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簡易周波数感応スイッチ

概要

ある特定の周波数に感応して、LEDを点灯させるスイッチを製作しました。
<用途>

  • ラジオの時報(880Hz)を検出して、時計をリセットさせる。
  • ホイッスルの音を検出して、試合中に何回ホイッスルが吹かれたかをカウントする。
  • 特定の周波数でドアを開ける。(電子キー)
  • 特定の周波数だけ通過させる。(バンドパスフィルタ)

<仕様>

  • 感応周波数の範囲は、100Hz~1MHzとします。
  • 設定スイッチ(SW_SET)で、感応周波数(設定値)を設定します。(EEPROMに書き込みます)
  • 判定範囲は、±10Hz、±100Hz、±1KHz、±10KHzの4種を指定できます。
  • 周波数感応(判定)モードとパソコン接続モードを指定できます。
    • 周波数感応(判定)モード
      ￫設定値(感応周波数)と測定値を比較し、結果をLEDで表示します。
    • パソコン接続モード
      ￫設定値(感応周波数)と測定値ををパソコンにデータ転送します。(9600bps)

動作原理(ハードウェア)

◎信号の増幅
入力信号の増幅には、トランジスタ(2SC1815)を自己バイアス方式で使用した簡単な回路としました。
用途(周波数帯域や増幅率など)に応じて変更してください。

◎判定結果の表示
判定結果は、LED_HおよびLED_Lを使用して表示します。

◎判定範囲の設定
設定値に対して、±何Hzの範囲であれば、OKなのかNGなのかを、スイッチ(SW_MODE_0、SW_MODE_1)で指定します。

◎パソコンとの接続
必須ではありませんが、動作確認を行うために、設定値および測定値を、RS232Cでパソコンに送信します。
トランジスタ(2SC1815)を使用した、簡易なレベル変換(論理反転を含みます)を行っています。

動作原理(ソフトウェア)

◎メイン処理(main)

  • 起動時にスイッチ(SW_SET)の状態によって、動作モードを決定します。
    • SW_SET=OFF状態であれば、周波数感応(判定)モードとします。
    • SW_SET=ON状態であれば、パソコン接続モードとします。
  • EEPROMに書き込まれている、設定値(感応周波数)の値を読み込みます。(target)
  • 周波数を測定するためのゲートタイム(100msec)を設定します。(CCPとTIMER1を使用、set_gate_time関数)
  • 周波数を測定するためのカウンターを初期化します。(TIMER0を使用、init_counter関数)
  • 周波数を測定(測定値)します。(measurement関数)
  • スイッチ(SW_SET)が押下されていれば、測定値を設定値とし、値をEEPROMに書き込みます。
  • 周波数感応(判定)モードであれば、判定処理を呼び出します。(judgment関数)
  • パソコン接続モードであれば、設定値と測定値をUSART(RS232C)に出力します。

◎判定処理(judgment)

  • 測定値、設定値、判定範囲を元に、判定を行います。
    • 測定値が設定値+判定範囲よりも大きい場合には、LED_Hを点灯させます。
    • 測定値が設定値-判定範囲よりも小さい場合には、LED_Lを点灯させます。
    • 測定値が設定値±判定範囲以内であれば、LED_HおよびLED_Lを点灯させます。

◎割り込み処理

  • CCPとTIMER1を使用して、100msecの割り込みを発生させます。(set_gate_time関数)
  • フラグ(flg)が“1“であれば、ゲートを開けます。フラグ(flg)を“2”にする。
  • フラグ(flg)が“2“であれば、ゲートを閉じます。フラグ(flg)を“0”にする。

◎周波数測定処理

  • フラグ(flg)を“1“にして、測定を開始します。
  • フラグ(flg)が“0”になるまで、処理を繰り返します。
  • 測定値を戻します。

◎判定範囲取得処理

  • スイッチ(SW_MODE_0、SW_MODE_1)の状態を元に、判定範囲を決定します。

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判定範囲（設定値に対して）　　 SW_MODE_1　　 SW_MODE_0
±10Hz ON(0) ON(0)
±100Hz ON(0) OFF(1)
±1KHz OFF(1) ON(0)
±10KHz OFF(1) OFF(1)

