https://dddev.group/tags/mcp3911/Recent content in MCP3911 on Deadline-Driven DevelopersHugojaSat, 01 Aug 2026 00:20:00 +0900https://dddev.group/posts/mcp3911-voltage-monitor-development/Sat, 01 Aug 2026 00:20:00 +0900https://dddev.group/posts/mcp3911-voltage-monitor-development/<p>IoTデバイスの消費電流は、無線送信、センサー読み出し、スリープといった動作状態によって変化します。 どの状態が消費エネルギーを支配しているかを調べるには、平均電流だけでなく、時間に沿った電流の変化を記録する必要があります。</p> <p>瞬時電力を求める場合は、電流と同じ時刻の電圧も必要です。 オシロスコープなら二つの波形を同時に観測できますが、持ち出して現在値を確認する用途や、長時間記録する用途には大がかりです。 そこで、2チャンネルを同時に測定し、OLED表示とブラウザ記録を選べる50 mm角の測定器を作りました。</p> <div class="img-center-wrapper"><a href="https://dddev.group/mcp3911/device.jpg"> <img src="https://dddev.group/mcp3911/device_hu_bab70ce3ed970a64.jpg" alt="完成したMCP3911 2チャンネル電圧／電流測定器" loading="lazy" decoding="async" class="img-center"> </a></div> <h2 id="oledによるハンディ計測とwebブラウザによる詳細解析の2モード">OLEDによるハンディ計測とWebブラウザによる詳細解析の2モード</h2> <p>測定器には、配線や現在値をその場で確認する機能と、時間変化を記録して解析する機能の両方が必要でした。 それぞれに別の測定器を用意すると、入力回路と測定条件も二重に管理することになります。</p> <p>この基板では、同じADC出力をOLED表示とブラウザ記録の両方に使用します。 USB未接続時は、STM32C011が取得した二つの現在値を128 × 64のOLEDへ表示します。 ブラウザ接続時は、測定値をFT234XD経由でPCへ送り、時間波形、FFT、統計値、演算結果として表示します。</p> <p>ハンディ計測中の波形は基板内に保存されません。 波形を後から確認する場合は、測定前にブラウザを接続して記録を開始します。</p> <table> <thead> <tr> <th>ブロック</th> <th>採用した部品、方式</th> <th>役割</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>ADC</td> <td>MCP3911</td> <td>2チャンネルの差動電圧を同時変換</td> </tr> <tr> <td>制御</td> <td>STM32C011F6</td> <td>ADC制御、表示、データ送信</td> </tr> <tr> <td>デバイス表示</td> <td>128 × 64 OLED</td> <td>PCなしで現在値を確認</td> </tr> <tr> <td>USBシリアル</td> <td>FT234XD、USB Type-C</td> <td>1.5 Mbaudのシリアル通信</td> </tr> <tr> <td>バッテリー</td> <td>保護回路付き1セルLiPo</td> <td>USB未接続時の電源</td> </tr> <tr> <td>充電</td> <td>MCP73831</td> <td>USB Type-CからLiPoを充電</td> </tr> <tr> <td>解析ダッシュボード</td> <td>React + Vite</td> <td>ブラウザ上で記録、演算、FFT、CSV処理</td> </tr> </tbody> </table> <h2 id="2基の独立adcによる2チャンネル同時変換">2基の独立ADCによる2チャンネル同時変換</h2> <p>電圧と電流から瞬時電力を求めるには、二つの値を同じ時刻に測定する必要があります。 入力回路の位相差を観測する場合も、チャンネル切替による時間差は測定誤差になります。</p> <p>MCP3911は2基のADCを内蔵し、両チャンネルを同時に変換します。 今回は16 MHzのMCLK、PGA 1倍、OSR 4096とし、変換速度を976.5625 samples/sに設定しました。 標本間隔は約1.024 msで、ADCからは各チャンネルの24-bit符号付き整数を読み出します。</p> <div class="highlight"><pre tabindex="0" style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4;"><code class="language-text" data-lang="text"><span style="display:flex;"><span>AMCLK = 16 MHz </span></span><span style="display:flex;"><span>DMCLK = AMCLK / 4 = 4 MHz </span></span><span style="display:flex;"><span>DRCLK = DMCLK / 4096 = 976.5625 Hz </span></span></code></pre></div><p>ADCコードからADC入力ピン間の差動電圧への換算には、次の式を使います。</p>https://dddev.group/works/mcp3911-voltage-monitor/Sat, 01 Aug 2026 00:10:00 +0900https://dddev.group/works/mcp3911-voltage-monitor/<h2 id="iotデバイスの消費電力を測る基板">IoTデバイスの消費電力を測る基板</h2> <p>無線送信、センサーの読み出し、スリープ。 IoTデバイスの消費電流は、動作状態によって大きく変化します。 平均電流だけでなく、その変化を時系列で記録すると、どの処理がエネルギーを使っているのかを調べられます。</p> <p>MCP3911 2チャンネル電圧／電流測定器は、二つの差動電圧を同時に測定する50 mm角の基板です。 電流は、外付けまたは基板上のシャント抵抗に生じる電圧から算出します。 基板上のOLEDで現在値を確認する方法と、USBでPCへ接続してWebブラウザに波形を記録する方法を選べます。