さて、この企画第6回がやってきました。ラズパイの本番機は既に構築済みで、
実際に稼働しているので今回は、防水ボックスへの組込を行って行きます。

部材調達にまだ時間がかかっており、完全には組み込めないですが
とりあえず、温度制御基板が到着したら、ケースにだけは入れれると思うので
そちらでやって行こうと思います。

第5回まで読んで無い方は、まず第1回から是非読んで見てください。
これから、秋の夜長じっくり読んで部材をそろえると、冬にはADS-Bの受信が楽しめるかも知れません。

最終的な構成

諸々考えた結果、このような構成になりました。
この構成で作っていきましょう。

ケース加工

加工と言っても、ケース底面の穴をくりぬいたり、自在ボードにタップビスを打っていくくらいです。
こういうケースに元々、ケーブルを通す穴については、穴をきれいに抜くにはコツがあります。
マイナスドライバーと、ゴムのハンマーを使ってサクッと抜いていきます。

丸印の部分に、マイナスドライバーをあてて、ゴムハンマーで軽く叩きます。
そうすると、簡単にくりぬくことができます。後はバリがあれば、それを取れば完了になります。

自在ボードの加工

内部は、M3の15ｍｍのねじで、自在ボードにねじうちして、ラズパイはメンテナンスを行う前提で
ねじとねじの間に結束バンドを通して、固定出来る部分を作って、そこにマジックバンドを通して
ざっくり固定する方式にしました。ちょっと、見た目的にも改善の余地はありそうです。
設置までにもうちょい考えて見ます。

下記工程で結束バンド連結によるステーは止めて再加工をしました。
USB温度ドングルのケーブルがかっこ悪いので、これは極細ケーブルに交換してSmartに配線を行います。
また、SDRドングルについても配線を見直すかも知れません。

自在ボードに固定すると、それなりにきれいな配置になったかと思っています。
将来的に978MHz帯を受信する場合、SDRドングルの場所やケースの変更など
考えないと行けないですが、雑にSDRドングルを2階建てとかにすれば
このケースでも問題ないかも知れません。その時考えましょうかね。
ワンプレートでのってしまうのがいいですね。

ケース内部処理

自在ボードにM3のタップビスを打って、ラズパイとチューナーとフィルターの設置場所を作成し
内側にアルミテープを全面に貼り付けて、出来るだけ外部電波を遮断します。

アルミテープについては、HFのアンテナが取り付けてある鉄管に取り付ける事と
50ｗ程度ですが、いちおう電波発射時影響を出来るだけ避ける為に内部をアルミテープにて加工をするものです。
ただし、どうしても囲いきれない部分があるので、実はあまり意味がないかも知れません。
気持ちの持ちようかも知れません

※本件施工については、ノイズ対策とHF帯の送信アンテナが取り付けている
　鉄管に取付る特殊環境の為にやってますので、そのような環境で無い限りアルミテープ施工は必要無いと思っています。

こんな感じでどんどんアルミテープを貼っていきます。これは、以外に楽しい作業でした。

かなり時間がかかりましたが、大まかにはこんな感じで施工しました。

ケース冷却ファン

ケースの底面に4ｘ4ｃｍの2500rpmのファンを搭載します。
これらは、ある一定以上で動作するように、サーミスターを搭載した
温度管理モジュールによって【ON・OFF】される仕様となる。
ONの時は、外部から眺めても、ファンが動作している事を示すLEDを搭載する。
いずれも、5ｖのUSB電源を起点として動作する設計にする。

FAN取付場所については、ケース通線部にあうようにファンを設置し
アルミテープで目張りして、ケース内の空気を吸わないように、
フレッシュな外部の空気を吸うように施工しています。
電源ケーブルについては、アルミテープで固定し、
ケース上部に設置予定の温度制御基板につなぎ込むため施工してます。

自在ボード

こんな感じでM3のタップビスで各基板の取付位置に処理を行いました。

自在ボードの裏にある鉄管取付用のブラケットを止めている
ねじもコーキング剤を流し込んでビス打ちして、その上からコーキング剤を塗って防水加工し
さらに、コーキング剤ごとアルミテープを貼り付けてます。自在ボードの裏が底上げされているので
そのような加工を行っても、全くクリアランス的に問題ありませんでした。

