見た目には普通のテーブルタップですが、ランプの色で使用している電力を見る事ができる小物です。無線通信で、計測値を出力する機能も持っていますので、４チャネルの簡易的な交流電圧計・電流計・電力計として使用する事もできます。製作費は約5000円位、電圧・電流センサに抵抗器を、制御部にマイクロチップ社のPIC32MXを使用し、ソフトウエアはC言語にてコーディングしています。

　なお、本小物は実験目的であって、商用電源で使用する事を認可された物ではありません。

左から、30W半田ごて、ノートパソコン、タブレット、携帯電話を接続しています。

青系の涼やかな色は少ない電力を、赤の温暖系になるに従い、多くの電力を消費している事が、感覚的につかめるようにしています。赤になったら限界値に近い事を表し、オルゴールが鳴りだします。

詳しい数値データは、スマートフォンやPCで確認する事が出来ます。

＜機能／特徴＞

■普通のテーブルタップと何ら変わらない、直感的に使用量が判る

■許容量オーバ、火災に結びつく事象時には警告音が鳴る、しつこく鳴る、でも電源切断はしない

■電圧・電流・電力値をBluetoothでデータ送信、負荷・供給側の変動状況をリアルタイムで確認出来る

■１０年分の電力量データロガー機能を持つ（日・チャネル単位）

■単純、安価、製作容易、補正作業不要

＜仕様＞

名称：電力インジケータ付テーブルタップ

分類： 単相交流、多チャネル、電力表示ランプ、簡易電力量計、無線データ転送

タップ数：４（チャネル）個別スイッチ付

電源条件：単相交流125V以下　50または60Hz

許容量：合計1.5kW、15Aいずれかの少ない方

測定方法：本テーブルタップを使って消費機器の電源接続を行う

表示機能：

　　スイッチ部分が光るインジケータ：瞬間電力値で色が変ります

計測範囲：〜11.5[A]/チャネル

計測方法：サンプリング、50Hzの場合5サイクルで500回、測定間隔は約0.5秒

数値精度：-10%〜+10%

警告機能：合計が1kW（変更可能）を越えたら、オルゴール（曲名：ねこふんじゃった、速い）が鳴る

リアルタイムデータ出力機能：

　　出力先：小電力無線データ通信規格のBluetooth（アトリビュートプロトコルまたはRFCOMM）

　　データ項目：日時、（電力[W]、電流[A]、電圧[V]、周波数[Hz]、月間電力量[Wh]、日間電力量[Wh]）×４

　　出力間隔：１秒

　　データ表示例：

　　　　スマートフォンにサンプルアプリをインストールして表示。（アトリビュートプロトコル使用）

　　　　パソコンの基本ソフトのみでの表示例。（RFCOMM使用）

　　　　ペアリングして仮想シリアルポートにアクセスすると、続々とデータが表示されます。

データロギング機能：

　　保存先：内蔵不揮発性メモリー

　　データ項目：日付、日間電力量[Wh]×４

　　出力間隔：１日毎、毎日0時00分00秒に記録

　　最大蓄積量：10年間、2016年1月1日〜2025年12月31日

　　出力先：Bluetoothアトリビュートプロトコルでアクセス

補助機能：

　　Bluetoothアトリビュートプロトコルで以下の設定値を変更可能。

　　　　日時、色と電力値の対応、警告電力値、警告音の種類、ランプの輝度

　　本小物自体の電源が切れた場合、電力量／積算データが失われますが、最大１時間分に抑えられます。

　　Bluetooth RFCOMMで電圧・電流波形データを取得可能。グラフは表計算ソフトで表示したもの。

外形：幅215mm、奥行44mm、高さ33mm

重量：約300g

電源：AC100V 1W未満

製作費：約5000円

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-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_ 設計書 _-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_

