しなぷすのハード製作記

ピカピカ光るクリスマスツリーおばけの製作(3)

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2015年11月09日 公開。

3-2.LEDの接続方法

LED制御基板のCN3には、クリスマスツリーに飾り付けるLEDを8つ接続します。これらのLEDは2.54mmピッチの9ピンのピンヘッダに、図4の様に半田付けします。

図4、LEDのピンヘッダへの接続
図4、LEDのピンヘッダへの接続

この図のピンヘッダの各ピンの右側には、マイコンのどのピンに接続されているかを書いておきました。

例えばLED_Cのアノードが接続されている4番ピンは、マイコンのD2ピンに(160Ωの電流制限抵抗を介して)接続されています。一方で、全てのLEDのカソードが接続されている1番ピンは、マイコンのGNDピンに接続されています。よって、Arduinoのスケッチで、digitalWrite(2,HIGH);とすればLED_Cは点灯しますし、digitalWrite(2,LOW);とすれば消灯します。(もちろん、あらかじめpinMode(2,OUTPUT);を実行しておき、D2ピンを出力にしておく必要があります。)

マイコンのD0~D3のピンをditgitalWrite関数でHIGH(点灯)またはLOW(消灯)にすることで、それぞれ2つのLEDを制御できます。マイコンのピンと、制御対象のLEDの関係を表2に示します。

表2、マイコンのピンと制御対象のLED
マイコンのピン 制御対象のLED
D0 LED_A、LED_E
D1 LED_B、LED_F
D2 LED_C、LED_G
D3 LED_D、LED_H

ピンヘッダとLEDの間の配線は、手元にあった電線の中で、最も目立ちにくかった0.2mmのUEWを使いました。太くてカラフルな電線を使うと、クリスマスツリーにLEDを取り付けた際に、電線がハッキリ見えるので、あまり良くないでしょう。黒色の耐熱ビニル線等を使うと、目立ちませんし、ピンヘッダよりも体裁のいいコネクタを使えるので、さらにいいかも知れません。

ピンヘッダとUEWを半田付けする部分には、半田付け部分の根元に応力が集中してUEWが折れないように、1.5mmの熱収縮チューブを使いました。熱収縮チューブの使い方については、Arduinoで電子オルガンを作る の記事で説明していますので、参考にしてください。

写真14、ピンヘッダとUEWの半田付け部分
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写真14、ピンヘッダとUEWの半田付け部分

このピンヘッダをLED制御基板のCN3のピンソケットに挿入するわけですが、挿入方向を誤るとLEDが点灯しませんので、写真15に示すように、黄色いマーカーで挿入方向が分かるようにしました。

写真15、CN3に挿入したピンヘッダ
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写真15、CN3に挿入したピンヘッダ

LEDとUEWを半田付けする部分も、絶縁とUEWの根元の保護を兼ねて、1.5mmの熱収縮チューブで処理しました。

写真16、LEDとUEWの半田付け部分
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写真16、LEDとUEWの半田付け部分

LEDは、クリスマスツリーに、セロテープを使って固定しました。

写真17、セロテープで固定したLED
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写真17、セロテープで固定したLED

3-3.電池ボックスの接続方法

写真18の単3電池2本用の電池ボックスのリード線にコネクタをつけて、写真19の様に加工します。

写真18、リード線付きの単3×2本用電池ボックス
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写真18、リード線付きの単3×2本用電池ボックス
写真19、コネクタ取り付け後の電池ボックス
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写真19、コネクタ取り付け後の電池ボックス

電池ボックスの接続に使うXHコネクタは、電線を半田付けせず、圧着します。圧着というのは、電極(あるいは端子)と電線とを半田付けせず、電極(あるいは端子)に強い力をかけてかしめることで、電線を力学的に密着させる事です。圧着には、専用の圧着工具を使います。

コネクタのピンと電線を圧着する方法については、日本橋の電子部品屋のデジットのブログの、【Tips】電子工作でよく使う『QIコネクタ』の圧着方法という記事が参考になります。この記事で解説しているのは、XHコネクタではなくQIコネクタですが、どちらのコネクタを使う場合でも、基本的な作業方法・作業手順は同じです。

XHコネクタは、ベース付きポスト、ハウジング、コンタクトの3種類の部品で構成されています。

写真20、XHコネクタを構成する部品
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写真20、XHコネクタを構成する部品

