piu lentoの日々 (piu lento days)

先日 インターフォンにブザーを付け、問題なく動いては いたものの、いつものワガママが出て、ACアダプタと そこから伸びる電源コード(写真: 中央辺りを上から下へ)をどうしても排除したくなった。慣れればいいのだが、滅多に使わないものに我が物顔で居座られるのが我慢ならないのだ。

それで、例によって さまざまな試行錯誤をした挙げ句、無事 排除できた。もちろん、電源がなければ回路は動かず、ブザーは鳴らないので、実際にはACアダプタも電源を通すコードも存在しているが、見えなくした。

以下、(ちゃんと書くのが大変なので)予想以上に長くなった道のりを時系列に並べる。

1. 離れたところにあるACアダプタ(Wi-Fiルータ用)の出力を分岐し、そこから電源コードを引っ張った。
   • そのACアダプタはWi-Fiルータのために常にonなので、今まで使っていたACの電源スイッチが不要になる※が、その代わり、ブザー側に電源スイッチ(音のon/offの選択)が要る。
     • ※ブザーの電源をACでon/offするようにしたのは、ブザーを使っていない時のACアダプタの(微小な)待機電力をカットしたかったからである。今度は並列接続されたWi-Fiルータが常に動いているので、「ブザーの待機電力」は なくなる。
2. が、ケーブルが2本(電話線と電源の線)引かれているのは今ひとつスマートでなく、満足できなかった。
3. ふと思い付いて、電話線(モジュラーケーブル)の未使用の線(4本のうちの外側2本)に電源を通してみた(「電源相乗り」)。
   • 手持ちのLAN中継コネクタ(モデム側で電話線を延長していたもの)を改造して、中心のペア(電話)の外側に電源を入れるアダプタを作った。
4. ブザーは ちゃんと動いたものの、電源に挟まれたVDSLの線にノイズが入りやすいようで、VDSLが不安定(不意に接続が切れる)になったので、諦めて(電話線+電源コードに)戻した。
   • 以前起こった問題(ブザーのスイッチon/offでVDSL切断 ← 原因: MJに片方繋がってなかったため)に似ている。
   • あとで気付いたが、今まで使っていた100円ショップの電話線は仕様がおかしく、品質も悪そうで、それでノイズが入りやすい気がしている。
     • 「NTT仕様」(ストレート)でなく、両端での極性が反転していた。
       • 他の普通のコードでは反転していなかった。
       • おそらく、普通の電話機器では極性が反転していても問題なく使えるのだろう。
   • 感覚的には分かるが、知識不足のため、どういう原理でノイズが入るのかは分からない。
     • (ツイストペアでない)平行な信号線を挟んで電力線を置くのは駄目なのだろうか。(駄目そうな気はする)
     • 隣接する線の状態(電圧や長さ?)変化に伴って大きなノイズが発生し、それがモデムの入力を飽和させて受信できない状態になってVDSLが切れるのかと想像している。
       • モデムは差動入力だろうから、外側の線から入るのはGNDと無関係なノイズなのだろうか。
5. が、寝ながら、コードがツイストペアならノイズに強くなるかと思い付き、手持ちのLANケーブルで試したら不思議なほどOKだったので、LANケーブルで「電源相乗り」を復活させた。
   • モジュラーケーブルとLANケーブルのピン(線)配置を比較したところ、後者は前者の上位互換的なツイストペアの配置になっており(参照 → モジュラーケーブル, LANケーブル)、LANコネクタ(RJ45)を使えば そのまま差し替えられそうなことが分かった。
   • そして、たまたまMJ側でLAN中継コネクタで電話線を延長していたので、LANケーブルがそのまま使えた。
   • なぜか、電源の極性が電話線の時の逆になったが、上記のように元の電話線がおかしかった(反転していた)ためだった。
6. ブザーの電源入力に逆接続保護が必要なことに気付いてダイオードを追加した。 (図のD, 写真中央の水色の棒2本の上の透明と黒のもの)
   • 前の項に書いたように、電話線と同じように、LANケーブルの仕様や不具合によっては極性が反転する可能性があるため(実際には なさそうだが、ワーストケースを考えた)、必要だ。
7. 電源出力の短絡保護も必要なことに気付いて保護抵抗を追加した。 (ACアダプタの直後に追加: 図のR0, 写真中央の太い茶色の棒2本: ブザー側の分圧抵抗を分割した。)
   • 電源と負荷が離れているため、意図しない短絡からの保護は必要だ。
   • 直接的な短絡でなくても、例えば、間違ってブザー側のLANコネクタをPCなどのLAN端子に挿すと、大きな電流が流れて受け側あるいはACアダプタが壊れる、あるいは発熱・発火する可能性がある。