この小物を再現するのに必要な、設計の結果情報です。

　　目　次

1. 技術的なポイント

    1.1 ハードウエア

    1.2 ソフトウエア

    1.3 開発法

2. 回路図

3. 部品表

4. ソフトウエア

    4.1 開発に必要な物

    4.2 ソースコード

    4.3 接続仕様

    4.4 フローチャート

5. 製作

    5.1 基板

    5.2 ケース

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１．技術的なポイント

１．１ ハードウエア

・Microchip Technology社のPIC32MXマイクロコントローラ

・電力の計測

　　シャント抵抗器による交流電流の計測

　　分圧抵抗による交流電圧の計測

　　サブ1W〜1kW測定レンジを確保する為、オペアンプによる差動増幅と並列増幅回路

　　単電源での負信号の扱い（仮想アナロググラウンド方式）

　　多チャネル対応はアナログマルチプレクサの使用

　　PIC32MX内蔵のA/Dコンバータの使用

・非絶縁回路

・コントローラを内蔵したRGB-LEDの使用

１．２ ソフトウエア

・プログラミング言語はC、開発環境はMPLAB X、コンパイラはXC32(GCC)

・Microchip提供ソフトウェア標準ライブラリ群(Harmony)の利用

・有効電力計算、電圧・電流RMS計算

・A/D変換をハードウエア割込＋ソフトウエアの組み合わせで定期実行

・タイマ割込でカレンダ時計の実装

・コントローラ内蔵RGB-LED用の特殊制御信号の生成

・タイマ割込＋PWMでオルゴール機能の実装

・積算値の維持、FLASHをEPROMとして利用

・自家製Bluetoothソフトウエアスタックを利用し、BLEでiPhoneとの連携

１．３ 開発法

・回路模擬検証は、無料で利用出来るLTspiceを使用

・回路製図は、無料で利用出来るCadSoft Computer社のEAGLEを使用

・ソフトウエア開発は、マイクロチップ社純正開発環境を使用

・コンパイラもXC32の無料モード（最適化-O1まで）で使用

２．回路図

３．部品表

文書ファイル：V0_6_5_parts.numbers

線材を除きます。

４．ソフトウエア

４．１開発に必要な物

　PC（MPLAB Xが動作する環境、Windows, Linux, Mac等が可）

　ソフトウエア

　　　MPLAB X (*1)

　　　XC32 (*1)

　　　MPLAB Harmony 1.06 (*1)

　PICkit等の書込み器

　*1)無料で利用できます。Microchip社のサイトからダウンロードして下さい。

４．２　ソースコード

（１）ダウンロード

　MPLAB Xプロジェクトファイル：

　スマートフォン(iPhone)側サンプルアプリケーション

　　xcodeプロジェクトファイル：

　ライセンス： フリーソフトウエア(GPL v3)

　作成者：富樫豊彦 tog001@nifty.com

　開発環境：

　　　Mac OSX 10.11

　　　MPLAB X IDE v3.20

　　　XC32 v1.40

　　　MPLAB Harmony v1.06.02

　　　Pickit3

　　　xcode 7.2.1

（２）ソースファイル一覧

文書ファイル：Source file list.numbers

（３）モジュール関連図

文書ファイル：ModuleRelation.numbers

４．３　接続仕様

（１）Bluetooth RFCOMM（仮想シリアル通信）

　　　“WHM 0.6.5”の名前のデバイスをペアリング。（OSX10.11の例）

　　　特に確認応答は無いはずですが、聞かれたら「0000」を入力。

　　　CSVフォーマットです。データ項目は、

　　　　1 日時

　　　　2 CH0電力[W]

　　　　3 CH0電流[A]

　　　　4 CH0電圧[V]

　　　　5 CH0周波数[Hz]

　　　　6 CH0月間電力量[Wh]

　　　　7 CH0日間電力量[Wh]

　　　　8 CH1電力[W]

　　　　9 CH1電流[A]

　　　　    :

　　　文字列は”Nr”の形式で、Nはチャネル番号で0~3のいづれかを指定します。

　　　OSXの「ターミナル」の場合、もう１画面開いて、echoコマンドで指示するのが楽です。

　　　波形データは、A/Dコンバータから取り込んだ生の数値となります。

　　　CSVフォーマットです。

　　　　CHx : シーケンス番号(0~99)

