４．製作

　パターンができあがったら、OHPフィルムに１層目、２層目別々に印刷 します。印刷面と基板を密着させるため、１層目は反転印刷です。印刷が できたら、1mm厚程度の透明なプラスチック製のビニール板かアクリル板をはさみ、 両面のパターンがピッタリ一致するように調整して両面テープで１層目、２層目の フィルムを張り付けます。フィルムの間に基板を挟みこみ、感光させます。 感光は普通の蛍光燈でもできるのですが、やはり感光用の道具（サンハヤトが 売り出していライトボックス等）を使ったほうがいいでしょう。今回は最少で 0.3mm幅のパターンですが、感光はかなり長めの時間行い、現像はちょっと 熱めの温度で行った方が感光した部分としていない部分の境界がシャープに なります。現像が完了したらエッチングを行います。エッチングも少々 高めの温度（45℃位）で多めのエッチング液を使用した方がきれいに エッチングできます。エッチングが完了すると、図4-1、図4-2のようになります。

図4-1：ボード部品面

図4-2：ボード半田面

エッチングが完了したら、そのままの状態で穴あけ、加工を行います。部品面と 半田面をつなぐスルーホールの部分は0.6mm、通常の穴は0.8mm、太めの端子が入る 部分（ピンヘッダ等）は1.0mmそれ以外のものは部品やねじの大きさに合わせた 径の穴を開けます。穴あけが終わったらカッターでファンコントローラの部分と JTAG書き込み器の部分を切り出します。ファンコントローラの方はPCIスロットに 入る形ですので、それに合わせて加工します。カッターや金のこを利用して 外形を切り出し、やすりで角を取ります。PCIのスリットの部分は金のこで 切込みを入れいると大体ちょうどいい幅になります。
　これで基板の加工は完了ですので、アルコールを使って感光剤をきれいに ふき取り、丁寧に水洗いしてよく乾燥させます。乾燥後、フラックスを塗って 基板作成完了です。フラックスはスプレー式の法がきれいにぬれるかもしれません。 なお、基板洗浄後、なるべく早く乾燥させてフラックスを塗ったほうがいいです。 あまり時間を置くと、銅箔面が汚くなってしまい、半田がのりにくく なってしまいます。レジストをつけるのも手ですが、コストもかかるし作業も たいへんなので今回はフラックスを塗るだけにしました。完成した基板を 図4-3、図4-4に示します。

図4-3：ボード部品面（基板作成完了）

図4-4：ボード半田面（基板作成完了）

★CPUボード以外の実装

　基板ができあがったら部品を実装します。まず最初にスルーホールになる部分 に鈴メッキ線等を通し、部品面、半田面両側を半田付けします。次に抵抗、 コンデンサ等のチップ部品、FT232BM、74HC14、74HC04、XC9572、MAX232等の 表面実装タイプのICをつけます。FT232BMは0.8mmピッチのQFPタイプの パッケージです。最初にパッドの部分に半田をつけ、次にICを載せて 半田付けします。くれぐれも隣の足とブリッジしないように注意してください。 また、よく目視確認してしっかり半田付けされていることを確認してください。 よく見たら半田がちゃんとついてなかったということはよくあります。 XC9572は44ピンのPLCCパッケージです。まずICをひっくり返してピンの部分を 半田メッキし、基板のパッドの部分も半田メッキします。次にICを載せ、 隅の1ピンを使って仮止めし、ICを固定します。最後にピン全部をしっかりと 半田付けします。これで表面実装品はすべて実装したので、次にリード 部品を実装します。抵抗、コンデンサ、トランジスタ、LED等の部品をつけ、 最後に一番背の高いコネクタ等をつけます。なお、この時点では まだCPUボードはつけません。ここまでのできあがりを図4-5に示します。