   • 短絡時には約45mA流れるが、これでPCなどが壊れないかは調べていない。
     • ただ、抵抗がない場合(0.5-1Aくらい流れる)よりは ずっと安全だ。
   • 電源に直列に抵抗を入れると消費電流に依存して電圧が変わる※が、今回は特定用途なので良しとした。
     • ※そのため、ブザーの側の電源入力を「＊V」と規定できない。代わりに、保護抵抗(R0)の入力を5Vと規定できる。
8. 更に、ノイズ低減のためにコンデンサを追加した。 (図のC, 写真中央少し上の水色の長方形)
   • 電源on時に発生するノイズのVDSLへの影響を減らそうとした。
   • VDSLの周波数帯域は概ね26kHz-30MHzのようなので(→ 参照)、手持ちの部品を使い、推測されるカットオフ周波数を160k-320Hzとした。
     • RC回路と考えられるが、電源側の短絡保護抵抗はおそらく効かず※、ブザー側の抵抗は効くかも知れないが、LANケーブルの線の抵抗の寄与が大きいと考え、それらを0.5-1Ωとして計算した。
       • ※上を計算した時は、定常状態(ブザーが鳴って居る状態)で外部から入るノイズを想定していたが、今考えると、電源がonになった瞬間のステップで生じるノイズには短絡保護抵抗が効きそうだ。その場合のカットオフ周波数は1.4kHzとなる。
       • また、定常状態ではACアダプタが繋がっているために、電源の線のインピーダンスが低くなってノイズは入らなさそうだ。
     • 他に、使用したコンデンサ(フィルムコンデンサ, MKT)の高周波特性が気になるが、データシートを見ても良く分からなかった。ただ、用途の例にはあるので、不適ではなさそうだ。
       • 本来は、セラミックコンデンサなどを並列に付けるといいのだろう。
9. ついでに、取り扱いを容易にするため、MJと接続する線(4本)をXHコネクタで一括して繋げるようにし、無意味になったUSB micro Bコネクタを撤去した。
10. ついでに電源ランプ(LED)も追加した。 (図のLED, 写真上側のオレンジ色に光っているもの)
    • 明るくなり過ぎないように調整した。が、なぜか、実際に設置すると調整時より明るくなった。: 謎。
      • 明るい昼でも見やすいので良い。
    • 思い付きで付けたのだが、あとで、電源ランプがあれば、何らかの異常でスイッチをonにしていてもブザーに電源が来ていなくて いざという時に鳴らない可能性を減らせることに気付いた。
      • 同様に、スイッチをonにした直後にブザーを一瞬鳴らす回路(電源以降の問題が分かる)を考えたが、素子の値の調整が難しそうなので諦めた。
11. 細いLANケーブルを買って交換した。
    • 手持ちのLANケーブルは太く重くて ひっつき虫では貼れないうえに灰色で目立つので。
    • ツイストペアの電話線(モジュラーケーブル)も探したが、種類が少ないうえに1ペア(2本)のものばかりなので諦めた。
    • LANケーブルも、長さと色と仕様と価格が 丁度良いものが なかなかなかった※が、丹念に探したら知らない日本メーカーのもの(マクサー電機 MPC-050SSL, CAT6, 5m)が見付かって、試してみた。約750円だった。
      • ※長さを7や10mから5mに短くしたら候補が増えた。
      • 外形(断面)が平らだけど幅広のものと丸だけど細いもので迷ったが、角の取り回しが容易そうなので丸にした。
    • すごく柔らかい訳ではないが、細く(直径2.8mm)軽いため、普通のものよりずっと引きやすかった。
    • ただ、微妙なうねりによる柱や鴨居との間隔変化による視覚的ノイズ(?)が目に付く・・・ (もちろん、以前よりはずっといい)
12. 大分すっきりした。
    • 気分や外観だけでなく、余計な部品を撤去したりして、MJの箱の内部も簡素になった。
13. 今までの数日間 問題なく動いている(NW断や速度低下※は起こっていない)。
    • また、先日、荷物の配達で 実際にブザーの動作確認ができた。
    • ※週末で混んでいるせいか、今(10/29 19:30)は速度は不安定だが、以前のような、速度が1/2ということは起こっていない。

なお、LANケーブルは一般的な電話線(モジュラーケーブル)より品質が高いが、通信速度が高速になった訳ではない(大抵はVDSLの上限近くまで出ているので、上がりようがない)。ただ、ツイストペアなのでノイズ耐性は上がっているのではないかと期待する(直接調べる手段がない)。

