プリンタシールドでチャートレコーダ

■ナダ電子製「プリンタシールド」応用例
　Arduino UNOでチャートレコーダを実現

2016-09-01

※トランジスタ技術2014年6月号への投稿原稿から抜粋

●プリンタシールドでチャートレコーダ　神戸のナダ電子（株）からArduinoやGR-SAKURAに搭載できる「シールド」として、感熱プリンタが発売されました。プリンタシールドと名付けられています。　※AS-289R概略仕様　　通信方式：　シリアル　　　　　TTLレベル　9600bps, 8Bit, パリティ無し, 1ストップビット　　　　　無手順　　印字方式：　ラインサーマル方式　　ドット総数：　384ドット/ライン　　ドット密度：　8ドット/mm 　　印字有効幅：　48mm 　　文字コード：　UTF-8 　　　　ANK文字、JIS第一第二水準漢字コードのキャラクタジェネレータを搭載　　記録紙：　　　幅58mm,直径50mm,長さ30m 　　　・プリンタ作動用に別途5V電源が必要（容量4A程度）　　　　Arduinoからの電源供給では電流が不足する　このプリンタが持つビットイメージ印字機能を利用して、Arduinoが取り込んだA/D値を波形としてプリントするチャートレコーダを作ってみました。入力は2チャンネル。 Arduinoとこのシールド、それに若干の付加回路と電源があれば、電圧変化を示す連続したグラフが得られます。　PCでデータ処理するのではなく紙に記録を残すので、停電がおきてもその直前までのデータは失われません。停電すると印字は止まりますが電源復帰とともに（ほうっておいても）再開されます。紙が無くなるまで長時間、長期間の記録が可能です。
・プリント例プリンタの下にArduinoがいます。　（クリックで拡大↓）　・Arduinoとの接続　A0入力とA1入力のA/D値を描画します・信号を引き出すのにこの基板を　サンハヤトの「UB-ARD03-P」を使って必要な信号を引き出します。・紙送り速度を設定できるように　デジタルスイッチを付加します。印字の開始・停止、そしてチャンネルごとの印字オン・オフ・スイッチと紙送り速度設定用のデジタルスイッチを付加したものです。アナログ部はAREF端子の基準電圧(1.1V)をOP-AMPでバッファして外に引き出しています。 VR1、2による入力ゲイン設定（分圧比調整）とVR3、4によるゼロ位置調整機能を付けました。　　※スケッチ prnsld01a.inoで動かしてみてください。　　　　　（zip圧縮しています）
・入力レンジを変える　テスタのように便利に使えるようするには入力レンジの切り替え機能が必須です。入力電圧を減衰させるアッテネータでレンジを決めます。そして、A/D入力の1.1Vフルスケールに対し、10倍くらい感度をアップする直流増幅回路を付加して最小レンジを広げます。 1-2-5ステップで設定できるようにしています。　直流増幅回路は正負の電圧を扱うので、負電圧の電源も必要になってきます。チャージポンプIC（MAX660）を使って-5Vを発生させています。手組みした回路↓　（クリックで拡大）サンハヤトのユニバーサル基板がArduinoとプリンタシールドの間に入る。　10倍増幅で使うOP-AMP（A1）のオフセット電圧と入力バイアス電流が誤差の発生につながります。汎用品のLM358やTL064では力不足です。 A2のオフセット電圧が大きいとゼロ位置（JP1、2をオンしたとき）が合わなくなってしまいます。　A1にはOP297を、A2とA3にはLT1013を使いました。 LT1013はLM358の上位互換品として「もう少しオフセット電圧が小さければ」という場面で便利に使えます。　4つの半固定抵抗は多回転のポテンショメータを使っています。　　　※スケッチ prnsld02a.inoで動かしてみてください。　　　　　（zip圧縮しています） ※旧スケッチ：prnsld_ino_02.zip へのリンク　（2014-04-21）
・プリント例こんなチャートが得られます。紙送り速度は印字を開始したときと設定を変えたときにプリントします。

