私設研究所 ネオテックラボ
(e-mansion.comのサーバー)
～今までにない全く新しいセンシング技術を研究する受託研究会社～
特注計測システム、教材用プリント基板の受託開発も行います。
●自由な発想で自主研究を楽しむために管理人が勝手に開設した私設研究所がNeo-Tech-Lab(ネオテックラボ)です。
●当研究所は医療診断用センシング技術を中心とした新しいセンシング技術を研究しており、受託研究を生業としています。
●興味を持ったものならなんでもありの姿勢で臨んでいるため、磁気・音響・生体計測等の計測分野でも活動を行っています。
●限られた予算で研究・開発を行うために電子工作やソフトウェア等の技術 も研究ツールとして積極的に活用しています。
●当サイト(Neo-Tech-Lab.com)は、研究ツールとしての技術内容を公開するために2005年12月10日に設立しました。
●当サイトにおいて公開している技術は当研究所の研究内容ではなく、あくまでも研究に利用している技術に過ぎません。
(設立当初の研究内容について一部公開していますが、更新しておらず、かなり古い内容です。)
各コンテンツのご利用にあたっては、上記をご理解の上、各自の責任にて取り扱いには十分ご注意下さい。
2008/02/09 ☆Tomoaki Ueda☆ (上田智章)
■管理人の 自己紹介 ☆
■当研究所への連絡方法
■設立当初の研究内容
●センチネルリンパ節検出センサ
●音響FDTD(音響シールド)
●人工ゼロ磁場空間
( ３次元アクティブ磁気シールド )
●高周波磁界曝露装置
■便利なウェブ･リンク集
■研究パートナーリンク
■好奇心リンク
■サーバーURL
■掲示板[FC2 BBS]
■著作権については放棄しておりませんので、当サイトのコンテンツは無断掲載をお断りいたします。
■原則としてクライアントではない一般の方からの個別の質問には応じかねます。
特に仕事上の困り事を質問という安易な形で尋ねて済ませようとお考えの方に当方が手助けをすることはありません。
■当サイトはブラウザ(HTTPプロトコル)以外でのアクセスを「不正アクセス」またはそれに準じる行為と考えます。
この場合co.ukサイトをアクセス禁止とさせていただきます。変なツールを使うとアクセス禁止になるので注意してください。
(単になかなか上達しないJavaScriptを試してみたかったので作っただけなのですが．．．)
多忙のため管理人が直接返事をすることはないかもしれませんが、毎日数百人程度来られているようなので他のドメイン
の板に分散して質問されるよりはましかもしれません。しばらくスレ建て等様子を見ますので、ご自由にお使い下さい。
●Google Maps API、写真、動画、CG等のメディア融合サイトを模索しています。この構築のためPanoramioに掲載していた全写真データ(3,600枚)を一旦削除しました。現在、地道にデータベース、ツールを構築中です。
1) 西陣織会館の着物ショー・デモ 2) 桂離宮参観・デモ 3) 仙洞御所参観・デモ 記載日 2009/04/17
(現在、22,444ユーザーを登録)
地図上に配置された写真の分布を見ることで、そのユーザーの行動範囲を知ることができます。
将来的に２２，４４４もの個別ページに自動的に個性を与える自動個性化処理の実験を行う予定です。
●Panoramio会員間では「どうすればお気に入りユーザーを新規開拓することができるか？」が話題になっています。活発な活動をしているユーザーは全体の１％にも満たないため、数１００人のユーザーを探してもお気に入りのユーザーは２、３人しか見つけることができないためです。この問題は会員間の交流を目的としたサイトならどこでも抱えている問題です。
●そこで、Panoramioの２８０万ユーザーを検索して地図上に１００枚以上の写真を公開しているユーザー２２，４４４名を抽出し、Panoramio World Indexを作成しました。ここから各ユーザーごとのViewMyPanoramioやユーザーの閲覧ページに飛ぶことができます。タブでPanoramio Japan Indexに切り替えれば日本語表示でも一部表示可能です。他に本家にはない人気ベスト１０表示機能も追加しました。将来的にもっと写真を楽しめる機能を追加する予定です。 記載日 2009/02/25 追記 2009/03/11
情報提供サイトを利用した新しい合法的研究動向調査方法をご紹介します。マーケティングにも有効でしょう。
●株式会社フォスメガ
がんや虚血性心疾患との闘いをいよいよ本格的に開始します。
何かパソコンに接続する計測機器を開発しようとすると、技術者の分業化が進んでしまっているために大掛かりなプロジェクトになりがちです。世の中の大半の企業では、ソフト屋（アプリケーション、組み込み）、ハード屋（アナログ、ロジック設計、マイコン、電源）、さらには基板屋（アートワーク）までと、細かく分業化が進んでいます。ちょっとした機器開発に４、５名のエンジニアが必要になることもあります。人が増えると意思疎通に必要な会議時間も増え、開発期間も長くなってしまいます。当然、開発費は膨らみます。世界的に不景気なご時世に、このような大型開発プロジェクトはもうあり得ないと思いませんか？
ではどうすればよいのか？答えは共有の知識を持ったGeneralistを大量生産することです。
電子回路技術（ハードウェア、ソフトウェアとも）の未経験者がシステム設計・開発に必要なエッセンスを修得するのに必要な時間は恐らくたったの２４時間程度だと思います。三日坊主という言葉がありますが、１日８時間なら三日坊主にならずにすむでしょう？アナログ系電子回路の基礎 (１時間)、ディジタル系電子回路の基礎（１時間）、・・・・・と順次まとめていく予定です。（記事を書く方は三日坊主になる可能性大ですが．．．）
本編では、「アナログ系電子回路の基礎」について紹介します。内容は、取りあえず試作回路を製作するのに必要な知識程度です。
●「初音ミク」と
「MikuMikuDance」
●ムカデ毒の対処方法
Panoramio
World Index
■アナログ系電子回路図で使うことが多い記号
■オペアンプの基礎
■オペアンプの性質 ■オペアンプの電源の処理 ■アナログ・コンパレータ ■ボルテージ・フォロワ
■アクティブ・グランド ■反転増幅器 ■非反転増幅器 ■差動増幅器 ■入力バイアス電流の小さな差動増幅器
■計装用アンプ(instrumentation amplifier) ■電流/電圧コンバータ ■電圧/電流コンバータ ■積分器
■正帰還型ロー・パス・フィルタ
