note記事からの転載です。
おもちゃ病院で、トランジスタ回路セミナーを開催したのは昨年の４月から１０月です。
しばらくお休みして、２年目のセミナーを４月から第４土曜日に筑紫野市のカミーリヤで開催しています。
去年の５名はそのまま、２名新規に参加されたので、合計７名のメンバーになりました。
人数が増えるとサポートが大変なので、これぐらいの規模感がいいですね。
お題は、昨年のトランジスタ電子回路から、より実践的な「センサ・駆動系マスター (アナログ系) 」としています。
4月の第一回は新規参加者のために電子回路の基礎のおさらい、第二回はスイッチの動作、第三回は光センサについて勉強しました。
今回は、TTP223を使ったタッチセンサについて勉強します。
先月のセミナーの内容はこちらになります。
おもちゃドクター向けハンズオンセミナー第３回 光センサの基礎
前回の最後に、「障害児の遊び支援」活動をしているおもちゃドクターから、「Mさん、今回のトランジスタでスイッチを作る件ですが、教えて下さい。」とのこと。
「TTP223というタッチセンサを使って、おもちゃの犬のスイッチのON/OFFをしたい。」とのことだったので、今回のセミナーの題材にいれました。
静電容量タッチセンサの原理は、人間の体が電気を蓄える「導体（コンデンサ）」の性質を持っていることを利用して、指が近づいた際のわずかな静電容量の変化を検出し、スイッチのON/OFFを判定する仕組みです。
1.静電容量の発生: タッチ電極には元々「寄生容量（回路自体の持つ静電容量）」が存在します。ここに指（人体）が近づくと、指と電極の間に新たな静電容量が並列に追加されるため、全体の静電容量が増加します。
2.静電容量－電流（電圧）変換: マイコンからタッチ電極に向けて「駆動パルス（矩形波）」を出力し、SW1・SW2を切り替えることで超高速な「充電」と「放電」を繰り返します
3.電圧をA/D変換: 静電容量が大きくなると、充放電にかかる時間（時定数）が変化します。これにより「TS端子の出力とA/Dタイミング」の波形にあるように、サンプリング時点での検出電圧に差（電圧の低下など）が生まれます。この電圧変化をマイコン内部のA/Dコンバータ（ADC）でデジタル値として読み取ります。
4.スイッチ状態のON/OFF判定: 読み取ったデジタル値が、あらかじめ設定した「しきい値（タッチTH）」を跨いだ場合に、指が触れた（ONになった）と判定し、システムへ通知します。
次は、今回使用するTTP223センサモジュールの説明です。
ジャンパーランドで、色々と動作モードを切り替えることができるのですね。あとでやってみましょう。
今回は、イワヤ犬を制御するので、大電流をON/OFFするのに適したMOS FETを使います。
まずは、FETの動作についての講義です。
トランジスタはベースには流れる電流で制御しますが、MOS FETはゲートに与える電圧を制御します。閾値（今回使うAO3400では約1.5V）以上になればONするので、トランジスタより簡単です。
電流はながれませんがゲート保護のために、Rgゲート抵抗1kΩをつけます。
Rgsブリード抵抗（10-100ｋΩ）をつけないと、ゲートにたまった電荷でなかなかOFFしないので、必ずつけるようにしましょう。
ちょっと説明が長くなりました。原理の説明は眠くなるので、いつものように、ブレッドボードを作ってハンズオンしながら、タッチセンサを理解していきます。
まずは、MOS FETを理解してもらうために、FETでモータをON/OFFしましょう。トランジスタを使った場合と比べて、ON抵抗が低く電池電圧3Vがそのままモータにかかるので、軽快に回って素子の発熱もありません。
パワーFETは足つきのものが少ないので、SMD SOT23のAO3400を秋月の変換基板に載せて使います。
トランジスタを使った場合は、モータがロックして1Aくらい過電流が流れると、トランジスタのCE間の電圧が増えて発熱してトランジスタが破壊、という故障が発生することがあります。
でも、FETではON抵抗が低いので、1Aくらいでは全く問題ありません。
でも、モータの逆起電圧で壊れないように保護ダイオードを忘れないようにしてください。本当は、0.1uFもモータに直接つけた方がいいですね。
みなさん、タクトスイッチを押すとモータが回転するようになりました。
おひとりだけ、スイッチ切ってもモータが回り続けています。
配線をチェックするとRgs10ｋΩがつながってませんでした。
これがないと、ゲート電荷が逃げるところがないですから回り続けますね。
でもセミナーとしては、受講者が間違ったほうが、かえって勉強になります。
次は、いよいよ本題のタッチセンサでの動作確認です。
タクトスイッチをタッチセンサTTP223に変えてみましょう。
いつものように、思惑通りいかないことが起きました。
「先生、タッチしても、モータが回転しません！」
タッチした時にTTP223のLEDは点灯しますか？
FETのゲート電圧を調べてください。 1.5V以上になればモータが回転するはずです。
「タッチした時にTTP223のLEDは点灯しますか？」「FETのゲート電圧を調べてください。 1.5V以上になればモータが回転するはずです。」「電圧が出てません！」
という掛け合いがあったあと、「TTP223を予備のものに交換してください」「動きました！」で解決しました。
これが、AliExpressで購入する部品が5個とか10個入っている理由ですね。
不良品も混じっているので、悪かったら交換しろ！ってことですよね。
1個しか入ってなかったらこまります（笑）
つぎに今日のメインイベント、イワヤ犬をTTP223タッチセンサで動かす、です。
まず、BDスイッチというものを作って、イワヤ犬の電池ボックスに入れます。薄い樹脂版の両面に銅箔を貼って、電線を出す形です。
こちらに作り方の資料があります。
BDアダプターを作ってみました
スイッチでなくおもちゃ側にはモノラルソケットをつけて、スイッチ側はモノラルジャックをつけて、おもちゃに差し込むことが多いようです。
今回は直結なので、BDスイッチですね。
こんな回路で、タッチスイッチでイワヤ犬が動きました！
でも、電池の+/-を間違うと動かないのが悩みです。
どちらでも動作するように回路を考えると、複雑な回路になりますしね。
TTP223のジャンパーランドでオルタネートを選ぶと、タッチするたびに動いたり、止まったりします。
タイマーがあると、タッチして10秒動いたりして楽しめるかもですね。
つぎは、タイマーIC NE555の説明をしましょうかね？
ちなみに今回のセミナー資料は下のGoogleドライブに入れています。
https://drive.google.com/file/d/1IeYtqnMxHOHXlkxCNWfnUmfLnrZh8Vi1/view?usp=drive_link
来月のお題はなんにしましょうかね？
いちおうモータ制御を入れていますが、タイマICも作ってみましょうか？