[HTLAB.NET] M5テスラコイルチューナー

ディスプレイを備えたマイコンモジュール「M5StickC Plus」を利用して共振周波数を測定するためのテスラコイルチューナーを製作してみます。

参考ページ

• DIY Homemade Tesla Coil Tuner - RMCybernetics
• Tesla Coil Tuner | Extreme Electronics
• Using an Oscilloscope for Tuning a Tesla Coil for Resonance

 

予備実験

フォトカプラで流れる電流を検出しようとしたのですが、周波数が上がるに連れて応答しなくなってしまいます。

CdSを用いたアナログフォトカプラを使用したところ、CdSの動作が遅いためちょうど良く出力を観察することが出来ました。

 

製作方法

M5StickC Proto Hat に部品をハンダ付けしていきます。

 

測定用の銅線をハンダ付けしてケースに入れます。

 

回路図

こちらが回路図になります。

 

部品リスト

使用した部品の一覧表になります。

 

デジグネータ	部品名	個数	概要	入手先
-	M5StickC (Plus)	1	M5StickC Plusを推奨。	スイッチサイエンス / M5STACK
-	M5StickC Proto Hat	1	チューナーの回路を入れる。	スイッチサイエンス / M5STACK
R1	1/4カーボン抵抗 100Ω	1	抵抗	秋月電子
R2	1/4カーボン抵抗 10kΩ	1	抵抗	秋月電子
C1	積層セラミックコンデンサ 0.1μF	1	コンデンサ	秋月電子
C2	積層セラミックコンデンサ 10μF	1	コンデンサ	秋月電子
OP1	CdSアナログフォトカプラ LCR0203	1	LCR0203 他 自作も可能	秋月電子 / eBay / AliExpress 他
D1	LED	1	Vfが低めなものを	秋月電子
-	AWG24銅線 0.5m	2	接続用	秋月電子
-	ワニ口クリップ	2	接続用	秋月電子
-	六角レンチ 1.5mm	1	Proto Hatの分解に	秋月電子
-	USBケーブル	1	充電用	秋月電子

 

CdSアナログフォトカプラ LCR0203 については、CdSセルとLEDが向かい合わせに密封されている部品です。

入手できない場合は遮光のため黒のビニルテープ等でCdSセルとLEDを密封することで自作も可能です。

 

他のM5シリーズでの動作

今回は「M5StickC Plus」をベースに開発しています。

 

M5StickC 無印

M5StickC Plus と比較すると画面が小さいことと、ブザーが内蔵されていないことがデメリット。

 

M5Stack Basic

ADCのノイズが非常に多い。

M5Stack ではなく、M5StickC シリーズを使用したほうが良さそうです。

 

M5Stack Core2

M5Stack Basic よりはADCノイズがマシではあるが、値が飛ぶ時があった。

テストのためにリボンケーブルで延長しているせいも考えられる。

そのためプロト基板に部品をハンダ付けして検証したいのだが、Core2用のProto Moduleは存在していない？

ボタンが静電容量方式となっているため操作感が無いところも気になる。

 

使用方法

 

2次コイルとの配線

2次コイルを測定する場合は、アースと2次コイルの間にテスラコイルチューナーを挟みます。

プラス側を2次コイルに、マイナス側をアースに接続します。

 

各種ボタンの操作

ボタン	機能	概要
Power	電源	プッシュごとに電源ON/OFF切り替え
BtnA(M5)	測定開始	現在の条件で測定を開始する。測定中は他の操作は出来ない。
BtnB	測定条件切り替え	測定条件を変更する。1秒以上長押しで初期条件に戻る。

 

電源ボタンの操作

プッシュごとに電源ON/OFFが切り替わります。

USBを接続した場合は強制的に電源がONになります。

無操作から10分間でオートパワーオフになります。

 

測定開始ボタンの操作

「M5」と書かれたボタンをプッシュすると測定動作を開始します。

測定が終わるまでは動かさないでください。

 

測定条件切り替えボタンの操作

画面下部に表示されている測定条件が、プッシュごとに切り替わっていきます。

• 1kHz - 960kHz @ Step10kHz 1P
• 1kHz - 960kHz @ Step10kHz 2P
• 1kHz - 960kHz @ Step10kHz 3P
• 1kHz - 960kHz @ Step10kHz 4P

「1kHz - 960kHz」はスウィープする周波数レンジを表しています。

「Step10kHz」はスウィープする際の周波数ステップを表しています。

最後の「1P」は測定パス数を表しています。

「1P」であれば「1kHz - 960kHz」の範囲を10kHzステップで走査して結果を表示します。

「2P」であれば「1kHz - 960kHz」の範囲を10kHzステップで走査した後に、一番反応がある周波数を中心として1kHzステップで再度走査します。

ボタンを1秒以上長押しすると最初の測定条件に戻ります。

 

測定結果表示

「1kHz - 960kHz @ Step10kHz 2P」条件で約410kHzの2次コイルを測定するとこうなります。

2パス測定条件なので、最初の測定が終わった後に1kHzステップに変更され再度走査されます。

 

最後に共振周波数が表示されます。

レンジ表記は波形が盛り上がった部分の周波数帯域を表示します。

 

ベータテスト（2021/06/17～）

 

ファームウェアのダウンロード

現状のファームウェア等は以下で公開しています。

 

 

 

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