★PCIアングルの作成

　ここで、PCI取り付け用のアングルを加工してしまいます。まず、PCショップ等に よく販売しているPCI空きスロット用のアングルを用意し、それにUSB用の角穴を あけます。他のPCIボードを参考にしながら現物あわせで位置を確認してから、 ドリル等で穴を開け、やすりで徐々に広げながら角穴にしていきます。板厚は 約1mm程度と薄いはずですのでそんなに大変な加工ではないと思われます。 PCIのアングルの加工が終了したら、基板に取り付けるL型の金具を加工します。 DIY店等で売っているアルミのL字型アングルを小さく切り出し、基板に固定する ためのねじ穴（穴ではなくU字型の切り込みでもOK）を加工します。PCIアングル とは接着剤等でつけてしまってもかまいません。大きな半田ごてを持っていれば L字型の金具とPCI用のアングルは半田でつけてしまうと導通も確保できて良いと 思います。接着剤でつけた場合はGNDとPCIアングルとを何らかの形で導通するように してください。できあがったアングルを図4-6に示します。

図4-6:(a)PCIアングル（フロント側）

図4-6:(b)PCIアングル（リア側）

★JTAGダウンローダーの作成

　ここで先にCPLDのJTAGダウンローダーを作ってしまいます。図4-7のように部品を 実装します。74HC125の足はスルーホールもかねているので、忘れずに部品面、半田面 両方で半田付けしてください。同時にダウンロード用のケーブルも作ってしまいます。 JTAGダウンローダーとファン制御基板を接続するもので、8ピンストレート ケーブルです。8ピンのレセプタクルがなければ10ピンのストレートケーブルで 代用してもかまいません。
　ここで、ファン制御基板、JTAGダウンローダーの両方の電源にテスタをあて、 ショートしていないかどうかを確認します。ショートしている状態でいきなり PCの電源を入れいるとPC側の電源が壊れてしまうこともあるので、必ず電源が ショートしていないことを確認し、ショートしていれば修正してください。 基板か部品実装のどこかで間違いが発生しています。
　電源がショートしていなければとりあえず電源を入れてみます。電源を入れると FT232BMに接続されているLEDが点灯するかもしれませんが、これは点灯しても しなくても気にしなくていいです。電源を入れてみて問題がなさそうであれば CPLDのロジックダウンロードを行います。

★CPLDロジックのダウンロード

　図4-8のようにJTAGダウンローダーとファン制御基板のJTAGポートを接続し、 かつPCとJTAGダウンローダーをパラレルケーブルで接続します。ファン制御基板の 電源を入れてxillinxの書き込みソフトiMPACTを使用して書き込みます。xilinxの WebPack Project Navigatorを起動し、Device Configuration を選択すれば 自動的にiMPACTが起動し、問題なければそのままロジックをダウンロードして CPLDに書き込むことができるはずです。問題があれば、iMPACT上でエラーメッセージ が表示されるはずなので、それを参考に修正してください。よくあるのは Deviceが見つからないというエラーか、JTAGダウンロードケーブルに問題あり というエラーです。Deviceが見つからないというエラーであればファン制御基板、 ダウンロードケーブルに問題ありというエラーであればJTAGダウンローダーが ちゃんとできていないということになります。なお、iMPACTの使用方法やCPLD ロジックのダウンロードの仕方等はxillinxのホームページやその他インターネットの 情報を参考にしてください。



図4-8:CPLD書き込み時の接続

★CPU基板の実装と仕上げ

　CPLDのロジックが正常にダウンロードされたらCPU基板を実装します。CPU基板 取り付けようの穴はスルーホールも兼ねているので、部品面と半田面の両方に 半田付けする必要があります。したがって、通常のピンヘッダをそのまま使用 できません。ピンヘッダを使う場合はプラスチックの台座のようなものを取る 必要があります。今回は抵抗等のリード部品の切れ端を利用しました。最終的に できあがった基板は図4-9のようになります。ここで再度、テスターで電源が ショートしていないかどうか確認します。ショートしていなければ電源を 入れてみて何事も起こらないことを確認してください。
　最後に、ケーブル類を揃えます。サーミスタ用のケーブル、PCと接続する シリアルケーブルを作成しておきます。
　これで基板への部品実装は完了です。自動温度制御ファンコントローラの ハードウェアが完成しました。いよいよソフトウェアの作成に取りかかります。