</p> <div class="img-center-wrapper"><a href="https://dddev.group/mcp3911/device.jpg"> <img src="https://dddev.group/mcp3911/device_hu_bab70ce3ed970a64.jpg" alt="OLEDに2チャンネルの測定値を表示するMCP3911測定基板" loading="lazy" decoding="async" class="img-center"> </a></div> <h2 id="oled表示とwebブラウザによる記録解析">OLED表示とWebブラウザによる記録・解析</h2> <table> <thead> <tr> <th>使用方法</th> <th>できること</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>OLED表示</td> <td>2チャンネルの現在値を、PCなしでその場で確認する</td> </tr> <tr> <td>Webブラウザ</td> <td>USBでPCへ接続し、波形の記録、統計、FFT、演算、CSV保存を行う</td> </tr> </tbody> </table> <p>OLED表示だけで測定した波形は、基板内には保存されません。 時系列データが必要な場合は、測定前にWebブラウザを接続して記録を開始します。</p> <p>Webダッシュボードはインストール不要で、デスクトップ版のChromeまたはEdgeから接続できます。 Android版Chrome向けのWebUSB接続も実装していますが、現時点では実機での動作を検証できていません。 iPhoneとiPadには対応していません。</p> <h2 id="2基の独立adcによる2チャンネル同時変換">2基の独立ADCによる2チャンネル同時変換</h2> <p>MCP3911は2基のADCを内蔵し、Channel 0とChannel 1を同じタイミングで変換します。 マルチプレクサで一つのADCを交互に使う方式ではないため、二つの波形を共通の時間軸で比較できます。</p> <p>IoTデバイスの消費電力を測る場合は、一方で負荷電圧、もう一方でシャント抵抗の電圧降下を測定します。 ただし、一般的な3.3 Vまたは5 Vの電源電圧を本基板へ直接入力することはできません。 負荷電圧を既知の定数として扱うか、安全な入力範囲に収める外部分圧回路を使います。 測定できる電流範囲は、シャント抵抗の抵抗値、定格電力、許容損失によって決まります。</p> <p>低周波オーディオ回路では、アンプやフィルターの入力と出力を同時に測定し、二つの波形の時間差を観測できます。 ダッシュボードは位相差を自動計算しないため、画面上で時間差を読むか、CSVへ保存して別途計算します。 サンプリング周波数は976.5625 Hzであり、一般的なオーディオ帯域全体の位相解析ではなく、低い周波数での比較を想定しています。</p> <h2 id="インストール不要の解析用webダッシュボード">インストール不要の解析用Webダッシュボード</h2> <div class="img-center-wrapper"><a href="https://dddev.group/mcp3911/dashboard.png"> <img src="https://dddev.group/mcp3911/dashboard_hu_51830dc0375f60e7.png" alt="2チャンネルの波形と演算結果を表示したWebダッシュボード" loading="lazy" decoding="async" class="img-center"> </a></div> <p><a href="https://liesegang.github.io/mcp3911-voltage-monitor/">Webダッシュボードを開く</a></p> <p>Webダッシュボードには、次の機能があります。</p> <ul> <li>2チャンネルの時間波形表示</li> <li>最大値、最小値、平均値、Peak-to-peakの集計</li> <li>最大4096点のFFT</li> <li>任意の演算式と数値積分</li> <li>保持データ全体または選択範囲のCSV保存</li> <li>保存したCSVの再読み込みと再解析</li> </ul> <p>ADCは常に976.5625 samples/sで動作し、表示用のSample rate設定に応じてUARTへ送るフレームを整数分周で間引きます。 受信処理とグラフ描画を分け、シリアルデータの受信を続けながら、画面更新を最大30 Hzに抑えています。</p> <h2 id="ddd基板規格に基づく50-mm角の基板">DDD基板規格に基づく50 mm角の基板</h2> <p>DDDでは、今後製作する基板の外形と取り付け位置を揃えるため、50 × 50 mm、角丸、直径3.2 mmの四隅の穴を基板規格としました。 穴の中心は、隣接する二辺からそれぞれ4 mmの位置です。 本基板は、この外形寸法と取付穴を採用する最初の公開作例です。 ただし、現在公開しているEAGLEデータでは角が直角のままであり、角丸外形は次回の基板改版で反映します。</p> <h2 id="主な仕様">主な仕様</h2> <table> <thead> <tr> <th>項目</th> <th>仕様</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>ADC</td> <td>MCP3911、2基の独立ADCによる2チャンネル同時変換</td> </tr> <tr> <td>ADC出力</td> <td>24-bit符号付き整数</td> </tr> <tr> <td>差動入力範囲</td> <td>約−0.6～0.6 V</td> </tr> <tr> <td>各入力端子の対GND範囲</td> <td>−1～1 V</td> </tr> <tr> <td>MCLK / OSR</td> <td>16 MHz / 4096</td> </tr> <tr> <td>変換速度</td> <td>976.5625 samples/s</td> </tr> <tr> <td>電流測定</td> <td>シャント抵抗の電圧降下から算出。測定範囲は抵抗値と定格による</td> </tr> <tr> <td>MCU</td> <td>STM32C011F6</td> </tr> <tr> <td>USBシリアル</td> <td>FT234XD、1,500,000 baud</td> </tr> <tr> <td>デバイス表示</td> <td>128 × 64 OLED、I2C</td> </tr> <tr> <td>バッテリー</td> <td>保護回路付き1セルLiPo</td> </tr> <tr> <td>充電</td> <td>MCP73831、設定電流は公称約500 mA</td> </tr> <tr> <td>基板</td> <td>50 × 50 mm、2層</td> </tr> </tbody> </table> <p>入力は絶縁されていません。 差動入力範囲だけでなく、各入力端子の対GND範囲も守る必要があります。 商用電源や高電圧回路には接続できません。</p>