●ディジタル系電子回路の基礎 (2時間目) written by Tomoaki Ueda (上田智章)
掲載日 2009/01/09 最終修正日 2009/01/12
■基本ゲート・ロジック (Basic Gate Logic)
■コンバータ (Converter) ■インバータ (Inverter) ■シュミット・トリガ (Schmidt Trigger) ■バッファ (Buffer)
■AND (論理積) ■NAND ■OR (論理和) ■NOR ■XOR (exclusively OR 排他的論理和) ■XNOR
■VCCとGND(グランド) ■論理の等価変換法について (ド・モルガンの公式)
■入出力ピン (Pin) ■ピンとバッファ ■デコーダ (decorder)
■INV-AND-OR-treeを理解せよ！
■セレクタ ■プライオリティー・エンコーダ ■XORとINV-AND-OR-tree
■加算器 (adder) ■高速加算器を作るためのキャリー・ルック・アヘッド回路 (Carry Look Ahead)
■インクリメント (increment) ■ディクリメント (decrement)
■レジスタの活用
■RSフリップ・フロップ ■レジスタとラッチ (registerとlatch)
■これだけは押さえておきたいレジスタのバリエーション
■非同期カウンタとその欠点 ■同期式カウンタ（アップ・カウンタとダウン・カウンタ）
■シフト・レジスタの構成法とその用途 ■ステート・マシン ■シーケンサ ■マイコンもどき
★しばらく、上記２記事の追記・修正のみ行います。
【現時点での予定】
●Quartus II Web Editionの使い方(３時間目) written by Tomoaki Ueda (上田智章)
DownloadとInstall、回路図エディタの使い方、階層構造設計の仕方、回路シミュレーションの方法、UFMの使い方
知っておくと便利なマクロ、高速回路設計のポイント等
●VBAの使い方（４時間目） written by Tomoaki Ueda (上田智章)
最低限度の文法、セル値の読み出しと書き込み、フォーム部品の使い方、
Win32APIの使い方 (sndPlaySound GetTickCount ・・・・・・・)
FTDI社FT232RL、FT245R、FT2232の使い方
●VBAで３次元CG（５時間目） written by Tomoaki Ueda (上田智章)
掲載日 2009/01/22 最終修正日 2009/01/25
■３次元グラフィックス ■VBAの利用準備 ■VBAでの画像表示法 ■bmpファイル形式 ■２Dピクセル描画
■Zソート ■Zバッファ ■３Dピクセル描画 ■２D直線描画 ■３D直線描画 ■RGB補間直線描画
■スキャンライン描画 ■三角形描画 ■任意多角形描画 ■テクスチャーマッピング
■クリッピング ■透視変換 ■ライティング ■シャドーイング ▽フォン・シェーディング
3000枚を超える風景写真
Google Earthにも掲載中!
■My Panoramio (←入口)
■フォトギャラリー(京都編)
●金閣寺
●平等院
●渉成園
●三千院
●寂光院
●光明寺
●城南宮
●東寺
●仙洞御所
●平安神宮
●伏見稲荷
●伏見桃山城
●下賀茂神社
●石清水八幡
土産物や実演を見ている間にこのきものショーが２回は見れます。1日7回。
西陣織会館
◆Boston
◆Singapore
◆Ulm
View My Panoramio
Google MapsTM暫定版
Panoramioのデータ・ベースの都合により表示まで数分必要かも。
A-1 「汎用OPアンプとロジックだけで構成するセンシング回路設計術」
PDM(Pulse Density Modulation)回路設計の基礎 written by Tomoaki Ueda (上田智章)
●2008年12月12日秋葉原で開催されたDSP & FPGAデザイン ワークショップ2008の講演内容(A-1)の追加情報です。
■パルス密度変調(PDM : Pulse Density Modulation)型D/Aコンバータ
●PDM D/Aコンバータの基本構造と動作原理について
●PDM D/Aコンバータに必要な外付け回路の例
●民生機器で採用されているその他の簡易なD/Aコンバータの方式とその限界
●PWM (Pulse Width Modulation)とPDM (Pulse Density Modulation)の違い
●基本構造PDM D/Aコンバータの設計例
●任意分解能のPDM D/Aコンバータを実現する方法
■PDM型電子ボリューム （乗算）
●PDM型電子ボリュームの基本原理
●PDM型電子ボリュームの設計例
■PDM型A/Dコンバータ
●比較フィードバック型A/Dコンバータ
●バイナリツリー探索型A/Dコンバータ
●逐次比較型A/Dコンバータ
●変化量可変方式比較フィードバック型A/Dコンバータ
■オペアンプ２個で実現できる∑⊿ (シグマ・デルタ)方式A/Dコンバータ
■任意の周波数の信号を発生するDFL（Direct Frequency Loop）
●DFLを応用したボーレート・ジェネレータの例
■DDS (Direct Digital Synthesizer)
●DDSの構成例 (Altera CPLD EPM240T100C5の場合)
●位相調整回路を付加した同期検波用DDSの構成例
●Direct Digital Synthesizerと同期検波用矩形波の生成例
■UART(調歩同期式シリアル通信)
●最もポピュラーなシリアル通信フォーマット
●シリアル通信送信回路部
●シリアル通信受信回路部
■Appendix DDSやPDMに特有の低周波揺らぎについて
■ワイヤレス生体計測システムの事例紹介
■まとめ
●「超電導量子干渉素子を使った高感度磁気センサのお話」 掲載日 2009/01/19
SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) written by Tomoaki Ueda (上田智章)
■SQUIDとは？
■SQUIDのデバイス構造
■SQUIDのデバイス特性
■IV特性 ■ΦV特性
■環境磁気ノイズについて
■ピックアップ・コイルの種類
■FLL (Flux Locked Loop)
■磁気変調方式FLL ■Drung方式FLL（Slope Lock方式）
■超ワイド・レンジ遷移カウント方式高精度FLL ■超ワイド・レンジ超高速２相カウント方式FLL
■素子特性試験器の回路図
■FLLの回路図