動作LEDについての処理

シリコンのコーキング剤をぬって防水加工しました。写真のケーブルは、温度制御基板が来たら
適切な長さに切ってSmartに処理します。

グロメットにて通線処理

上記のように、5つ並んでいるので、真ん中を除く4つを貫通させます。
貫通方法は、上記ケース加工で記載した通りです。
一番外の穴は、通気口と取風口となるので、グロメットは入れないで運用する

LANと書かれている場所と、同軸と書かれている場所は、配線を通線する関係でグロメットを入れて
防水処理した上で、害虫の侵入を防ぎつつ通線を行う

外装は、こんな感じで網を張って、野外に設置するので、暖かい所にはGが入り込む可能性があるので
フィルターを設置して、害虫が入って中でぬくぬく卵を産む等を防ぐ仕様にしました。

害虫侵入防止網も下記のように加工しました。網の端が浮き上がって、雨風にまけて剥がれそうだったので
アルミテープにて加工しました。この上から金網をはって電波の侵入を防止しようかとも思いますが
さび等の影響もあるので、ここはこれで良いかなと思います。

さすがに、通気口ですが、防水コネクターを取り付けて、PF管を２０ｃｍ程度伸ばして
下からの雨水の侵入を防ぎたいと思います。いったん、部材を追加して加工します。
普段の雨ならおそらく問題ないんですが、台風とかそういうのも考慮したら、
若干の下からの逆流対策を考えておいたほうがいいといった決断になりました。

ケース裏面について

自在ボードのねじ部分からの電波侵入を防ぐため、裏面も処理してみました。
特に意味があるかどうかは？いまいち分かりませんが
自己満足の世界ということで

動作表示LEDについて

温度制御基板にインプットする電源は、USBから5Vをとって
ラズパイ動作確認LEDとして外部から確認出来る仕様にする。

温度制御基板について

温度制御基板回路図的には以下の通りで、温度制御基板からはマイナス制御でON・OFFさせるみたいだ。
表示は、12Vになっているが、5V用のデバイスをチョイスしているので、5Vでも動作するはず。

ケース上に取り付け予定で配線類を調整する
仮設置ではこの当たりの予定で、温度制御基板の下は空間があってそこに配線を格納する。
画像左下のは、一次的にモバイルバッテリーで駆動させているので
ラズパイの代わりの電源として、テストを行っている最中です。

サーミスタは、左上に見にくいですが固定しました。
全体をアルミテープで覆っていますので、熱も伝わりやすいかなと思います。

ケースに格納イメージ

※結局、USBチューナーが不調になって、チューナーを別のに交換したのでプリアンプ及びフィルターは廃止となりました。下記が最終形態となります。シンプルイズベストですね。中央に鎮座する温度計は、本番運用時撤去します。一時的にどのくらいの庫内温度か把握する為に、一時的に設置した物となります。

後で分かりましたが、チューナーが不調は、USBポートに接続する機器が多いと、電圧が不安定になってチューナーが見えなくなる事象を確認してあります。そのため、不調と思っていたチューナーも故障ではなかったと思っています。道具箱に入れてしまったので、既に行方不明ですが

動作確認

左が設定温度以下でありファンが停止してて温度監視中及び
ラズパイが起動しておりUSBから電源が出力されている場合点灯する。
ラズパイは、OSが生きていないとUSB電源がでない為、このLEDが点灯している事は
ラズパイに電源が投入されており、OSが動作している目安となる。

右が、設定温度以上の庫内温度になっていてファンによって、
外気を強制導入して冷やしている時点灯する。
夏場は、24時間ずーとONの状態でしょうけど、
春秋は日中のみ冬は日中でもついたり消えたりを繰り返し
庫内の温度を出来るだけ一定に保つように動作する。
下記のように期待通りの動きになりました。

