2019年01月14日

ホーム AC パワー アナライザ ⇒ 家庭の電気消費を見える化する
3:ソフトウエアとインターフェース

ソフトウエアはここからダウンロードできます。
Home_AC_Power_Analyser.zip
ダウンロードしようとすると、ブラウザから「一般的にダウンロードされているファイルではないので危害を与える可能性があます」と言われ、破棄を勧められることがあります。
危害は与えませんので、安心して右側の「^」をクリックして「継続」を選択してダウンロードしてください。

1.ソフトウエア
Vista以降のWindows PCで作動するハズです。当実験室にはWin7とWin10のマシンしかないので、VistaやWin8で使えなかったらごめんなさい。XPで働かないのは確認済み。

2.インターフェース
電圧と電流を測るためのセンサーが必要です。
Interface 1A-10A2.pdf
個々の機器の消費電力を測るには、このインターフェース ボックスを使います。中身は100Vから3V程度に電圧を下げるための小さなトランス、交流電流を電圧に変換するカーレントトランス(省略して「CT」)、抵抗が数個、後はスイッチ、フューズ、配線を接続するコネクタ類で、すべて電子部品屋さんやインターネット通販で買えるものです。
Interface distribution board.pdf
家庭全体の電力を測るインターフェースは専用のボックスを使用せずに、写真のように配電盤に組み込んでいます。回路図と写真を載せておきます。回路図には配電盤の省略した回路を含んでおり、製作するのは点線で囲んだ部分です。

電圧を落とすトランスは100Vしか入力しないにもかかわらず、一次側が220Vのトランスを使用しています。これは、220Vトランスの方が電圧波形の再現性が良好なためです。

3.電圧と電流のデータ読み込み
パソコンのオーディオ入力(ライン入力またはマイク入力)の左右のチャンネルを使用して電圧と電流を読み込みます。電圧と電流を別々に読み込む必要がありますので、入力はステレオ(2チャンネル)でなければなりません。最近の小型ノートでは、モノラルのマイク入力しか装備していないとか、スマホなどに使用される出力・入力兼用の4極プラグが使用されており、ステレオ入力ができない機種が多いようです。その場合はUSBでライン入力ができるオーディオ キャプチャ インターフェースを使用してください。
注意:パソコンによっては入力端子にプラグが差し込まれていないとサウンド入力端子の存在が表示されない場合があります。

4.外部接続用オーディオ キャプチャ インターフェースについて
パソコンにステレオのオーディオ入力が無い場合はUSB接続のオーディオ キャプチャ インターフェースを使用します。手持ちの2機種とヤフオクで安く出品されていた中古のオーディオ キャプチャ インターフェースを試した結果を下に書いておきます。

4-1. アイ・オー・データ機器、AD-USB
これはオーディオの入力だけではなく、ライン出力もついています。私は5年ほど前に買った旧機種AD-USBを所有していますが、特に問題なく使用できています。使用した中ではベストです。ただし、現行のAD-USB2はテストしていません。新品は5000円くらいするので、当アナライザ専用にはもったいない気がします。

4-2. プリンストンテクノロジー、音楽版デジ造PCA-ACU
こんなやつ
dejizo.jpg

これも使用できます。この機種にはDCオフセットがあり、入力された交流(オーディオ)に対し、変換されたデジタルデータに(本来は無いハズの)直流信号が付加されます。当然測定に問題が生じますのでホーム AC パワー アナライザではソフトウエアでDCオフセットを補正できるようにしました。解決できない問題点として、DCオフセットを補正した後も多少DCオフセットが変化することがあります(スイッチを入れた後しばらくはもちろん、以降も温度の変化で?)。ただし、一桁や二桁の前半くらいのオフセットは通常の電力の測定結果にはほとんど影響しませんので、実用範囲内です。ただ、何も接続していない時にゼロにならず、小さな値が表示されることが難点です。また、この機種は入力レベルを完全にゼロに絞れないようになっているようですが、ゼロでちょうど良い入力レベルになります。価格が安いので、新規に購入する場合にはこれをお勧めします。

4-3. Sound Blaster Easy Record、型番:SB-EZREC モデル番号:SB1260
これも5年ほど前に購入したものです。オーディオの入力だけではなく、ライン出力もついています。現行(2018年12月現在)でも同じ商品名/型番/モデル番号で販売されていますが、中身は同じかどうかわかりません。この機種にも音楽版デジ蔵と同じようなDCオフセットがありますが、それ以外の大きな問題はなく使用可能です。

4-4. サンワダイレクトUSBオーディオキャプチャケーブル、400-MEDI017
この機種は実用的には使えませんでした。低域のカットオフ周波数が70〜80Hzと高く、サイン波は50Hzでも再現できますが、電子機器に流れ込む電流は複雑で、波形は大きく歪み、広い周波数成分を含みます。上で説明した他の機種はすべて低域のカットオフが10Hz以下で、十分とは言えませんが使用可能です。この機種だけが低域のカットオフ周波数が高いです。なぜ低域が重要かというと、電子機器に流れ込む電流の1サイクルの中に電流の変化が小さい、グラフではほとんど水平に見える部分が存在することがあります。その部分は50〜60Hzよりずっと低い周波数(水平なら直流)成分になります。一方で電流が急激に上昇する部分では高い周波数成分です。したがい、ゲインが低い50〜60Hz で適正になるようにレベル調整されていると、電流が急激に上昇する部分では、電流は実際より大きく表示されます。結果として表示される波形は実際と大きく違うものになります。これは電力の測定にも影響するハズですが、どれくらい影響するかの推定は簡単ではなさそうです。

4-5. その他のオーディオ キャプチャ インターフェース
アマゾン等で無名ブランドのものが販売されていますが、価格が国内ブランドと同じくらいで、リスクを冒す価値はないので確認していません。AliExpressなどでEzCAP216Cという機種が販売されていますが、これは避けた方がよさそうです。上に書いたサンワダイレクトはこれのOEMのようで、基板にこの型番が書いてあります。
その他、USBオーディオ キャプチャ インターフェースを購入する場合、あまり安いものはモノラルマイク入力しかないのがあるので注意してください。
USBビデオキャプチャのインターフェースはステレオのオーディオ入力があっても使用できません。ビデオキャプチャの方が高度なICを使用しているはずですが、こちらの方が安く売っています。需要の関係でしょう。

次は「その4:ダミーインターフェースを使用して試してみる」です。
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