■脳磁（MEG：Magneto-Encephalograph）
■心磁（MCG：Magnetocardiograph）
■心磁計測方法
■心電図同期加算方式によるノイズ除去
当サイトのメインメニューです。
【雑誌・書籍掲載】 管理人の記事が掲載された本です。関連情報はこちら。
お待たせしました。心電計キットの通信販売を開始いたします。。
以前BioSignal社が販売していた心電計キット(写真１下)と比較して若干小型化(写真１上)され、大幅にコストダウンしました。
●入力１ｃｈ、ACカップリング、フォトカプラ絶縁
●USBインターフェース(電源はUSBから供給。ECGアンプとマイコンはオンボード絶縁電源経由で供給。)
●ソフトウェア公開(C#) ダウンロードはこちら 関連ドキュメント(回路図を含む)はこちら
●ECGアンプは汎用OPアンプで構成。
●電極は2mmφの医用のものが接続できますが、ホームセンターなどで購入できるステンレス製の金具でも利用できます。
型番 NTL-ECG-01 価格 \10,000円 ■送料 \550 ■代引手数料 \450
お問合せはshop＠neo-tech-lab.comまで。
■現在、本心電計キットに接続可能な赤外線脈波計ユニット(写真２は本心電計キットとの接続の様子)も開発中です。
※ソフトウェアの表示画面例を示します。(ボタンをクリックするとき波形が乱れるので一人で測定するのは無理かも。)
写真１ 写真２ 表示画面例１ 表示画面例２
●●●画像表示のためのディジタル回路入門●●● 教材にも最適！！
2008年3月号に掲載されたVRAMボードを通信販売いたします。代引きのみです。
●NTL-VRAM-01
完成品1セット \28,000
●NTL-VRAM-B
ボードのみ1枚 \4,000
■送料 \550
■代引手数料 \450
お問合せは
shop＠neo-tech-lab.com
まで。
Keyword Altera Max II EPM240T100C5, Analog Devices ADuC7026, FTDI FT232RL, Quartus II Web Edition, KEIL μVision
Video RAM Board, SVGA, 800×600pixels, CPLD, マイクロコンバータ, ARM7TDMI
written by Tomoaki Ueda (上田 智章)
第1章 画像表示のメカニズム 図形や文字をディスプレイ表示するために必要な知識 pp.20-27
written by Hiroyuki Gurita (操田 浩之)
第2章 ディスプレイ・コントローラの論理回路設計 FPGA/CPLDで同期信号やメモリ・アクセス信号を作る pp.28-42
Appendix フリー・ソフトウェアを使用して配線パターンを設計する pp.43-45
第3章 ディスプレイ描画プログラミング 図形や文字をマイコンで描画する pp.46-60
サンプルプログラムのダウンロードはこちら
【追加情報】
●Max IIへのロジック書き込み方法について
●プリント基板データの参照方法について 回路図
●ADuC7026のプログラミングについて
●C#プログラムの使い方について
●記事訂正事項
■サンプル動画 １） サンプルプログラム [初期化画面の様子] 2) 誤差拡散法による静止画表示例
近日中に、本ボードを用いたDDS (Direct Digital Synthesizer)応用事例について追加情報を掲載する予定です。
特定商取引法に基づく表示
プリント基板の写真
2008/08/23 時代錯誤の回路図によるCPLD設計 やっぱりAltera Max II ! （随時追加予定）
●シリアル通信関連
CPLDだけでもCPUを介さずにWindowsコンピュータと調歩同期によるシリアル通信を行うことが可能です。
■ボーレート・ジェネレータ
Direct Digital Synthesizer (DDS)をボーレート・ジェネレータに応用することで、任意のクロックから高精度なボーレート・クロックを作ります。
■シリアル通信受信回路(調歩同期方式)
ボーレート・クロックの４倍の周波数のクロックを用いて、スタート・ビットの検出と、各データ・ビットの格納、ストップ・ビットで受信バッファへの
格納を行います。
■シリアル通信送信回路(調歩同期方式)
A/D変換値やポート・データをWindowsに返す際に必要となる基本ブロックの構成方法を紹介します。
●信号変換関連
■Pulse Density Modulation(PDM)方式D/Aコンバータ
簡単なLPF (Low Pass Filter)があれば、パルス密度変調により、CPLDもD/Aとして使うことができます。市販品と比較してローコストなD/Aが
得られます。
2007/12/25 車の侵入をパッシブに検出する高感度磁気センサ (MRセンサでもここまでできる。)
特集 *加速度センサ応用製作への誘い
第２章 水面の揺れ方や水位から入浴者の健康状態をZigBeeで確認！
お風呂に浮かべるワイヤレス見守りセンサ
【プリント基板の頒布販売について】
第２章 水面の揺れ方や水位から入浴者の健康状態をZigBeeで確認！
お風呂に浮かべるワイヤレス見守りセンサ written by Hiroyuki Gurita
------------------------------------------------------------------------------------- 操田 浩之
【概要】日本国内で入浴中に死亡される方の数は交通事故死者数の1.5倍以上で、年間１万人を超えています。(一説には１万４千人という数字もあります。) このうち半数は浴槽内での事故によるもので死因は虚血性心疾患や貧血による溺死です。これらは早期に発見できれば助かる可能性があったと考えられます。人が入浴している場合には湯面が揺れることに着眼して３軸加速度センサで湯面の揺れを捉え、ZigBeeでデータを飛ばし、入浴中のプライバシーを守りつつ、健康状態にも目を光らせるセンサを製作してみました。
【追加情報】
●C#開発ツールの使い方関連情報
●dsPIC関連の情報
３軸加速度センサ, カイオニクス
ZigBee, 2.4 GHz IEEE 802.15.4
dsPIC, C# MPLAB
リモートセンシング 見守り
センサ ネットワーク センシング
ユビキタス 遠隔看護/介護
FT232RL, VCP
【主要部品入手先】
●秋月電子通商
３軸加速度センサ
800円/個
●ベストテクノロジー
ZigBeeモジュール
BTX025 ZIG-100B
5,250円/個