同様にツイストペアとノイズの話だが、建物内(端子盤から部屋のMJまで)に敷設された電話線はツイストペアのため※、随分距離があるものの普通のモジュラーケーブルのようにはノイズに弱くないようだ。

※ケーブルの種類(外形が丸く、4芯で、それぞれの線の色がモジュラーのとは違う)からの推測

(10/30 4:22) 書いたあとで、過電圧保護も したほうが良いことに気付いたが、手軽に実現する方法をすぐには考え付かないので見送る。そもそも、電源を繋ぐ部分はUSB Aコネクタなので、ACアダプタが異常でない以外は5V以外の電圧が入る可能性は少ない。

「ちょっと」思い付いたことをしようとしたら、いつものように随分作業量が かさんだ。それは、電源と負荷の距離が長くなった(一つのブロックに収まっていない)ことと、その接続に汎用ケーブルを用途外に使ったため、最低限の安全策が必要になったからだろう。その代わりというか、今回も いろいろな知識が得られた(例: 並列の電線はノイズを拾いやすく、ツイストペアが いかに有効か, モジュラー・LANケーブルの種類とピン配置, VDSLの周波数)。

 

(17:06-43, 19:30-20:14 若干加筆・修正, 写真・図を変更・修正; 10/30 4:22 構成を修正, 過電圧保護について追記)

先日 空き巣に下見されて、インターフォンの電源を切っておくのは得策でないことに気付いた。それで、電源は入れておくけど普段は音がしないようにして、鬱陶しい押し売り放送、訪問販売、勧誘などを気付かずに無視できるようにし、荷物の受け取りなどの必要な時だけ音を出せるようにしたいと考えた。

こうすれば、仮に空き巣の下見が呼び出しボタンを押せば録画されて残るし、下見はそれを嫌ってボタンを押すこともノックすることもしなくなる・減るのではないかと期待している(さすがに、インターフォンが使えるのにノックだけすることはないと思う)。

手軽に音を消すにはインターフォンに音量つまみがあればいいのだが、ない。メニューを数回操作しないと設定できない(使いにくい!)※が、いちいち操作したくないし、状態が見えないから消すのを忘れることも多そうだ。

※駄目な ついでに、なぜか、親機で聞こえる子機からの音などの音量は調整できない。

それでスピーカー(に繋がる線)にスイッチを入れようと思ったが、インターフォン自体を改造するのは面倒だし壊す可能性があるので、躊躇していた。また、外見ではスピーカーにはコードがなくて基板に直接付いている感じで、それだと改造は難しい(パターンカットなどが要る)。

迷いながら、「何かいい機能はないか?」とインターフォンの説明書を読んでいたところ、いろいろな外部接続機能・端子が付いていることが分かり、そのうちのA接点出力というものが使えそうなことに気付いた。: A接点出力は子機からの呼び出し時などに導通し、親機で応答すると切れるので、それで外部の音が出るもの(の電源)を制御できそうだと考えた。

他に外部入力端子(上のA接点出力の逆に、端子の導通または切断を検出する)もあり、今思い付いたが、侵入を検出したら警報を(親機または子機から)鳴らすようにすることができそうだ。ただ、検出の仕組みは難しい。誤検出は ストレスと迷惑になる。

音を出すものとしては、丁度(?)、自作アンプのスピーカー保護部のアラームに使おうとして準備したが(回路構成の都合で)ボツにしたブザーがあるので、それを使うことにした。回路はとても簡単で、ブザーの電源の途中にA接点出力を入れてon/offする。

なお、ブザーの電源は1.5Vだが、今回使うUSB電源アダプタ※の出力は5Vなので、電圧を下げる必要がある。本来は3端子レギュレーターなどで ちゃんと下げるべきだが、適当なものを持っていないし、今回はブザーだけで消費電力が小さいし、いつも鳴らしている訳ではないので、簡易に抵抗で分圧した。

※滅多に使わないブザーの電源にACアダプタを使うのは格好悪いので、インターフォンから取れないか試行錯誤したが、諦めた。: 未使用の子機の端子から取れると思ったが、いつも出ている訳ではなかったし、子機の何かの回路がないと電圧が出ないようだった。使っている子機の端子には電圧が出ているが、AC 10-45Vと高過ぎるうえに変動幅が大きいので止めた。

また、外部入力端子には電圧が掛かっていたが、ブザーを鳴らすほどの電流は取れなかった。: 数mA流しただけで「外部入力あり」とみなされた(まあ、それは当然だ)。それから、増設モニター端子には電圧が出ているが、変動幅が大きく(AC 1-10V)挙動が不明なので諦めた。