図4-9：ファンコントローラボードの完成

図4-10：ボード上のコネクタ

５．ソフトウェア開発

(1)制御ソフトの概要

/**** フラッシュメモリ保存システムパラメータ ****/
typedef struct {
    /* フラッシュメモリへ保存する必要のあるパラメータ */
    unsigned int        head;           /* 2/002: ヘッダ */
    unsigned char       onch;           /* 1/003: 稼働チャンネルフラグ */
    unsigned char       onth;           /* 1/004: サーミスタ有効フラグ */
    unsigned char       fxch;           /* 1/005: 固定デューティ指定フラグ */
    unsigned char       fantype;        /* 1/006: b00=φ80mm, b01=φ60mm */
    unsigned char       reserveB[2];    /* 2/008: 予約 */
    unsigned char       fxd[4];         /* 4/012: 固定デューティ比 */
    unsigned char       mnd[4];         /* 4/016: 最低デューティ比 */
    unsigned char       ka[4];          /* 4/020: 18サーミスタA 係数 */
    unsigned char       kb[4];          /* 4/024: 22サーミスタB 係数 */
    unsigned char       kc[4];          /* 4/028: 26サーミスタC 係数 */
    unsigned char       kd[4];          /* 4/032: 30サーミスタD 係数 */

    /* 特に必要ないが大きさを128Byteにするため一緒にしたパラメータ */    
    unsigned int        rpm[4];         /* 8/040: FAN回転数 */
    unsigned int        pnm[3][4];      /*24/064: 回転パルス数 */
    int                 thf[4];         /* 8/072: サーミスタ温度 */
    unsigned int        ad[4];          /* 8/080: AD変換データ */
    unsigned char       chd[4];         /* 4/084: chデューティ比(計算値) */
    unsigned char       crd[4];         /* 4/088: 実際のデューティ比 */
    unsigned char       bsd[4];         /* 4/092: サーミスタのBase Duty */
    unsigned char       rpmf;           /* 1/093: 回転センサフェイルフラグ */
    unsigned char       reserveC;       /* 1/094: 予約 */
    unsigned int        pc[4];          /* 8/102: ファン回転パルスカウンタ */

    unsigned char       tf;             /* 1/103: 時間フラグ */
    unsigned char       c100m;          /* 1/104: 100msec生成用 カウンタ */
    unsigned char       c500m;          /* 1/105: 500msec生成用 カウンタ */
    unsigned char       c1000m;         /* 1/106: 1sec 生成用カウンタ */
    unsigned char       duty4;          /* 1/107: TimerV PWM出力用duty比 */
    unsigned char       sending;        /* 1/108: */
    unsigned int        nblk;           /* 2/110: */
    int                 ob_sp;          /* 2/112: */
    int                 ob_ep;          /* 2/114: */
    int                 ib_sp;          /* 2/116: */
    int                 ib_ep;          /* 2/118: */
    unsigned char       md;             /* 1/119: */
    unsigned char	reserveD;	/* 1/120: */
    unsigned char	fill[8];
} sysParam, *sysParamPtr;

初期化処理

初期化処理は主に制御用パラメータ、周辺モジュールの初期化および計測値の 初期値設定等をを行います。

1. 制御用パラメータの初期化
   温度係数、マニュアルコントロールフラグおよびデューティ比、 最少デューティ比、ファンおよびサーミスタの稼働・停止等の基本的な 設定情報をフラッシュメモリの基本設定値領域から読み込みます。 フラッシュメモリに書込まれていなければデフォルトの値を設定します。
2. 周辺モジュールの初期化
   使用する周辺モジュールを初期化します。SCI, TimerA, TimerV, TimerW AD変換器, I/Oポート等とともに、シリアル通信で使用するFIFOソフトウェア バッファも初期化します。周辺モジュールの各設定値は表5-5に示します。 ウォッチドッグタイマやIIC等のモジュールは使用しません。 初期設定完了後、シリアル通信の送受信割り込みを許可し、Timer Wの タイマーカウントアップ動作をスタートさせて初期化終了です。
3. 計測値の初期設定
   回転数、温度、デューティ比等の計測データを初期化します。また、AD変換 値のフィルタリング処理も初期化しておきます。