●イントロダクション2
加速度センサで検出できる物理量
●コラム 積分誤差を小さくするには工夫がいる
●第6章 3軸加速度/脈波/位置をZigBeeで飛ばして地図表示
GPS搭載のジョギング体調モニタ
●Appendix
加速度センサ選択のためのワンポイント
■ GPS搭載のジョギング体調モニタ
■公開プログラムのダウンロード
【注意事項】ViewGPSrecord5.htmをご自分のホームページに張り付ける場合は６行目中のkey=*****************" type="text/javascript"></script>と書かれた****************の部分をGoogle MapsTMに申請して取得したキー(Key)に置き換えて下さい。
【プリント基板の頒布販売について】
第６章 ３軸加速度 脈波 位置をZigBeeで飛ばして地図表示
GPS搭載のジョギング体調モニタ written by Tomoaki Ueda
【概要】ジョギング中の生体情報を３軸加速度センサ, 赤外線脈波計を使って収集し、GPS (Global Positioning System)情報とともにZigBeeを介して伝送・記録しておき、運動後に地図上で結果を閲覧するシステムを試作してみました。このシステムは、ドライブ・レコーダー、痴呆老人の見守り保護、キッズ・セキュリティー、畜産管理など非常に応用範囲が広いと思います。フリースケール・セミコンダクタ(freescale semiconductor)社製の３軸加速度センサMMA7260Qを実装したサンハヤトの３軸加速度センサモジュールMM2860を 採用しました。秋月電子通商の通販購入可能なカイオニクス社の加速度センサも使うことができます。構成は以下の通りです。
●ジョギング・センサー基板(ウェアラブル・コンピュータ)
PIC16F873 + ３軸加速度センサ + 赤外線脈波計 + GPSレシーバー + ZigBee
●ジョギング・モニター部
Windowsパソコン + FT232RL(USB I/F) + ZigBee
●ウェブ・サーバー
Google MapsTM APIを使って計測データを地図上に表示 。JavaScript
■公開プログラムのダウンロード
【注意事項】ViewGPSrecord5.htmをご自分のホームページに張り付ける場合は
６行目中のkey=******************" type="text/javascript"></script>と書かれ
た****************の部分をGoogle MapsTMに申請して取得したキー(Key)に置き
換えて下さい。
【記事訂正】
●回路図中、赤外線脈波アンプ部のOPアンプのピン番号に４か所ミスがありました。
訂正したジョギングモニターの全回路図と部品表
【追加情報】
●設計コンセプトやドライブモニターとしての実験例など
1) ジョギングモニターの設計コンセプト
2) ジョギングモニターの主な想定用途
3) 垂直加速度から何がわかるのか？
4) ドライブモニターとしての実験結果の例
5) サンハヤト製３軸加速度センサモジュール MM2860の優れた特徴
6) GPSレシーバについて(内部ブロック図)
●ジョギングモニターに使う加速度センサの選定にあたって
1) 加速度センサの動作原理
2) 静電容量型 VS ピエゾ抵抗型
3) 静電容量型MEMS ３軸加速度センサの比較
4) 静電容量型に適した他のアプリケーションの例
5) 傾斜角度検出の原理
●Google Maps APIの使い方について
・はじめに ・まず最初にGoogleのアカウント登録を！
・次に地図を表示するホームページの登録とキーを取得！
・地図を表示してみる！ ・便利なGoogle Maps API
●ドラッグ後に地図の中心座標を表示させる [メッセージの表示事例]
●地図の境界座標と中心座標の表示 [地図上にInfoWindowを表示する]
●地図上にランダムにマーカーを表示する [マーカーに対するイベントの設定]
●地図上にアイコンを表示する [InfoWindow内にテキストと画像も表示する]
●データベースに従って地図上に情報を表示する
●地図上に配置したアイコンをクリックした場合に写真を表示する
●赤外線脈波計のローコスト化
デュアルOPアンプ2個必要だった赤外線脈波アンプの回路を見直し、１個で済むように改良を施しました。
●赤外線脈波に変えて心電図を測定する場合 (超低価格心電計)
以前に発表した回路は高価なデュアルOPアンプ(ICL7621DCPA)を４個も使っていました。今回、回路の見直しをしてみました。１個20円のLM358を3個使って動作します。
(注意：この回路単独では絶縁対策がとれていないオシロスコープ、ロガーに接続するのは大変危険です。必ず電気的絶縁対策を取ってください。)
３軸加速度センサ, freescale
GPS, Global Positioning System
赤外線脈波計, 心拍, 脈拍数
ZigBee, 2.4 GHz IEEE 802.15.4
リモートセンシング 見守り
Google MapsTM API
地図表示心拍動
ウェアラブル コンピュータ
センサ ネットワーク センシング
ユビキタス 遠隔看護/介護
FT232RL, VCP
【主要部品入手先】
●サンハヤト
３軸加速度センサモジュールMMA7260Q
●ベストテクノロジー
ZigBeeモジュール
BTX025 ZIG-100B
5,250円/個
●ストロベリーリナックス
GPSレシーバー88001
8,000円/個
■記事で使用していた3.3V電源のGPSレシーバーは現在販売されていません。現在販売中のものは電源電圧は5Vですが、シリアル出力電圧は3.3Vレベルですので電源さえ ３端子レギュレータの追加などでなんとかすれば直結することができます。
【電子部品代替品情報】
筆者はRSコンポーネンツで赤外線受光素子BPW 34Sを購入しておりましたが、その後、販売が終了してしまったそうなので、代替品として以下をご利用ください。
●RS品番:２０３－１８３
KPD3065C (波長850nm)
●RS品番:２０３－２４０
KPD101M31 (波長850nm)
また、赤外線LEDは
●RS品番:２６７－８３８０
HIRL5010 (波長850nm)
をご利用ください。
本事例のプリント基板の場合、約１時間15分で加工できます。CAD設計から製作完了までの時間は８時間くらいです。
㈱ネオテックラボはミッツ社製プリント基板加工機を２台所有しています。
●記事に掲載された回路を再検討して開発したプリント基板の頒布販売を行います。