抵抗の値を試行錯誤で決め、プロトの回路をブレッドボードに組んでインターフォンに接続して試したら動いたので、本体(接続アダプタ+ブザー)をちゃんと作り、ACアダプタに電源スイッチを入れ(普段はoffにしておく)、綺麗に設置して完了となっ

た訳ではないｗ

今回も想定外の問題が起こった。: ブザーを設置してから、なぜかNW(光回線)が時々切れ、回線の品質が悪くなったのかと思って試しに速度を測ってみたら、今までの半分くらい(DLが約85→36Mbps, VDSLなので上限は100Mbps)になっていた。最初は たまたま機器が調子悪いのかとか、週末で混んでいるから遅いのかと思ったが、そうではなく、現象は続いた。

それで いろいろ試したら、ブザーの電源のACアダプタをon/offしたらNWが切れた(が、常にではなかったし、何もしなくても切れることもあった)。VDSLの電話線に近接するブザーの電源コードがノイズを拾っているのかと考えて離してみたが、効果は なさそうだった。次に、ブザーの金属やブザー制御回路のコイルが電話線のモジュラージャック(以下、MJ)の近くにあるのが良くないのかと考えて離してみたが、やっぱり効果は なさそうだった。

この建物のVDSL装置などの経年変化かと思って諦めかけたところで、それまでの写真を見ていた時だったかMJを眺めていた時だったか、原因が分かった。: MJからモデムに繋がる電話線の片方が外れていたのだ。(→ 写真: 赤丸の端子に繋がる線が外れていた。) 作業中に外れたのに気付かないどころか、外れた線を余りだと思って まとめてしまって居た。。。妙なことに、片方の線だけでも概ね通信できていた(その代わり、たまに切れたり速度が遅くなっていた)ので、気付かなかった。

VDSLは周波数が高いため、片方の線だけでも近接部から漏れて伝わっていたのだろうか? ただ、伝わらない周波数(低いほう?)があって、その分速度が遅くなっていたと想像する。もちろん、この状態では信号が弱くて不安定なので、外部のノイズ(主に電源から)が大きくなったりすると切れてしまうのだろう。

外れていた電話線を繋ぎ直したら、速度は元に戻り、今まで数日間切断は起こっていないので直ったと考えられる。

この問題と、以前起こっていた、定期的(約1日ごと)にルータのFWがoff/onする現象と、大雨などの悪天候の日に速度が数Mbpsまで落ちることがある現象が関係あるのかと思った。: 抜けた線は元々接触が悪かったために、それらが起こっていたのかも知れない。

ただ、FWのoff/onはプロバイダを変えたら何もしなくても収まったので、IPoEの方式の違いのせいだと推測している。速度低下は、今回はそこまでひどくないので、原因が違う気がしている。何かで、悪天候の日は家でNWを使う人が増えるので、建物の通信量が増えて遅くなるというのを読んだので、それだと思って居る。これは次に悪天候になった時に確かめられる。

 

NWの問題の他には、そもそもほとんど使わないものなのに、見栄え(コードの色・引き回し, ブザーの配置)や使い勝手(ブザーの音量)に こだわり過ぎて疲れた。

見栄えは、使う頻度よりも目に付く機会の多さに比例して気になるので、僕としては重要だ。

ブザーの音量については、上の問題があったために設置場所をインターフォン裏の穴からMJの付いている箱の中に戻した(最初は箱の中だった)のだが、その箱は密閉されていて音量が少し小さくなるため、箱のパネルをジェルシートで浮かせたり(→ 写真: 四隅の黒っぽいもの)横にずらしたりしたが、最終的にスペーサー(→ 写真: 四隅の白いもの)で少し(1mmくらい)浮かせて、ようやく完成となった。

実はコードの引き回しには満足していないが、そのうち慣れる・忘れるのを待っている。※ コードの引き回しを改良するために100円ショップでUSBケーブル2本(適当な色と長さのものがなかったので、延長ケーブルとmicro USBケーブル)を買って1本は長さを調整するために改造したが、そもそも延長コネクタ(→ 写真: 左端中央の四角いもの)が大きくて気に入らなくてボツにした。まあ、いつか使うだろう。

※実は やっぱり気に入らなくて、いろいろ苦労してACアダプタとコードが見えないようにした。 → 「インターフォンにブザーを付けた話の続き」 (10/29 22:30)

 

PS. 今回起こった問題(NW断、速度低下)から、VDSLの速度が遅かったり頻繁に切れる場合は、電話線やMJの改良(例: ノイズ混入防止)をすれば良くなる可能性がありそうなことが分かった。まあ、建物のVDSLアダプタから部屋に来るまでの線(これが結構効きそうだ)は どうにもならないが・・・

 

(16:18 補足・加筆, 10/29 22:30 「その後」について追記)