あと、delayを入れているので、ちょっと位設定温度を超えたくらいでは起動せず、
それによって、オン・オフを繰り返す様な動きにはならない設定を入れてます。

当初SDRドングルがかなりの発熱で、これに強制冷却用のファンを取り付ける予定でしたが
ケースファンが定期的に稼働することを考えると、今の所問題なさそうということで
いったんファンの取付は、今回は見送りました。また、来年夏に不安定になるようでしたら
とりつけしようと思います。

悩ましい設定温度について

ぶっちゃけ、ラズパイってCPUの温度60℃でも動作OKで、80℃越えると処理制限が入るので
季節も考慮すると、35℃とかの設定でも良さそうですが、出来るだけ低い温度を担保した方が良い気はするので30℃くらいの設定でいいかな？とも思いつつ。ラズパイ、強制冷却して涼しい部屋で設置して36℃表示です。

リモートでは設定変更できないのでファン劣化も考えると、32℃とかの設定でいいのかもですね。
といっても、夏はそれでも庫内40℃越えているでしょうから、常時動き続ける事にはなってしまいそうです。
ただ、庫内温度は、ラズパイにUSB温度センサーを取り付けて監視はしているので
あまりにも高い温度になるようでしたら、若干低めの設定に変更するかも知れません。
いったんは32℃設定で行きます。

ケースに自作ステッカー貼り付け

特にこれは見た目重視として、ボックスに受信機材が入っている事をぱっと見分かる様に
ステッカーを作って防水シートで保護した仕様で貼り付けています。
市販する気もないですし、あくまでも個人使用の為に作成して貼り付けました。

温度管理について

上記ファンのところでも記載しましたが、それとは別にラズパイにUSBドングルを取り付けて
ボックス内の温度とラズパイ自体の温度を測定し、監視サーバに送る仕組みを作ります。

購入したのは、上記のデバイスです。こいつをラズパイに接続し
このセンサーがゲットした情報を元に、監視サーバでalert等を行います。
ちょっと癖があるデバイスなので、注意事項が何点かあります。

ラズパイに直接刺したら駄目です。
理由は、ラズパイの温度を拾ってかなり高い温度で検知します。
必ず、USB延長ケーブル等で接続する必要があります。

次に、このデバイス内部のファームが購入時期によって、違うという事です。
対応したスクリプトが、気持ち良く動作しない事が多々あります。
私が買ったこの機材は、実はファームが1つあがっていて、古いスクリプトでは
全くノーレスポンスでした。

まずは、動作からみていただくと、下記のコマンドで温度を取得できるようにします。
temper.py は　【https://github.com/urwen/temper/issues/9】からゲット出来ます。

rurineko@ads-b:/tmp/temper $ sudo temper.py
Bus 001 Dev 007 3553:a001 TEMPerGold_V3.5 25.00C 77.00F - - - -
                                          ------ 温度が取得出来てます

このデバイスは、 TEMPerGold_V3.5であり、センサーIDは【3553:a001 】であることが分かる。
これに対応したソフトは1つしかありませんでした。

$ cd /tmp
$ git clone https://github.com/ccwienk/temper.git
$ cd temper

rurineko@ads-b:/tmp/temper $ ls -lrt
total 60
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko  1855 Sep  2 10:23 DOCKER.md
-rwxr-xr-x 1 rurineko rurineko  1346 Sep  2 10:23 temper-service.py
-rwxr-xr-x 1 rurineko rurineko 17293 Sep  2 10:23 temper.py
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko   778 Sep  2 10:23 setup.py
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko 10705 Sep  2 10:23 README.md
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko   275 Sep  2 10:23 Makefile
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko  1062 Sep  2 10:23 LICENSE
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko   663 Sep  2 10:23 Dockerfile
-rw-r--r-- 1 rurineko rurineko   220 Sep  2 10:23 docker-compose.yml

★temper.pyがある事を確認して
$ sudo cp ./temper.py /usr/local/bin
$ cd /usr/local/bin
$ sudo chmod 755 temper.py

これで、パスが通っているので、どこのディレクトリからも下記でコマンドが動きます
$ sudo temper.py
rurineko@ads-b:/tmp/temper $ sudo temper.py
Bus 001 Dev 007 3553:a001 TEMPerGold_V3.5 25.00C 77.00F - - - -