回路図

ソースコード

freq_switch.c
//**********************************************************************
/*
　　　＜簡易周波数感応スイッチ＞ 
　　・感応周波数＝100Hz～1MHｚ 
　　・判断範囲＝±10Hz、±100Hz、±1KHz、±10KHz 
*/
//**********************************************************************
//SWITCH&LED
sbit    SW_MODE_0   at  GPIO.B0;
sbit    SW_MODE_1   at  GPIO.B1;
sbit    SW_SET      at  GPIO.B3;
sbit    LED_H       at  GPIO.B5;
sbit    LED_L       at  GPIO.B4;
//OTHER
#define BYTE        unsigned  short
#define WORD        unsigned  int
#define DWORD       unsigned  long
//**********************************************************************
extern  void    main();
extern  void    set_gate_time();
extern  void    init_counter();
extern  void    interrupt();
extern  DWORD   measurement();
extern  void    Soft_Uart_Write_String(char *buf);
extern  DWORD   get_scope();
extern  void    judgment(DWORD freq, DWORD target, DWORD scope);
//**********************************************************************
//■■■メイン関数■■■ 
void    main()
{
        DWORD   freq;
        char    buf[11];
        short   mode;
        union {
                DWORD   _DWORD;
                BYTE    _BYTE[4];
        }       target;
        //
        OSCCON = 0b01110000;
        CMCON0 = 0b00000111;
        ANSEL  = 0b00000000;
        TRISIO = 0b00001111;
        //
        LED_H = 0;
        LED_L = 0;
        //動作モードを決定します。 
        mode = 0;
        if (SW_SET == 0) {
                while (Button(&GPIO, 3, 1, 1) == 0) {
                        LED_H = 1;
                        Delay_ms(100);
                        LED_H = 0;
                        Delay_ms(100);
                }
                //
                mode = 1;
                //
                Soft_Uart_Init(&GPIO, 3, 4, 9600, 0);
        }
        //目標値をEEPROMより読み込みます。 
        target._BYTE[0] = EEPROM_Read(0);
        target._BYTE[1] = EEPROM_Read(1);
        target._BYTE[2] = EEPROM_Read(2);
        target._BYTE[3] = EEPROM_Read(3);
        if (target._DWORD > 1000000) {
                target._DWORD = 1000000;
        }
        //ゲートタイム(100msec)を設定します。 
        set_gate_time();
        //カウンターを初期化します。 
        init_counter();
        //
        while (1) {
                //周波数を測定します。 
                freq = measurement();
                //目標値を設定します。 
                if (SW_SET == 0) {
                        target._DWORD = freq;
                        //目標値をEEPROMに書き込みます。 
                        EEPROM_Write(0, target._BYTE[0]);
                        EEPROM_Write(1, target._BYTE[1]);
                        EEPROM_Write(2, target._BYTE[2]);
                        EEPROM_Write(3, target._BYTE[3]);
                }
                //
                switch (mode) {
                case 0:  //測定結果を判定します。 
                        judgment(freq, target._DWORD, get_scope());
                        break;
                case 1:  //目標値と測定結果をUSART（RS232C）出力します。 
                        LongWordToStr(target._DWORD, buf);
                        Soft_Uart_Write_String(buf);
                        LongWordToStr(freq, buf);
                        Soft_Uart_Write_String(buf);
                        Soft_Uart_Write_String("\r\n");
                        break;
                }
        }
}
//**********************************************************************
//■■■判定関数■■■ 
void    judgment(DWORD freq, DWORD target, DWORD scope)
{
        if (freq > (target + scope)) {
                LED_H = 1;
                LED_L = 0;
                return;
        }
        if (freq < (target - scope)) {
                LED_H = 0;
