ピカピカ光るクリスマスツリーおばけの製作(1)

このページをスマートフォンなどでご覧になる場合は、画面を横長にする方が読みやすくなる事があります。

目次へ前のページへ (1) (2) (3) (4) (5) (6) 次のページへ

2014年12月24日

公開。

ピカピカ光るクリスマスツリーおばけの外観

1.はじめに

先日、保育園に通っている長男が、工作の時間に作った「クリスマスツリーおばけ」なるものを持って帰りました。どれだけ保母さんに手伝ってもらって作ったのかは分かりませんが、面白くできているので、今年のクリスマスツリーはこれにすることにしました。ただ、長男が「このクリスマスツリーは光らへんねん」といっていましたので、手持ちの部品だけで、LEDのイルミネーションを付ける事にしました。

イルミネーションとしては、8個のLEDを使い、また制御基板を小型化するために、マイコンにはArduino化したATtiny85-20PU(8ピンDIP)を使いました。

ATtiny85-20PUは、8ピンのAVRマイコンなのですが、Arduino IDEでスケッチの開発が行え、また、秋月電子やマルツで購入できるので、入手も比較的しやすい、使いやすいマイコンです。

また、LED制御のプログラムとしては、一定間隔で点灯と消灯を繰り返すバージョン(点滅版)と、PWM制御によりLEDの明るさを制御し、一定周期で光量の増減を行うバージョン(PWM調光版)の2種類を作成しました。

この記事の本題は、クリスマスツリーのイルミネーションの制御回路の作り方ですが、ATtiny45/85などの、ピン数の少ないAVRマイコンをArduinoとして用いて、小型の電子回路のプロトタイピングをする際の参考にもなります。

↑ 画像をクリックすると拡大

写真1、クリスマスツリーおばけ(前面)

↑ 画像をクリックすると拡大

写真2、クリスマスツリーお化け(後面)

点滅版の紹介動画

2.ハードウェアについて

2-1.LED制御回路の概要

ATtiny85は、8ピンのAVRマイコンで、小型にマイコン基板を作りたい場合に便利です。また、Arduino用ブートローダ/スケッチライタの製作(8)の記事でも説明したとおり、Arduino IDEでプログラムを開発する事ができるため、比較的容易にプログラムが開発できる利点もあります。

今回は、手元にあったATtiny85-20PU(以下単にATtiny85と記す)を使ってLEDの制御をすることにしました。なお、作ったスケッチのサイズはとても小さいため、フラッシュメモリの容量が半分のATtiny45-20PUを使っても、同じスケッチが動作するはずです。

Arduino化したATtiny85は、図1に示すように、I/Oピンが5つ(D0～D4)あります。

図1、ATtiny45/85のピン配置

今回は5つのI/Oピンを全部出力として使います。D0～D3までの4ピンは、クリスマスツリーおばけのイルミネーション用LEDの制御に使います。また、D4ピンは、基板の動作確認用のLEDの制御のため使います。この動作確認用LEDは、イルミネーション用LEDをコネクタから外した場合でも、基板の動作が分かるように付ける物です。

今回はクロック源として、ATtiny85に内蔵しているCR発振器を使います。そのため、回路は、ほとんど出力ピンを電流制限抵抗を介してLEDに接続しただけの、簡単な回路になりました。

なお、電源については、単3電池2本を直列接続して3Vの電源として使います。

電池ボックスや、イルミネーション用の8個のLEDは、コネクタを外すと基板から分離できるようにしてあります。

2-2.回路図と部品表

図2に回路図と、表1に部品表を示します。なお図2は、LED制御基板のみの回路図ですので、電池ボックスや、イルミネーション用のLED等抜けている事に注意が必要です。

↑ 画像をクリックするとPDFファイルで表示

図2、LED制御基板の回路図

表1、クリスマスツリーおばけのLEDイルミネーションの部品表
部品番号	数量	部品の種類	パッケージ	仕様、型番	メーカー	備考
R1,R3～R10	9	カーボン抵抗	ランド400mil間隔	160Ω±5%,1/4W		カラーコード:茶青茶金
R2	1	カーボン抵抗	ランド400mil間隔	10kΩ±5%,1/4W		カラーコード:茶黒橙金
C1	1	アルミ電解コンデンサ		100μF,25V		オプション(電源電圧を安定させたい時に使う)
C2	1	積層セラミックコンデンサ		0.1μF,50V
U1	1	マイコン	DIP8ピン	ATtiny85-20PU	Atmel	ATtiny45-20PUで代用可
	1	ICソケット	DIP8ピン	DIP8ピン		U1の抜き差しに使う
LED1	9	LED		赤色、φ5mm		LED制御基板に1個、イルミネーション用に8個使用
CN1	1	コネクタベース付きポスト		B2B-XH-A	日本圧着端子
	1	コネクタハウジング		XHP-2	日本圧着端子	電池ボックスをCN1に接続するのに使用
	2	コネクタコンタクト		SXH-001T-0.6	日本圧着端子	電池ボックスをCN1に接続するのに使用
CN2	1	ピンヘッダ		5ピン、2.54mmピッチ		オプション(波形を観察したい時に使う)
CN3	1	ピンソケット		9ピン、2.54mmピッチ		42ピンの分割ロングピンソケットを切断して使用
	1	ピンヘッダ		9ピン、2.54mmピッチ		40ピンのピンヘッダを切断して使用
	1	ユニバーサル基板
	4	スペーサ				ユニバーサル基板に適合するもの
	4	ねじ				スペーサに適合するもの
	1	電池ボックス		単3×2、直列接続、リード線あり

この他にも、消耗品として、半田、φ1.5mm熱収縮チューブ、0.4mm程度のすずめっき線、0.2mm程度のUEW(ポリウレタン線)、などが必要です。また、工具として、半田ごて、精密ドライバ、ニッパ、ラジオペンチ、圧着ペンチ、ワイヤストリッパなどが必要です。さらに、マイコンのプログラムの書き込みのために、パソコン、Arduino用ブートローダ/スケッチライタ、USBシリアル変換器などが必要です。(ただし、Arduino用ブートローダ/スケッチライタとUSBシリアル変換器は、Arduino Unoとブレッドボードで代用可能です) 詳しいことは、組み立ての説明の際に説明します。

	商品名	Arduino用ブートローダ/スケッチライタキット
	税抜き小売価格	3000円
	販売店	スイッチサイエンス
	サポートページ	Arduino用ブートローダ/スケッチライタキットサポートページ