nabeの雑記帳

MSP430を使用した超低消費電力な加速度（振動）ロガーを製作しました。

• 概要
• 仕様
• 回路図と部品表
• 低消費電力動作の細工
  • ファームウェアの細工
• ソースコード（ファームウェア）
• 連絡等

概要

• 単３電池×３で半年～、単３×４で１年動作
• MicroSDカード(SDHC対応)へのデータ保存（FAT/FAT32）
  • MicroSDなので入出力インターフェイスが不要。
• カウント機能（万歩計みたいな感じ）

写真は「TAKACHI 防水・防塵アルミダイキャスト(AD10-7-4/W100×D65×H40)」に入れたものです。基板は厚さ約6mm以下になります。

仕様

• センサーをADXL345に変更すれば平均消費電流が0.1mA程度低下し、単３電池３本で1年動作する見込みです。
• 本機は加速度センサーですが、本機をベースに温度センサーや湿度センサー等様々なセンサーを接続することが可能です。その場合もスタンドアローンで長期間動作します。

回路図と部品表

• 回路図と写真の回路は若干異なります。
• L1がDCDCのコイルです。適当に22uHを選びましたが、この値も突き詰めると変換効率が変わると思います。
• L2,L3はノイズ除去用です。無くてもよさそうですが。
• C16はSDカードの定番としては10uFですが、突入電流で電圧降下が起こりMSP430にリセットがかかるため2.2uFにしました。L2を取り払ったり、電源の積セラを増やした方がよさそうです。
• JTAGコネクタはSpy-By-Wire式での端子になっています。D3のSBDとR9はJTAGから給電する細工です。
• C20/C21はクリスタル安定用です。温度補償用セラミックコンデンサ(C0G/NP0)で補償を取りたいためMSP430内臓のCLはオフにしてます。*3
• C26～C28は0.33uに変更した方がいいかも知れません。カットオフは0.22uで22.6Hz、0.33uで15.1Hz。

低消費電力動作の細工

• ADXL330は駆動電圧があがると消費電流が増えます。なおADXL330は生産中止が決まっておりピン互換のADXL335は消費電流が多いため、ADXL345への変更を推奨。
• LTC1878は1mA以下の領域での変換効率が高いものを選びました。一般に高効率DCDCと言っても1mA以下では変換効率が50%以下というものも少なくありません。LTC1878より良いものがありましたら教えてください。
• AVccとVddに異なる電圧を与えるとMSP430内で端子が接続されているので発熱してしまいます。ADC基準電圧はVRefで与えるべきです。
• 動作電圧はなるべく低くしたいのですが、SDをきちんと動作させるために2.7Vが必要です。Vdd=2.7V付近にしています。
• MSP430F5418Aが登場すればよりCPUコア電圧を下げられるため、より低消費電力にできます。*4
• FPF1005はSDカードの電源を切断するためのものです。SDは電源を与えるだけで数mAの電流を消費してしまいます。1分に1度、SDへ書き込みするときのみ電源を投入しています。MSP430側もSPIモードに設定するとSDが電流を消費してしまうため、書き込み終了後Outputモードに切り替え、Lowを出力します。*5

ファームウェアの細工

MSP430のアプリケーションノート等にあるように、全体を割り込みによるイベントドリブン型として製作してあります。メインプログラムは、初期化処理終了後に

// CPU halt
__bis_SR_register(LPM3_bits);

しています。

• ADCは1/32秒に1回センサーを観測
• RTCは1秒に1回、時刻情報読み取り
• SDは1分に1回、SPIを初期化しMicroSDに記録

その他、箇条書き。

• 動作周波数は1MHzで、SPIクロックを同じにしています。ADCクロックもMCLK(1MHz)を参照しています。
• FatFsは毎回（SD電源投入ごとに）初期化するのではなく、最初に初期化してファイルを開いたままSDの電源を切ります。

  SDの電源投入 → SPI&SD初期化 → FatFsでアクセス(f_sync) → SD&SPIの終了

ソースコード（ファームウェア）

• logger-src.lzh（中にあるREADME.txtを参照のこと）
  • ソースの一部であっても勝手に流用することは厳禁です。事前にご相談ください。

16KBまでフリーで使用できるTiの統合開発環境Code Composer Essentialsを使用しました。JTAGはMSP-FET430UIF($99)です。

連絡等

興味ありましたら事情を明記の上で連絡ください。研究用途や面白そうな話等、場合によってはサンプルを貸し出したり協力することも可能です*6。上の基板は20枚ぐらいあまっていますが（笑）*7

センサー載せ変えれば加速度以外でもだいたいのものが測れます。