からラズベリーパイ２に替えてプログラムを作成して動作確認してラズベリーパイ４のサーバに移行する予定です。
８月１６日
夏の夕方の落雷の停電や母屋からドラムリールで電気を引いているガレージ側の不具合で漏電遮断器が動作するとサーバの電源が落ちるので、電流／電圧センスのＡＤＣデータの取り込みはまだ未対応ですが、作製中のソーラパネルＵＰＳの運用を臨時で開始しました。ラズベリーパイ４への電源はＵＳＢコネクタではなく、電流が流せるＧＰＩＯ（赤枠）に変更します。初めに９．１ＶのＡＣアダプタで電源を供給して半日運用して問題ないことを確認しました。
ＧＰＩＯの電源は念のため５Ｖ、ＧＮＤとも２つコンタクトを使いました。場所を間違えないように慎重に接続します。
８月１７日
６時３０分。バッテリ電圧は１２．８６Ｖです。バッテリを接続します。バッテリ電圧の１１．５Ｖ／１２．５Ｖを閾値にして、自動的にバッテリとＡＣアダプタで切り替わるはずです。
１９時００分。日中の天候は曇り時々小雨でソーラコントローラのステータスは常時充電状態でした。１９時の時点で日が落ちているため充電は停止されています。１２時間でバッテリ電圧が約０．５Ｖ下がりました。曇りではソーラの電気だけでは足りていないということです。このバッテリが２８ＡＨとして、仮に半分残っているとすると、１２Ｖで１Ａを１４時間供給できる計算です、ラフに５Ｖで２Ａなら、朝までバッテリ駆動のまま持ちそうです。
８月１８日
６時５０分。バッテリ電圧は１２．１６Ｖです。天候は雨で薄暗いですが、充電は開始されています。約１２時間バッテリ駆動で動作していました。動作良好です。
１３時００分。バッテリ電圧は１２．４３Ｖです。天候はお昼過ぎから晴れてきました。
１９時００分。バッテリ電圧は１２．０５Ｖです。朝までにＡＣアダプタ駆動に切り替わりそうです。その後の確認で朝までギリギリで持ちました。
１２月２７日
ＦＴ２３２ＨにＩ２Ｃで接続しているＡＤＳ１０１５の続きです。抵抗分圧で違う電圧を４つのチャンネルに接続します。
以前に作成したｉ２ｃｇｅｔ３とｉ２ｃｓｅｎｄを１つのプログラムにマージしてｇｅｔ＿ａｄｓ１０１５を作成しました。
初めに、ラズベリーパイ２で動作確認を行います。フルスケールで４．０９６Ｖなので、４ｃｈは少し下げて、テスタ読みで０．９５４Ｖ、１，９１４Ｖ、２．８６４Ｖ、３．６３３Ｖです。正しく電圧が読めています。
ラズベリーパイ２で動作確認ができたので、ラズベリーパイ４に接続して動作確認します。
正しく読めています。４つのチャンネルはＡＣアダプタとバッテリの電圧、電流を接続してＵＰＳの動作状況を読み込みます。
