まえがき
商用電源からシールドバッテリーをフロー充電にて常に満充電にしておき、停電、地震等の災害時に照明等が点灯する「災害用照明」をPICマイコンを使って製作しました。その機能のひとつに「FMラジオの緊急地震速報を受信すると照明が点灯する」があり、下記モジュールで実現しています。
日本キャステム株式会社の「緊急放送受信モジュール」ER-4334-FMはFMラジオ放送を常に受信して「緊急地震速報」，「緊急警報放送」を検出します。前者は携帯電話でも受信ができるものと同じで地震の直前の速報で、後者は津波警報や東海地震警戒宣言の放送です。「災害用照明」では「緊急地震速報」の検知機能を使いました。その仕組みは以下の通りです。
例えばNHKのテレビが緊急地震速報を放送する際、「緊急地震速報です。」と言うアナウンスの後にチャイム音が入るのを東日本大震災の際、いやと言うほどお聞きになったかと思います。放送の音声に含まれるこのチャイム音を専用のデコーダーで絶えずチェックすることで検出しています。民放FM放送でもこのチャイム音はNHKのTVの音と統一されています。
30ミリ×40ミリの大きさです。電源DC5V、電流50mA以下、UART 57600bps/データ長8ビット/ストップビット1/パリティーなし/ハードウエアフロー制御なし。FM受信周波数76.0から90.0MHZ0.1MHZステップ。
注意点は内部電源が3.3VなのでUARTのRXとTXも3.3Vであるため2種類電源が必要なことです。なお、内部3.3V電源を外部には取り出せません。
緊急放送用受信モジュール(FM) ER-4334-FMと評価ボード(メーカーではベースボード)
モジュールを直ぐに動作テスト出来る評価ボードが用意されています。
RS-232C用のDサブ9ピンとPCと接続します。スイッチが3つ付いているのでPC無しでもテスト出来ますが受信周波数がはっきりしません。PCと接続することで受信周波数を確認するコマンドを送信すれば返信で確認できます。
PCと接続してER-4334-FMからのシリアルを受信する分かりますが、電源投入直後に大量のデータがPCへ送信されてきます。電源投入直後等、PICとER-4334-FMのタイミングずれないよう注意が必要です。「災害用照明」ではPICからER-4334-FMの電源をONにすることで、PICの受け入れ準備が整ってから受信出来ようにしました。下記がそのデータです。
※テキスト及び意味の表記(\rは0x0Dです。赤文字は意味を表わしていますので1byteデータではありません)
~\r
ER-4334-FM\r
Copyright (c) 2012 Japan Kyastem Co., Ltd. \r
All rights reserved. \r\r
initial test (1秒) . (1秒) . (1秒) . (1秒) . (1秒) . \r
28h. FM Radio Freq:80.0 [MHz].\r\r
$>
※16進表記及び意味の表記(赤文字は意味を表わしていますので1byteデータではありません)
00 0D ↓
45 52 2D 34 33 33 34 2D 46 4D 0D ↓
43 6F 70 79 72 69 67 68 74 20 28 63 29 20 32 30 31 32 20 4A 61 70 61 6E 20 4B 79 61 73 74 65 6D 20 43 6F 2E 2C 20 4C 74 64 2E 0D ↓
41 6C 6C 20 72 69 67 68 74 73 20 72 65 73 65 72 76 65 64 2E 0D 0D ↓
69 6E 69 74 69 61 6C 20 74 65 73 74 20 (1秒)2E(1秒)2E(1秒)2E(1秒)2E(1秒)2E 0D ↓
32 38 68 2E 20 46 4D 20 52 61 64 69 6F 20 46 72 65 71 3A 38 30 2E 30 20 5B 4D 48 7A 5D 2E 0D 0D ↓
24 3E↓
ER-4334-FMモジュール周りの回路図
パワーアンプがONの前提で下記を説明します。
電源投入後、選曲されているFM局が受信可能なエリアにあればスピーカーから音がでます。FM局がなければノイズ音が出ます。
スイッチS2を押す毎にER-4334-FMの8個のレジスタに事前に登録されている周波数を順にUPします。このレジスタはEEPROMです。また、受信状態が良ければLEDが点灯します。
スイッチS0を1回押すと緊急地震速報検出がLOWに変化します。続けてスイッチS1を1回押すと緊急地震速報検出がHIGHへ戻ります。
従って、パワーアンプのON/OFFと緊急地震速報検出を関連づければ、速報の時だけ放送が聞こえるようにできます。簡単な例として、緊急地震速報検出はオープンドレイン出力なので、5.1kのプルアップ抵抗を外し、電源と緊急地震速報検出の間にリレーを入れるます。検出したらリレーのコイルに電流が流れますのでリレーの接点を利用してパワーアンプのON/OFFが実現できます。