●プリンターシールドで「温度と照度」を記録出力例は、下のブログ記事（2016年08月17日）をご覧ください。・回路図　（クリックで拡大↓）　　※スケッチ　prnsld03.zip へのリンク　　(2016-09-01) 以前のチャートレコーダでは、10ポジションのデジタルスイッチで紙送り速度を決めていました。今回、スケッチを少し変えて、「Fast/Slow」の押しボタンスイッチで速度を変えるようにしました。これで、10コまでだった紙送り速度の設定が、好きなだけ増やせます。　　　※限度がありますが(笑) 以前の最遅設定が6時間/cmだったのを、12時間/cmと1日/cm の2つを増やしました。 1日/cmだと、1カ月の記憶でわずか30cmしか紙が出ません。速度の設定はEEPROMに記録してますんで、停電があっても復旧すれば記録を続行します。このあたり、PCでのデータロギングとは違って、つないで動かせば記録が取れるということで便利なわけです。アナログ入力部の処理は以前のと同じです。

●参考ブログ記事　　（居酒屋ガレージ日記）




2016年08月26日	ナダ電子プリンタシールドで室温と照度を記録　　(記録例)
2016年08月19日	仕事場の温度と照度　　(記録例)
2016年08月17日	ナダ電子プリンタシールドのデモ回路　　(prnsld03)
2015年10月06日	チャートレコーダーのスケッチを修正　prnsld01aとprnsld02a
2015年06月24日	電池イジメ Ni-Cd電池の充電特性
2015年05月27日	温度を上げたときのニッ水電池の内部抵抗変化を調べる
2015年04月03日	ダイソーのUSB出力ACアダプタT362とG208の温度上昇
2015年04月03日	プリンタシールドでチャートレコーダの記事が韓国「電子技術」に
2015年03月10日	電池イジメ　エネループとエネループ・ライトの現状
2015年03月09日	エネループ・プロのJIS耐久試験続行中
2015年02月23日	エネループ・プロのJIS耐久試験こんな具合です
2015年01月17日	コードレス電話用充電池#2
2014年12月16日	「プリンタシールド」を「箱」に入れる
2014年08月16日	出窓のセンサー
2014年08月11日	プリンタシールドをArduinoから分離
2014年07月11日	エナジャイザーリチウム乾電池放電時の発熱
2014年07月09日	トラ技8月号リーダーズ・フォーラム
2014年06月16日	「プリンタシールド」で「チャートレコーダ」を！
2014年05月10日	プリンタシールドの記事がトラ技に載ってます
2014年03月11日	「プリンタシールドでチャートレコーダ」、これがしたかった
2014年02月24日	ひょっとしてこのカバーのせいで？#3（エネループプロ実験）
2014年02月19日	ひょっとしてこのカバーのせいで？#2（エネループプロ実験）
2014年02月01日	入力レンジ切り替え回路
2014年01月25日	プリンタシールド、付加回路
2014年01月21日	プリンタシールド、長時間記録の例
2014年01月11日	ナダ電子の「プリンタシールド」でチャートレコーダ（動画あり）
2013年12月11日	「プリンタシールド」