　　　　AGND: アナロググラウンド値

　　　　V   : 電圧センサ値

　　　　I1  : ×11倍電流センサ値

　　　　I10 : ×110倍電流センサ値

　　　　I100: ×1100倍電流センサ値

（２）Bluetooth ATT(Attribute Protocol)

iOS用のアプリケーション「LightBlue」でのスクリーンショットです。

サービス名は「WH Meter 0.6.5」。

サービスのUUID、アトリビュートのUUIDは、これら値を使用しています。

文書ファイル：WHM0.6.5 ATT データフォーマット.numbers

４．４ フローチャート

文書ファイル：SoftwareModel.numbers

おおむね、上記の様な機能分担でソフトウエアが作られています。

利用したライブラリのHarmonyが、イベントループ構造（system_task.c参照）を前提としていますので、それに習ってアプリケーション処理をループの中に組み入れる形です。

イベントループ構造とは、処理を行う必要があろうが、なかろうか必ず繰り返し制御が渡ってくるプログラムの構造です。これは、仮想的にマルチタスク／マルチスレッドを実現する為の、１手段です。

注意すべきは、制御が渡ってから長時間CPUを占有せず、細切れに処理を行う等の工夫が必要になります。

文書ファイル：FlowChart.numbers

５．実装

５．１ 基板

大した回路ではないので、蛇の目基板にて作成可能です。

５．２ ケース

市販、テーブルタップに回路基板を内蔵させますので、内部スペースに余裕がある製品を探します。もし、見つからないのであれば、USB電源が付いている製品が改造しやすいかも知れません。

今回使用した製品は、ちょうど良いスペースが開いている上、スイッチの中にネオンランプが入っていますので、LEDへの入れ替えするだけで、良好な視認性を得られます。

スイッチの端子台を利用し、電流センサであるチップ抵抗を付ければ改造も楽です。旧バージョンでは、バスバーを切断して、その間にチップ抵抗を取付けていましたが、コンセントの抜き差しを繰り返した結果、応力で抵抗器が破損、焼損してしまいました。新バージョンでは改善すべきてんでした。

具体的には、スイッチから３つの端子が立っていますが、ネオンランプを取り払った関係で、１つは使われない状態になっています。そこと中間の端子との間が、丁度チップ抵抗の長さが合いますので、ハンダを盛って取付けます。なお、事前にバスバーは取り外しておいて下さい。（そのまま利用する手もあります）最後に、ネオン用の端子台すべてを100Vラインに結線して完了です。

左の写真はメイン基板の取り付け状況。ケースにピッタリ収まるように、基板の形を加工しています。

右の写真は電源基板を被せた状態。プラスチック板で浮かせ二階建てで固定しました。

＜ 開発情報 ＞

＜関連＞

「自作電子小物／簡易電力量計／７チャネル版」

「自作電子小物／電力インジケータ／分電盤用」

「自作電子小物／電力インジケータ／テーブルタップ」　SDカード版

「自作電子小物／簡易電力量計／4チャネル電池駆動版」

「自作電子小物／簡易電力量計／７チャネルGUI版」　合わせて使うと便利

※時系列順

＜あとがき＞

これは、６年前に製作した小物の再設計品です。当時どうしても諦めざるを得なかった設計上の選択枝が、時間とともに解決出来るようになり、かつ、オリジナルが故障／廃棄した事と、便利さを知ってしまうと後退出来ないヒト科の性、これが今回の「Feel power strip+」を生み出しました。無線接続により感電の心配をなくし、スマートフォン活用により時刻設定の不便さも解消、LEDのチラツキも無く、かつ全体的に安定しています。ただ、コストの面では改善とはなりませんでした。前作で使用したPSoCは大したデバイスだったと思います。

2016.3.7: 使うのが面倒だと言う事も無くなり、たくさん製作するのも苦ではないレベルなので、家中のテーブルタップを置き換える事を画策しています。ベースとなるテーブルタップに、なかなか良い物が見つからなくて困っています。

富樫 豊彦 tog001@nifty.com