外部PIC制御が5Vのため、UARTのレベル変換をしています。UARTにて各種コマンド送信することで、選曲したり、現在の受信局の周波数を求めたり等、様々なコマンドで制御できます。基本的な動作は上記に示したとおりUART無しでも使えますが、液晶等で現在の受信周波数を表示したい場合などはUARTによるコマンド制御が必要です。
ER-4334-FMへの電源供給前にLCフィルタがあります。ER-4334-FMから発生したと思われる150KHZのノイズ除去のためです。このノイズがアンプへ回って悪影響を及ぼすことを懸念しました。LCフィルタを付加するとノイズは殆ど無くなりました。
3.3V-5Vレベル変換回路 ADuM3201
XC6202P332TBのLDOレギュレーターで3.3Vを作ります。
ADuM3201は絶縁用デバイスですがレベル変換用に使用しました。この回路では1番ピンから4番ピンは5V用、4番ピンから8番ピンが3.3V用の回路として動作しています。VIBに入力される5Vの信号は、VOBで出力されるとき3.3V信号に変換されています。VIAに入力される3.3Vの信号は、VOAで出力されるとき5V信号へ変換されています。従ってVIAがER-4334-FMのTxDへ接続され、VOBがER-4334-FMのRxDへ接続されます。また片方の電源止めても動作します。片側の電源を止めた場合はもう一方の出力へはHIGHが出力されます。例えば、VDD1側の電源を止めるとVOBが3.3VのHIGHになります。
「災害用照明」ではバッテリー駆動時の省電力のため使用していない回路の電源を落としていますので、片側の電源がOFFでも動作出来るためこのデバイスを選びました。実際に「災害用照明」ではVDD2側を止めますが、VDD2側を止めるとVOA出力が5VのHIGHになります。PICのRXはアイドル時がHIGHですからVOAからゴミデータも入らなくて好都合です。
VIBとVIAには電源投入時にアイドルHIGHが保たれるよう56kΩで弱プルアップしています。
ON/OFF付パワーアンプ回路図 LM4865
ER-4334-FMのオーディオ出力ではスピーカーを大きく鳴らせませんのでパワーアンプLM4865を使用しました。
選択のポイントはシャットダウン機能、DC制御電子ボリューム機能、8Ωのスピーカーの駆動、ピン間1.25ミリのSOパッケージです。
アンプ周りはデータシート通りに設計しました。少し手を加えたところがVOLピン周りです。300度近く回転するVRの広い範囲で音量調整をしたかったので実際の音量を確認しながら調べた結果、3kΩVRのプラス側には5kΩを、グランド側には2kΩを直列接続しました。
ER-4334-FMのオーディオ出力は常に信号が出たままですのでLM4865をシャットダウンさせることで平時ではスピーカーから音が出ないようにします。シャットダウンをさせるにはVOLピンをGNDに接続すれば良いのでVRのプラス側をハイサイドFETスイッチでON/OFF制御します。FETスイッチがOFFになればVOLピンはGNDと同電位となりシャットダウンします。
ハイサイドFETスイッチはPチャネルMOS-FET(IRLML2246TRPbF)とデジタルトランジスタで構成されています。図の端子2をHIGHにするとFETスイッチONとなりパワーアンプもONとなります。なおER-4334-FMのオーディオ出力は図の端子1に接続します。
ER-4334-FMのオーディオ出力は常に信号が出たままで、これをシャットダウン中のLM4865に常時入力したままで良いのかどうか迷いました。結局フォトモスリレーAQY225R2Sを追加して、平時ではオーディオ出力がLM4865へ入力されないようにしました。
フォトモスリレーを使用するならばシャットダウン回路は不要かもしれませんが、ポップ音が発生する可能性もあります。オーディオ信号は交流信号なので、フォトモスリレーの端子間容量が高くOFFの状態でも信号が通過してはいけないので低端子間容量であるAQY225R2Sを選択しました。
ER-4334-FMのオーディオ出力は比較的低い電圧でクリップされて歪みます。スピーカーで聴くことを想定した音質ではないようです。径の小さなスピーカーで音量を少しでも大きくすると歪みが目立ちました。径の大きなスピーカーにすることで歪みを目立たなくして聴ける音質になりました。
緊急地震速報受信のテスト
FMトランスミッターを用意できれば実際の緊急地震速報受信テストが可能です。こちらには過去に制作したキットがありましたので図のようにテスト出来ましたが、現行で調べてみると秋月電子通商にキットがありますが試してはおりません。
トランスミッターの条件は76.0から90.0MHZ間で0.1MHZステップで送信周波数を合わせられるものです。NHKのインターネットサイトで動画を再生し、PCのオーディオ出力又はヘットフォン出力をFMトランスミッターへ接続することで微弱FM波で緊急地震速報放送テストが出来ます。こちらでは成功しました。
完成したプリント基板
「災害用照明」の基板で、今回紹介した回路は赤枠がアンプ部で、黄色枠がER-4334-FM部です。