メインループ

基本的な演算を行うメインループです。25msec、100msec、500msec毎に 決められた処理を実行し、電源が切れるまでくり返し実行されます。

1. 25msec毎の処理
   シリアル通信入力バッファをチェックし、ホストPCからのコマンドがあれば それを実行します。シリアル端末等への応答性と処理する負荷を考慮し、 25msec毎に実行する形式（ポ−リング）としました。
2. 100msec毎の処理
   ファン制御処理を行います。実際のファンの制御周期は100msecです。 AD変換結果（サーミスタの電圧）を取り込みフィルタリング、テーブル参照を 行って温度を計算すると共に、ファンのデューティ比を計算します。 ファンのデューティ比はファンタイプの指定(φ80mm以上のファンかφ60mm 以下のファン）によって変換マップを切り替えます。 次に、ファン稼働および自動制御が選択されていれば計算したデューティ比を 設定し、マニュアル制御が指定されていれば固定デューティ比を出力します。 ファン停止が指定されている場合はデューティ比0%を出力します。
   ファン制御演算完了後は出力デューティ比と回転数計算結果を元に 回転センサのフェイル判定を行います。PWM出力がある(デューティ比が最低 デューティ比以上）のに、10秒間連続して回転パルスが入力されなければ 回転センサがついていないか、故障したと判断しフェイルフラッグをたてます。
3. 500msec毎の処理
   回転数が0rpmもしくは出力デューティ比が0%の時、ファン起動用の高トルク 発生用のタイマを初期化します。ファン起動時（回転開始時）は、このタイマ を使用して約2秒間100%デューティを出力し、確実に回転を開始させます。
   　また、500msec毎の処理ではモニター処理を行います。CPUからモニタ実行 コマンドが送られてくると、500msec毎に回転数、温度、デューティ比等の 制御演算結果をPCに送信します。

割り込み処理

割り込み処理は、SCI、TimerA, V, WのH8内臓周辺モジュールの割り込みが あります。外部からの割り込みはありません。

1. SCI割り込み
   送信データエンプティおよび受信完了割り込みが有効です。いずれも FIFOソフトウェアバッファとSCI関連レジスタの調整を行います。
2. Timer A割り込み
   TimerAはシステム時間計測用です。25msec, 100msec, 500msec, 1000msecの 時間を示すフラグを設定します。
3. Timer V割り込み
   ch4 のPWM出力用です。TimerVオーバーフロー時にデューティ比を変更します。
4. Timer W割り込み 回転パルス計測用です。4つのレジスタをインプットキャプチャとして使用し、 インプットキャプチャ割り込みが発生する度にrpmパルスカウンタを インクリメントします。

メンテナンス処理

主にフラッシュメモリ管理です。システム基本設定値をＨ8内臓 フラッシュメモリへ書込んだり、起動時に基本設定値を読み出したりします。

        sysp.head = 0x0001;
        sysp.ka[0] = 64;  sysp.kb[0] =  0;  sysp.kc[0] =  0;  sysp.kd[0] =  0;
        sysp.ka[1] =  0;  sysp.kb[1] = 64;  sysp.kc[1] =  0;  sysp.kd[1] =  0;
        sysp.ka[2] =  0;  sysp.kb[2] =  0;  sysp.kc[2] = 64;  sysp.kd[2] =  0;
        sysp.ka[3] =  0;  sysp.kb[3] =  0;  sysp.kc[3] =  0;  sysp.kd[3] = 64;
        sysp.mnd[0] = 30;
        sysp.mnd[1] = 30;
        sysp.mnd[2] = 30;
        sysp.mnd[3] = 30;
        sysp.fxd[0] = 100;
        sysp.fxd[1] = 100;
        sysp.fxd[2] = 100;
        sysp.fxd[3] = 100;
        sysp.onch = 0x0f;
        sysp.onth = 0x0f;
        sysp.fxch = 0x00;
        sysp.fantype = 0x11;
    