●販売する対象は現在のところプリント基板のみを予定しています。電子部品は含まれていません。電子部品は秋月電子通商、RSコンポーネンツ及びベストテクノロジーの３社から個別に購入していただく必要があります。
●回路図、部品表、組み立て方法、ソフトウェアはご購入いただいた方にお知らせいたします。
(←ソフトウェアの表示画面の例)●操田(ぐりた)浩之氏のあひるちゃん型浴室見守りシステムや自由落下の実験にも使えるように工夫しています。
●市販機能モジュールの活用により表面実装部品へのはんだづけは不要ですが、ローコスト化のためグリーンレジストやシルク印刷を省略してプリント基板加工機で製作した片面フェノール基板ですので、中級者以上のはんだづけテクニックが必要です。
【注意】このプリント基板ではGPSレシーバーの接続はできません。
基板の写真 完成した状態 赤外線脈波ｾﾝｻ 本体部分 ZigBee-USBｱﾀﾞﾌﾟﾀ
赤外線脈波アンプをデュアルOPアンプ１個に削減することに成功しました。
【ご用意いただく主要電子部品】
ZigBeeモジュールが高く、部品代は概算15,000円くらいです。
■ZigBee-USBアダプター基板
FT232RL USBシリアル変換モジュール(秋月電子通商 品番AE-UM232R) 950円
ZigBeeモジュール (ベストテクノロジー ZIG-100B 型番BTX025) 5,250円
■赤外線脈波計基板
赤外線LED(波長850nm) HIRL5010 (RSコンポーネンツ 品番267-8380)
フォトダイオード(波長850nm) KPD3065C(RSコンポーネンツ 品番203-183)
■本体基板
PIC16F88-I/P (秋月電子通商) 230円
３軸加速度センサモジュール (秋月電子通商 品番KXM52-1050) 800円
ZigBeeモジュール (ベストテクノロジー ZIG-100B 型番BTX025) 5,250円
【その他】
このワイヤレスモニターに接続できるローコスト心電計プリント基板(汎用デュアルOPアンプ３個)についても オプション販売を始めました。
【販売方法】
販売方法は「代引き」(代金引換サービス)のみです。
●型番 NTL-ZIG-B
ZigBee＋３軸加速度＋赤外線脈波計 実験用プリント基板 定価2,350円(税込)
送料+手数料1,000円
●型番 NTL-ECG-B
ローコスト心電計オプションプリント基板 定価1,650円(税込)
但し、NTL-ZIG-Bの購入者のみの販売とさせていただきます。
お申し込みは こちら。
周波数可変の正弦波発生器 written by Tomoaki Ueda
【概要】トランジスタ技術2006年4月号の付録基板 (Altera社MAX II シリーズEPM240T100C5 [CPLD])を利用して最も基本的なDDS (Direct Digital Synthesizer)を製作した。MAX II の内蔵フラッシュ・メモリ[512ワード×16ビット]に正弦波データを格納している。記事の回路では、外付けD/Aコンバータとしてシリアル・インターフェース (SPI)のAnalog Devices社製AD1866Nを使っていることと、パラレル入出力フラッシュ・メモリALTUFM_PARALLELファンクションのアクセス・タイムが6μ秒と長いために、出力可能な最大周波数は30kHz程度に留まり、全体で軽く１万円を超えていた。
最近、Design Wave Magazine 2006年9月号で紹介したPDM (Pulse Density Modulation)方式のD/AをMAX II のロジックに内蔵し、同時にシリアル・モード(ALTUFM_NONE)のファンクションをパイプライン化してアクセスタイムを1.6μ秒に短縮することに成功した。これにより最大周波数は120kHz程度まで改善することができた。また、外付けに高価なD/Aを使う必要がなくなり、安価なLow Pass Filter (LPF)で済ませることができたので、1/5程度にコストダウンすることに成功した。
【最新情報】下写真右側のようにUSBインターフェースを持ち、DIPスイッチまたはコマンド設定で周波数を可変することができるボードを開発し、左側の同期検波回路などと組み合わせて研究に使用している。このボードはPDM (Pulse Density Modulation)方式のD/AをMAX II のロジックに内蔵しているため極めてローコストである。内蔵フラッシュメモリを用いて正弦波を出力する場合には最大周波数は120kHzである。PDM D/Aのクロック周波数は125MHzであるため、120kHzを出力する場合でも滑らかだ。
(関連出願番号 特願2006-187314)【記事関連】
DDS(Direct Digital Synthesizer)
トランジスタ技術2006年4月号付録基板のMax IIを使ったDDS New
■DDSの動作原理 ■CPLDでDDSを構成する方法の概要
■Max IIで構成したDDSの回路について ■プリント基板の回路図
■Quartus IIの使い方 ■Max IIのロジック設計(回路) ■あとがき
グラフィック液晶モジュールで波形表示
CPLD(Max II)で作るグラフィック表示ボード(VRAM)
ファンクション・ジェネレータ
直交検波器, 同期検波器
LCRメータ, 磁気センサ
スペクトラム・アナライザ
塵埃センサ, ほこり
３相交流, PWM, インバータ
２相, PSK, 位相シフト
第１章 加速度センサ, 角速度センサのしくみ
用途によって求められる応答速度や検出範囲が変わる
センサを適材適所に使いこなす written by Tomoaki Ueda
【概要】主としてMEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術で作られた静電容量型加速度センサと角速度センサ(ジャイロセンサ)について動作原理等を解説している記事です。
http://www.neo-tech-lab.com/Accelerometer.htm (諸事情に伴って未だ編集中)
MEMS
静電容量型加速度センサ
ジャイロセンサ
角速度センサ
【概要】いろいろな磁気センサの紹介記事。
written by Tomoaki Ueda
DWM９月号で、ワンチップマイコンの汎用ディジタルポート出力を任意分解能、倍率調整、オフセット調整の機能を備えたパルス密度変調(PDM:Pulse Density Modulation)型D/Aとして使う方法を紹介しています！さらにPDM型D/Aを使ってA/Dを構成する方法を公開。３月号付録基板(ADuC7026)を用いて６相DDS (Direct Digital Synthesizer)の構成事例を示しています。記事に関係したC言語ソースリストのダウンロードサービスを実施中です。