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●プリンタシールドでチャートレコーダ　神戸のナダ電子（株）からArduinoやGR-SAKURAに搭載できる「シールド」として、感熱プリンタが発売されました。プリンタシールドと名付けられています。　※AS-289R概略仕様　　通信方式：　シリアル　　　　　TTLレベル　9600bps, 8Bit, パリティ無し, 1ストップビット　　　　　無手順　　印字方式：　ラインサーマル方式　　ドット総数：　384ドット/ライン　　ドット密度：　8ドット/mm 　　印字有効幅：　48mm 　　文字コード：　UTF-8 　　　　ANK文字、JIS第一第二水準漢字コードのキャラクタジェネレータを搭載　　記録紙：　　　幅58mm,直径50mm,長さ30m 　　　・プリンタ作動用に別途5V電源が必要（容量4A程度）　　　　Arduinoからの電源供給では電流が不足する　このプリンタが持つビットイメージ印字機能を利用して、Arduinoが取り込んだA/D値を波形としてプリントするチャートレコーダを作ってみました。入力は2チャンネル。 Arduinoとこのシールド、それに若干の付加回路と電源があれば、電圧変化を示す連続したグラフが得られます。　PCでデータ処理するのではなく紙に記録を残すので、停電がおきてもその直前までのデータは失われません。停電すると印字は止まりますが電源復帰とともに（ほうっておいても）再開されます。紙が無くなるまで長時間、長期間の記録が可能です。
・プリント例プリンタの下にArduinoがいます。　（クリックで拡大↓）　・Arduinoとの接続　A0入力とA1入力のA/D値を描画します・信号を引き出すのにこの基板を　サンハヤトの「UB-ARD03-P」を使って必要な信号を引き出します。・紙送り速度を設定できるように　デジタルスイッチを付加します。印字の開始・停止、そしてチャンネルごとの印字オン・オフ・スイッチと紙送り速度設定用のデジタルスイッチを付加したものです。アナログ部はAREF端子の基準電圧(1.1V)をOP-AMPでバッファして外に引き出しています。 VR1、2による入力ゲイン設定（分圧比調整）とVR3、4によるゼロ位置調整機能を付けました。　　※スケッチ prnsld01a.inoで動かしてみてください。　　　　　（zip圧縮しています）
・入力レンジを変える　テスタのように便利に使えるようするには入力レンジの切り替え機能が必須です。入力電圧を減衰させるアッテネータでレンジを決めます。そして、A/D入力の1.1Vフルスケールに対し、10倍くらい感度をアップする直流増幅回路を付加して最小レンジを広げます。 1-2-5ステップで設定できるようにしています。　直流増幅回路は正負の電圧を扱うので、負電圧の電源も必要になってきます。チャージポンプIC（MAX660）を使って-5Vを発生させています。手組みした回路↓　（クリックで拡大）サンハヤトのユニバーサル基板がArduinoとプリンタシールドの間に入る。　10倍増幅で使うOP-AMP（A1）のオフセット電圧と入力バイアス電流が誤差の発生につながります。汎用品のLM358やTL064では力不足です。 A2のオフセット電圧が大きいとゼロ位置（JP1、2をオンしたとき）が合わなくなってしまいます。　A1にはOP297を、A2とA3にはLT1013を使いました。 LT1013はLM358の上位互換品として「もう少しオフセット電圧が小さければ」という場面で便利に使えます。　4つの半固定抵抗は多回転のポテンショメータを使っています。　　　※スケッチ prnsld02a.inoで動かしてみてください。　　　　　（zip圧縮しています） ※旧スケッチ：prnsld_ino_02.zip へのリンク　（2014-04-21）
・プリント例こんなチャートが得られます。紙送り速度は印字を開始したときと設定を変えたときにプリントします。

●プリンターシールドで「温度と照度」を記録出力例は、下のブログ記事（2016年08月17日）をご覧ください。・回路図　（クリックで拡大↓）　　※スケッチ　prnsld03.zip へのリンク　　(2016-09-01) 以前のチャートレコーダでは、10ポジションのデジタルスイッチで紙送り速度を決めていました。今回、スケッチを少し変えて、「Fast/Slow」の押しボタンスイッチで速度を変えるようにしました。これで、10コまでだった紙送り速度の設定が、好きなだけ増やせます。　　　※限度がありますが(笑) 以前の最遅設定が6時間/cmだったのを、12時間/cmと1日/cm の2つを増やしました。 1日/cmだと、1カ月の記憶でわずか30cmしか紙が出ません。速度の設定はEEPROMに記録してますんで、停電があっても復旧すれば記録を続行します。このあたり、PCでのデータロギングとは違って、つないで動かせば記録が取れるということで便利なわけです。アナログ入力部の処理は以前のと同じです。