                LED_L = 1;
                return;
        }
        LED_H = 1;
        LED_L = 1;
}
//**********************************************************************
//■■■ゲートタイム設定関数■■■ 
void    set_gate_time()
{
        // CCPの設定
        PIE1.CCP1IE = 1;
        PIR1.CCP1IF = 0;
        CCP1CON = 0b00001011;
        CCPR1L = 0xA8;        // 0.1sec...(1÷8000000)*4*8*25000
        CCPR1H = 0x61;
        // TIMER1の設定
        PIE1.TMR1IE = 0;
        PIR1.TMR1IF = 0;
        TMR1L = 0;
        TMR1H = 0;
        T1CON.T1CKPS0 = 1;
        T1CON.T1CKPS1 = 1;
        T1CON.TMR1ON = 1;
}
//**********************************************************************
//■■■カウンター初期化関数■■■ 
void    init_counter()
{
        INTCON.T0IE = 0;
        INTCON.T0IF = 0;
        TMR0 = 0;
        OPTION_REG.T0CS = 1;
        OPTION_REG.T0SE = 0;
        OPTION_REG.PSA  = 1;
        OPTION_REG.PS0  = 0;
        OPTION_REG.PS1  = 0;
        OPTION_REG.PS2  = 0;
}
//**********************************************************************
//■■■割り込み関数■■■ 
short   flg = 0;
void    interrupt()
{
        if (PIR1.CCP1IF == 1) {
                PIR1.CCP1IF = 0;
                //
                switch (flg) {
                case 1:
                        TRISIO.B2 = 1;
                        flg = 2;
                        break;
                case 2:
                        TRISIO.B2 = 0;
                        GPIO.B2 = 0;
                        flg = 0;
                        break;
                }
        }
}
//**********************************************************************
//■■■周波数測定関数■■■ 
DWORD   measurement()
{
        DWORD   freq;
        //
        TRISIO.B2 = 0;
        GPIO.B2 = 0;
        freq = 0;
        TMR0 = 0;
        INTCON.T0IF = 0;
        flg = 1;
        // 割り込みを許可します。 
        INTCON.PEIE = 1;
        INTCON.GIE = 1;
        //
        while (flg != 0) {
                if (INTCON.T0IF == 1) {
                        INTCON.T0IF = 0;
                        freq++;
                }
        }
        if (INTCON.T0IF == 1) {
                INTCON.T0IF = 0;
                freq++;
        }
        // 割り込みを停止します。 
        INTCON.PEIE = 0;
        INTCON.GIE = 0;
        //
        return (((freq * 256) + TMR0) * 10);
}
//**********************************************************************
//■■■USART文字列送信関数■■■ 
void        Soft_Uart_Write_String(char *dat)
{
        while (*dat != 0x00) {
                Soft_Uart_Write(*dat);
                dat++;
        }
}
//**********************************************************************
//■■■判定範囲取得関数■■■ 
DWORD   get_scope()
{
        if ((SW_MODE_1 == 0) && (SW_MODE_0 == 0)) {
                return (10);        //±10Hz 
        }
        if ((SW_MODE_1 == 0) && (SW_MODE_0 == 1)) {
                return (100);       //±100Hz
        }
        if ((SW_MODE_1 == 1) && (SW_MODE_0 == 0)) {
                return (1000);      //±1KHz
        }
        if ((SW_MODE_1 == 1) && (SW_MODE_0 == 1)) {
                return (10000);     //±10KHz
        }
}
//**********************************************************************

動作確認

パソコン接続部です。

設定値を1MHz±10kHzに設定しました。
LED_HおよびLED_Lが共に点灯しているので、範囲内となります。

設定値(1MHz±10kHz)に対して、測定値が1.02MHzと高いので、LED_Hのみが点灯します。

設定値(1MHz±10kHz)に対して、測定値が0.98MHzと低いので、LED_Lのみが点灯します。

設定値を100kHz±1kHzに設定しました。
LED_HおよびLED_Lが共に点灯しているので、範囲内となります。

設定値(100kHz±100Hz)に対して、測定値が100.2kHzと高いので、LED_Hのみが点灯します。

設定値(100kHz±100Hz)に対して、測定値が99.8kHzと低いので、LED_Lのみが点灯します。

パソコン接続モードにして、設定値と測定値をUSART(RS232C)に出力します
左側=設定値(感応周波数)です。
右側=測定値です。

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