●Design Wave Magazine2006年3月号の付録基板(ADuC7026)を使うための準備
●ADuC7026内蔵D/Aを使ったDDS(Direct Digital Synthesizer)のソフトウェア[C言語]ダウンロード
●ADuC7026内蔵D/Aを使った３相DDS(Direct Digital Synthesizer)のソフトウェア[C言語]ダウンロード
●PDM(パルス密度変調：Pulse Density Modulation)型D/Aコンバータを用いた６相DDS(Direct Digital Synthesizer)のソフトウェア[C言語]ダウンロード
●DDS(Direct Digital Synthesizer)のサイン波形データを定義するC言語ソースを作成するためのExcel VBAソフトウェアダウンロード [ステップ数や数値範囲を変更する場合に使います。]
デジタルD/A, ソフトウェアD/A
D/Aコンバータ, CPLD, FPGA,
A/Dコンバータ, ∑Δ,
シグマデルタ
「小型液晶ディスプレイの選び方と使い方」
「第６章」
赤外線脈波計を作りながら学ぶRAM付きグラフィックLCDの使い方
◆ダウンロード・サービス
written by
Tomoaki Ueda
書籍「小型液晶ディスプレイの選び方と使い方」の記事に関係した内容です。
赤外線脈波計 回路
赤外線リモコンに使われる赤外線LEDと赤外線受光素子BPW 34Sを使った 赤外線脈波計の回路図です。赤血球に含まれるヘモグロビンには赤外線を吸光する性質があり、動脈の脈拍動に伴って赤外線吸光度が変化することを捕捉して脈波を計測する基礎計測
部の回路です。
赤外線脈波計 （液晶表示バージョン）
赤外線リモコンに使われる赤外線LEDと赤外線受光素子BPW 34Sを使った計測部とSUNLIKE社製グラフィック液晶モジュールSG12232を使ってリアルタイム波形表示と文字表示を行う。
ダウンロード・サービス
2006年4月号付録MaxIIで作るVRAM
ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀ技術2006年4月号の付録(Max II)基板で作ります。
パソコンの液晶ディスプレイや液晶プロジェクタを活用しよう！
ダウンロード・サービス 画像データ
グラフィック液晶モジュール
SG12232
VRAM, CRTC
Altera Max II EPM240T100C5
【電子部品代替品情報】
筆者はRSコンポーネンツで赤外線受光素子BPW 34Sを購入しておりましたが、その後、販売が終了してしまったそうなので、代替品として以下をご利用ください。
RS品番:２０３－１８３
KPD3065C (波長850nm)
RS品番:２０３－２４０
KPD101M31
(波長850nm)
また、赤外線LEDは
RS品番:２６７－８３８０
HIRL5010 (波長850nm)
をご利用ください。
電子部品選択＆活用ガイド第12回 「電流センサ」
●はじめに
表1 電流検出方法のいろいろ
●抵抗を使う 電流測定方法
図1
●４端子法で電流を電圧に変換する方法
図2 ４端子法の説明 図3 カレントループによる情報伝送 図4 負荷電流の測定
図5 電圧/電流変換器の回路例
●抵抗とオペアンプで電流を測定する
図6 電流/電圧コンバータ 写真2 精密抵抗
●微弱電流を電圧に変換する方法
図7 ポテンショスタットの原理 図8 注意事項(漏れ電流) 図9 赤外線脈波計の回路図
●ホール素子を用いた電流センサ
●零位法(平衡型)
図10 ホール素子型電流センサの動作原理
●大は小を兼ねる
図11 電流センサの動作範囲を変更する場合
●事例紹介 [直列共振回路に流れる電流を測定する]
図12 直列共振励磁回路の負荷電流を測定する
●カレント・トランスを使う方法
図13 カレントトランス(CT)の動作原理 図 事例紹介
●ロゴスキーコイル
図14 ロゴスキーコイルの構造
●電流測定用ICを使う方法
インバータ PWM トルク
Pulse Width Modulation
金属探知
２次電池充放電特性試験
「心電計の製作」◆ソフトウェア・ダウンロード
●はじめに
写真1 a) 心電図測定のようす b) RS-232C⇔光シリアル変換ボード
c) 心電計本体ボード d) ステンレス・アングルによる代用電極
e) RS-232C⇔光シリアル変換ボードの裏面
f) 心電計本体ボードの裏面
g) 測定データ表示用ソフトウェアのようす(言語：Visual Basic 6.0)
●心電図波形の成り立ち
図1 心臓の各部の名称 表1 人体を構成する組織と導電率 図2 人体の断面図
図3 心臓の動きと心電図波形
●体のどの２点間の電位差を測定するのか
図4 標準１２誘導法
●心電図から何がわかる？
図5 心臓がWPW症候群や虚血状態にあるときの心電図波形
図6 R-R間隔からストレスの状態や運動能力がわかる
●１チャンネル心電計の製作
図7 製作した心電計のブロック図 表2 部品表
入手先が限定される電子部品について図8 製作した心電計の回路図 (詳細な説明付きの回路図はこちら)
図9 ローパスフィルタの周波数特性 図10 測定波形の例
写真2 ステンレス製Ｌ型アングルを使った測定用電極
写真3 電極の保持方法（サポーターを使う方法） 両手のようす 右足のようす
●交流ノイズ除去方法
図11 交流ノイズ除去方法
●ソフトウェア
●New Excel版心電計モニターソフトウェア (リアルタイム表示はできませんが、シートに指定秒数のデータを残すことができ、グラフにも表示します。また、COMポート番号も1～8まで変更することができます。)
【記事の補足情報】
心電図と心電計記事で紹介した心電計のソフトウェアのダウンロードや別回路 方式で絶縁する心電計の事例紹介(様々な絶縁対策回路)等が中心です。
・フォトカプラ絶縁方式 ・アナログ絶縁アンプ方式 ・ファームウェア補足説明
・ソフトウェアの補足説明
旧心電計のページ生体計測用電極
Ag-AgCl
皿電極
ステンレス テープ電極
ECG:Electrocardiogram
(心電図)
Electrocardiograph(心電計)
P波 Q波 R波 S波 T波 U波
QRS群 STセグメント
デルタ波 WPW症候群
標準12誘導
I誘導 II誘導 III誘導