(2)フラッシュメモリの領域設定

(2)ファイル構成

1. コンパイル完了後、"fancnt.mot"が生成されていることを確認
2. ファンコントローラとPCのCOMポート(シリアル通信ポート）を接続 （接続ケーブルは自作）。
3. DIP-SWのNo.1をON（これで電源投入後ブートモードになります）。
4. 電源を接続してブートモードで起動。
5. 書き込みソフトを利用して"fancnt.mot"を書込む。
6. 電源をはずし、DIP-SWのNo.1をOFF、No.2をON(USB通信に切り替え)

1. ドライバをダウンロードして解凍しておく。
2. USBケーブルをPCとファンコントローラに接続し、ファンコントローラの電源を 入れる。
3. PC上で"新しいデバイスを発見しました"みたいなメッセージが出て、新しい ドライバインストールのウィザードが現れるので、まずはUSB-Serialドライバを インストールする。
4. インストール完了後、もう１回ドライバインストールのウィザードが現れるので 仮想COMポートドライバをインストールする。

1. ファンコントローラにサーミスタ、ファンを接続し、USBでPCと接続します。
2. ファンコントローラに電源を入れます(PCの電源ケーブルを接続)。
3. TeraTerm等の端末ソフトを立ち上げ、USBの仮想COMポートを接続します。 USBの仮想COMポートはファンコントローラの電源が入っていないと接続 できないので、ファンコントローラ起動後に端末ソフトを立ち上げます。
4. [m][Enter]と入力すると図5-1のようなモニタデータが出力されます。 M0R.... はch0のデータ、M1R..... はch1のデータを示します。このデータが 0.5秒毎に4ch分出力されていればOKです。
5. サーミスタをドライヤ等で暖めると、指定した温度以上（ソフトウェアを 変更していなければ35℃以上）でファンが回りはじめます。
6. 温度や接続を変えていろいろ試してみます。

1. 温度、回転数、出力デューティ比、ファン稼働状態のモニタを行う。
2. ファンコントローラの以下の項目を設定する。
   • ファン稼働状態設定（自動制御、固定デューティ出力、OFF）
   • ファンタイプ（φ80mm/φ60mm）の設定
   • 固定デューティ出力の場合の出力デューティ比
   • 自動制御する時の最低デューティ比
   • 自動制御の場合の各計測温度の係数
   • 上記項目のファンコントローラへの送信およびフラッシュメモリへの書込み
   • ファンコントローラとの通信ポートの選択(COM1〜COM8)

1. 言語：python Version 2.4.2 （Windows上で作成）
2. ウィンドウ環境（Widget）：wxPython-h2.6-win32-unicode-2.6.1.0-py24
3. シリアル通信（Windowsのみ）：pyserial-2.2
4. Windows実行ファイル生成：py2exe-0.6.3win32-py2.4

FanMonitor.py

モニタソフトのトップレベルオブジェクトです。モニタソフトの一番上のフレーム の記述がされています。

comData.py

ファンコントローラとの通信および各データを保持するオブジェクトを 記述してあるファイルです。ファンコントローラから取得した設定値情報は このファイル内のオブジェクトが保持しています。

fanwin.py

モニタウィンドウの実体が記述してあるファイルです。

setupwin.py

セットアップウィンドウ（ダイアログウィンドウ）の実体が記述してある ファイルです。

FanMonitor.exe

pythonw.exeへのリンクで、引数としてFanMonitor.pyを指定してあります。

setup.py

py2exeを実行する時に使用するファイルで特にモニターソフトを使用する上では 特に必要はありません。

fanmonitor.ini

COMポートの情報を保持しているファイルです。セットアップウィンドウで選択した COMポート番号が入っています。

★python版のインストール

★バイナリ版のインストール

図6-1：モニターソフトの起動画面

★使い方

図6-2：モニターソフトのセットアップ画面