ベース付きポストは、LED制御基板に付ける部品(CN1)です。ハウジングとコンタクトを使って電池ボックスの電線にコネクタを付けます。

まずニッパで、コンタクトを、1ピンずつに分離します。

写真21、コンタクトの切断箇所
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写真21、コンタクトの切断箇所
写真22、分離したコンタクト
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写真22、分離したコンタクト

コンタクトは、ベース付きポストのオスのピンと嵌合する(はめ合わさる)所、電線の金属線部分をかしめる所、電線の被覆部分をかしめる所から成り立っています。

写真23、コンタクトの構造
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写真23、コンタクトの構造

この写真真ん中の、電線の金属線部分をかしめる所に、電線の金属線部分を挿入し、圧着工具でつめを内側に折り曲げ、かしめることで、電線とコンタクトの電気的、機械的な結合を行います。

私は、小型のコネクタの圧着には、次の写真の圧着工具を使っています。

写真24、圧着工具
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写真24、圧着工具

この圧着工具はENGINEERのPA-09という型番の製品ですが、税抜きの定価が5,550円もします。圧着工具はニッパやラジオペンチなどに比べて高価で、使用頻度が低いので、前のページで述べたとおり、圧着工具の必要なコネクタを使うのは避けて、電池ボックスの電線を、基板に直付けしてもいいかもしれません。(その場合は、基板に電源スイッチが必要) また、コンタクトと電線を半田付けしてしまう人もいるようです。

圧着に先立って、電池ボックスの電線の先端部分の被覆を、ワイヤーストリッパで2mmくらいむきます。

写真25、先端部分の被覆を2mmむいた電線
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写真25、先端部分の被覆を2mmむいた電線
写真26、使用したワイヤーストリッパ
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写真26、使用したワイヤーストリッパ

今回使ったのはHOZANのP-963というワイヤーストリッパです。税込みの定価が3,520円と、少し高いですが、ワイヤーストリッパは使用頻度が高いので、できれば買い揃えたい工具のひとつです。

圧着工具の1.6mmのダイスにコンタクトを装着し、電線の先端をコンタクトの溝に挿入して、ハンドルを強く握り、電線をコンタクトに圧着します。

写真27、圧着の様子
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写真27、圧着の様子
写真28、電線を圧着したコンタクト
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写真28、電線を圧着したコンタクト

上の図の様に、金属線をかしめるつめだけが内側に押しつぶされ、金属線を巻き込むようにして圧着しています。コンタクトのほかの部分は変形していません。

左側の未変形のつめは、このあと電線の被覆をかしめて固定するためのものです。上の写真を見ると、未変形のつめに対し、電線の被覆の掛かりが浅いので、もう少し電線を深く挿入する方が理想的です。

左側のつめをかしめて電線の被覆を固定する際には、圧着工具のダイスをつかうのではなく、圧着工具の先端の平たい部分や、ラジオペンチなどを使って整形します。作業が終わると、次の写真の様な状態になります。

写真29、被覆部の固定
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写真29、被覆部の固定

電線の圧着処理が終わったら、もう一方の電線も圧着処理します。その後、次の写真の様に、コンタクトをハウジングに挿入して固定します。

写真30、コンタクトをハウジングに挿入する
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写真30、コンタクトをハウジングに挿入する
写真31、コンタクト挿入後のハウジング
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写真31、コンタクト挿入後のハウジング

この際、コンタクトをどちら側の穴に挿入するか、間違えない様に注意してください。赤い電線が+側、黒い電線が-側です。赤と黒を逆に挿入すると、電池を逆接続することになり、マイコンが故障します。

コンタクトには、電線を圧着するのとは反対側に、ハウジングに挿入後にコンタクトが外れないようにするためのつめがあります。このつめが、ハウジングの長方形の窓の部分に引っかかって、コンタクトの脱落を防止していますので、必ずつめが、ハウジングの窓と同じ向きを向くように、コンタクトを挿入してください。

写真32、コンタクトの脱落防止用のつめ
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写真32、コンタクトの脱落防止用のつめ

もう一方の電線も、圧着したコンタクトをハウジングに挿入すると、電池ボックスへのコネクタの取り付けは終了です。

写真33、コネクタの取り付け終了
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写真33、コネクタの取り付け終了

LED制御基板のCN1に接続すると、次の写真の様になります。

写真34、電池ボックスのLED制御基板への接続
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写真34、電池ボックスのLED制御基板への接続

次のページでは、ソフトウェアについての説明を始めます。

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