aVR aVL aVF
V1 V2 V3 V4 V5 V6
標準肢誘導 単極肢誘導
胸部単極誘導法
虚血性心疾患 心筋梗塞
浴室での死亡 1年に１万人
心拍ゆらぎ
LPF:Low Pass Filter
WIN32API
PIC16F873のファームウェア
(CCS社Cコンパイラ)
新シリーズ販売開始。
回路図とソフトウェアは公開。ソフトウェアはC#で新たに開発。
この心電計キットは医療機器ではありません。医療行為(人若しくは動物の疾病の診断、治療若しくは予防)に使うことはできません。
生体計測関連の電子工作キットシリーズを鋭意開発中です。
薬事法（定義）第２条４項によれば以下のように規定されています。
（定義）第２条４項
この法律で「医療機器」とは、人若しくは動物の疾病の診断、治療若しくは予防に使用されること、又は人若しくは動物の身体の構造若しくは機能に影響を及ぼすことが目的とされている機械器具等であつて、政令で定めるものをいう。
●この心電計キットは主として生体計測に興味のあるエレホビー愛好家や電子系学生を対象とした電子工作組立キットです。プリント基板と電子部品をセットにしたもので、電子工作における組立の過程や生体計測に関する知識欲を満たすための趣味や電子回路や計測の学習を目的としています。従って、完成品では入手することはできませんのでご了承をお願いいたします。
シリアル(RS232C)接続を行うには．． (Win32APIを使う方法)シリアル(USB)接続を行うには．． [ハードウェア変更のヒント]FTDI社のUSB I/FチップとVCPドライバを使ってWin32API経由でシリアル(USB)通信を行う方法を説明します。 心電計をUSB接続型にするためのヒントです。但し、シリアル通信と電源に対して絶縁対策を追加で行う必要があります。
小型液晶モジュールSG12232でリアルタイム波形表示を行うためのヒントはこちらHTTPサーバー「Apache」を使おう [遠隔心電図計測のヒント]
Apacheのインストール手順計測データの表示方法のヒント心電図の遠隔監視の仮想実験電子部品選択＆活用ガイド第９回 「磁気センサ」
●はじめに
図1 磁気センサの種類と感度
●ホール素子
図2 ホール素子の動作原理 図3 フレミングの左手の法則 写真1 ホール素子
図4 ホール素子磁気センサの回路図 写真2 ホール素子
●磁気抵抗素子
写真3 MRセンサ 図5 ニッコーシMRS-H-21の構造
図6 ニッコーシMRS-H-21の測定原理(直流励磁型磁気ｾﾝｻ)
図7 Honeywell社HMC1001の内部等価回路と特性
図8 Honeywell社HMC1021S磁気センサ回路 写真4 評価回路
図9 零位法による直線性の改善方法
◆今後の予定：磁気抵抗の測定方法とその問題点
●サーチコイル
図10 サーチコイルの動作原理 写真5 サーチコイル
●リードスイッチ
図11 リードスイッチの動作原理 写真6 リードスイッチ 写真7 リードリレー
●磁性流体による着磁状態可視化シート
図12 磁性流体の構造 写真8 株式会社マグナ magna viewer
●フラックス・ゲート磁束計
図13 フラックスゲート磁束計の構造と動作原理
●磁気インピーダンス素子
図14 MIセンサの構造と動作原理 写真9 評価回路と残留回路ノイズ
●プロトン磁力計
図16 プロトン磁力計の動作原理 写真10 オーバーハウザー磁力計
●スクイド(SQUID)磁束計 (Superconducting QUantum Interference Devices)
図17 DC-SQUID磁束計の動作原理
【追加情報】
●常温型超超高感度磁気センサへの旅 New (2007/12/25)
市販磁気センサ(HMC1021S)で作る高感度磁気センサ
Basicな直流電圧駆動型MRセンサとこれを同期検波処理に変更した２種類の回路図を公開。フラックスゲート、MIやHall素子等にも応用することができます。
・自動車やトラックの侵入を数ｍ離れた位置で完全パッシブで検出したい。
・趣味で地震予知のため地磁気変動を観測したい。
・架線電流が作る交流磁界で独居老人の安否確認に応用したい。
これらは数ナノテスラ程度の磁気分解能があれば実現することができます。
エレベータの昇降や一つ上の階のスチール製事務イスの移動も検出できます。
◆長期的な予定 ：SQUIDなんかもう古い！
冷却不要の常温型超超高感度磁気センサで心磁界計測
磁気分解能１０ピコテスラ＋心磁図の心電図同期加算処理
磁性流体 マグネタイト M-300
リゾビストResovist
フェリデックス 国内製造中止
(フェルモキシデス)
magnetometer gradiometer MEG 癲癇(てんかん)
magnetoencephalogram
MCG magnetocardiogram
WPW症候群 虚血性心疾患
MIセンサ 毛利佳年雄教授
アモルファス・ワイヤ ユニチカ
愛知製鋼 AMI201
アイチ マイクロ インテリジェント
Flux Locked Loop FLL
PTB Drung DC-SQUID
●Honeywell社製MRセンサ(HMC1021S)はRSコンポーネンツで入手できます。
●HTTPサーバー「Apache」を使おう
●Apache2.0.58のインストール手順
●計測データの表示方法のヒント
●Apache2.2.2のインストール方法と設定方法
●心電図の遠隔監視の仮想実験
●Max IIのUFM (ﾕｰｻﾞｰﾌﾗｯｼｭﾒﾓﾘ)定義方法
トランジスタ技術2006年4月号の付録(Max II)基板でｼｰｹﾝｻやDDSを作る場合は内蔵UFM(ﾕｰｻﾞｰﾌﾗｯｼｭﾒﾓﾘ)を使えば外付け部品が少なくなり便利です。
Quartus II Web Edition version5.1[ALTERA社FPGA,CPLD開発ﾂｰﾙ]向けｲﾝﾃﾙHexﾌｫｰﾏｯﾄﾌｧｲﾙの作成方法を説明します。DDSで使うｻｲﾝ波ﾃﾞｰﾀﾌｧｲﾙを作るExcel VBAﾏｸﾛを紹介します。
【VBAプロジェクト】
●ExcelやPower PointのVBAを使う！
Microsoft社のExcelやPower PointのVBAを使ってOSに依存せずにグラフィックスを描画する方法について公開しています。1670万色対応の点、線分、ボックスだけでなく、等高線図を描画するデモプログラムをダウンロードできます。CQ出版書籍 「小型液晶ディスプレイの選び方と使い方」で紹介したグラフィック表示ボードに関連するソフトもあります。
●グラフィック スを描画するには．．
ビットマップ(BITMAP)ファイルとイメージコントロールを使ったグラフィックス描画の方法と作成した２次元描画ライブラリについて説明します。
◆今後の予定：２次元グラフィックス 、３次元グラフィックス
ワールド座標系や透視変換、テクスチャー･マッピング、シェーディング、ｚバッファなどを実装したライブラリの開発を始めました。でも一人で片手間に開発するので気長にお待ち下さい。
●シリアル(RS232C)接続を行うには．．
Win32APIを使う方法を説明します。
●シリアル(USB)接続を行うには．．
FTDI社のUSB I/FチップとVCPドライバを使ってWin32API経由でシリアル(USB)通信を行う方法を説明します。 ソフトウェアというよりはWIN32APIがそのまま使えるUSBインターフェースの作り方です。
●検索エンジンで実験
●Drug Delivery System and Direct Digital Synthesizer
当私設研究所Neo-Tech-Lab.comのweb logを解析してみるとこのページに来られた人の半数はDDS を「Drug Delivery System」の略記体として、残りの60%ほどの人が「Direct Digital Synthesizer」を期待して来られているものと思います。実はややこしいことに私設研究所Neo-Tech-Lab.comではどちらも対象として取り扱っております。磁性ナノ微粒子を使ったナノテク技術(検出、搬送、活性化)は本私設研究所の重要な研究対象のひとつです。しかしながら、Drug Delivery Systemに関する研究内容に関しては現段階では内容を公開しておりません。ウェブ公開 はまだまだ先のことになると思います。
従って、以下はDirect Digital Synthesizerに関する記述ということになります。
DDS（Direct Digital Synthesizer）を計測実験で使うことが多いので、これまで試行錯誤してきた結果をまとめています。
特に、任意分解能を実現し、倍率(ゲイン)やオフセット変更機能まで持ったPDM （Pulse Density Modulation : パルス密度変調）型D/Aの構成方法とDDSの作り方を紹介します。（今後このページは重点的に追加して行きます。ARM７TDMIコア、Max IIを使ったD/Aや６相DDSなどの事例を紹介します。）
計測/制御基板の究極のローコスト化対策●neo-tech-lab提案 「専用A/DやD/Aに依存するのをやめませんか？」
任意分解能、ゲイン調整、オフセット調整を実現できるPDM型D/AローコストDDS(Direct Digital Synthesizer)の作り方 （PIC16F628Aで作る！けちけちDDS製作ノウハウ）任意分解能を実現し、倍率やオフセット変更機能まで持ったPDM（Pulse Density Modulation : パルス密度変調）型D/Aの構成方法とDDSの作り方。（今後このページは重点的に追加して行きます。）
計測・制御アプリケーションの悩み事 (A/DやD/Aは製造中止になる確率が高い、簡易なD/Aの例等)パルス幅変調
(PWM: Pulse Width Modulation)とパルス密度変調
(PDM: Pulse Density Modulation)の違いパルス密度変調
(PDM: Pulse Density Modulation)方法について任意分解能のパルス密度変調
(PDM: Pulse Density Modulation)型D/Aの動作原理PDM型D/Aの倍率(ゲイン)の変更方法についてPDM型D/Aのオフセット調整の方法についてPIC16F628Aで作るけちけちDDS(Direct Digital Synthesizer)の実施例bit7,bit6に正相(0°)のサイン波のPDM出力が、bit5,bit4に逆相(180°)のサイン波のPDM出力が発生されます。
bit7,bit6,bit5,bit4に各々LPF(ノイズ・シェーピングフィルタ)を通すだけ。
PICマイコンでDDSを構成すると、周波数は概ね ～100Hzとなります。
PIC16F628AとICL7621DCPAのLPFだけでDDSが構成できます。CCS社のCコンパイラで記述したソースリストを公開。
DDSファンジェネ(USB接続の事例紹介)[frequency ～100kHz]
USB I/FはFTDI社のFT232BMを使います。Windowsパソコン用ドライバはVCP(Virtual COM Port)を使う ので、通常のシリアル通信と同様にWIN32API経由で行うことができます。
電子ボリュームはAD5231を使っています。
左はPIC16F873, FT232BM, AD9835, AD5231等で構成されるUSBﾌｧﾝｸｼｮﾝｼﾞｪﾈﾚｰﾀﾎﾞｰﾄﾞ。 この回路の出力周波数範囲は ～100kHzです。この制約は出力段に使っているアンプAD620ANの特性によるものです。
Design Wave Magazine2006年3月号付録でDDSを作る[frequency ～10kHz]
トランジスタ技術2006年4月号付録基板のMax IIを使ったDDS New[frequency ～10kHz]
Old
（トランジスタ技術2006年4月号付録で遊ぶ）トランジスタ技術2006年4月号付録基板のCPLD（Altera社製Max II）でDDSを構成した事例です。Max II内蔵のユーザーフラッシュメモリを16bit×512Wの波形メモリとして使っています。出力段のD/AはAD1866(シリアル16bitD/A)を接続しています。CPLD設計はQuartus IIの回路図エディタで行いました。
クロックは、ユーザーフラッシュメモリのOSC出力を使っているため、チップごとにばらつきますが、容易に外部クロック利用に変更することができるはずです。
■DDSの動作原理 ■CPLDでDDSを構成する方法の概要
■Max IIで構成したDDSの回路について
■プリント基板の回路図 ■Quartus IIの使い方
■Max IIのロジック設計(回路) ■あとがき
■設計情報のダウンロード
PIC＋外付けD/A[frequency ～1kHz]
さすがにPIC16F873では32ビットの位相計算は少し負荷が重いようです。
PIC[frequency ～100Hz]
ソフトウェアだけでどこまでできるか挑戦しました！
．．．なんと、外付けD/Aを使いません。
上限周波数にさらに制約がでてきます。でもサイン波はすごくきれいです。
PWMは使いません。ラダー抵抗によるD/Aでもありません。さて、あなたの予想は？