監視組込

まずは、ラズパイ側のZabbix Agentの設定

$ sudo nano /etc/zabbix/zabbix_agentd.conf

最終行に下記を追加します
#Box Temp Get
UserParameter=box_temp,sudo temper.py | awk '{ print $7 }' | cut -b 1-5

CTRL+OとCTRL+Xでセーブして編集画面を出ます。

★Zabbix agentを再起動させて起きます
sudo systemctl restart zabbix-agent

続いて、Zabbix Serverがわにアイテムを作っていきます。

温度を取得できるか？テストを行います。
ピンクで囲った枠にUSB温度センサーからの情報が取得出来ていると正常動作です。

ダッシュボードに項目追加を行います。
これで、24時間ボックス内の温度が把握できるようになりました。
トリガーを設定して、alertを仕掛けるなど適時行ってください。

次に、ラズパイのマザーボードについてる
温度センサーをつかってラズパイの温度も監視しましょう。

ラズパイは、下記の場所に温度を保存しています。
ただ、値としては1000倍で保存されているので、これをZabbix Agentに渡すところで
1／1000に演算して、温度として監視サーバに渡してます。

温度保存場所
/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp

$ sudo nano /etc/zabbix/zabbix_agentd.conf

最終行に下記を追加します
#pi tmp
UserParameter=pi_temp,cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp |awk '{print $1/1000}'
CTRL+OとCTRL+Xでセーブして編集画面を出ます。

★Zabbix agentを再起動させて起きます
sudo systemctl restart zabbix-agent

監視サーバ側の設定を入れます。

テストをしてみましょう。
ピンクに囲った所に、温度が出ていることが確認出来れば、正常に

ダッシュボードに項目追加

必要部材がなかなか届かず

温度制御基板が到着が10月になりそうなので、それが届き次第いったんケースに組み込んで
自宅内で運用し、アンテナ等の部材が届き次第、設置する感じになります。
それも、11月くらいになりそうですね。正式運用をことし一杯で始めれるような感じで
段取りしたので、オンスケと言えばオンスケですね。

届かない部材は、下記の部材です。今の状況だと、日本国内までは届いて居るが
そこから、配達業者が動いていない。そもそも、一番安い送料で来てるから現時点で10月25日目安です
国内まで来てるので、早急に配達してくれてもいいんじゃないかと思います。
それか、配達がいやなら、自分とりに行きますよ。とは思います。

例によって、こんなのはアリエクスプレスにしかありませんので
アリエクスプレスの発送事情については、別記事にて書こうと思っています。
何気に早い配達の場合とそうじゃないものがあって、だいたい肌感が分かってきたので。
2024/09/12の夜に物が届きましたので、夜な夜な半田ごてで配線作って組み込んで動作確認までしました。

最後は

ボックスに鍵を取り付ける場所があるので、雨風に晒される事もあって
さびない頑丈な鍵をして、常時施錠して管理出来ればと思います。
次は、アンテナ設置取付編でまたお会いしましょう。

ここまでかなり急ピッチでやってきましたが、アンテナ取付とかかなり暑いとしんどいので
部材は出来るだけ早く集めきりますが、設置は秋深くなってきてからになると思います。
現実ついてるHFのアンテナを若干、下に下げたり鉄管を上に出したりとか
色々あるので、また、詳細は次の第7回で記載しますね。

余談ですが、ADS-B受信キットとして商品化するなら
今まで書いた内容で全部キットにすると、結構高めになっちゃいますね。
選べるオプションで松竹梅ですね。

完全に構築済みで、IPとかDNSとかだけで動く様な仕様の物が高くて
結構手を動かさないと行けないキットは安めの設定でだすか。
ぶっちゃけ、これ、手を動かした方が楽しくていいんだけどな。

はい。そんなことを考えております。
それではまたお会いしましょう。
ここまで読んで頂きありがとうございました。

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前回、夏休み企画でちょっとFMラジオを作ってみようを書きました。
まだ読まれていない方は、先にそちらを読んで見てくださいね。

今回は、その続きの第２段、ケース加工を書いて行きます。

ケース選定

ケースを選ぶ上で、加工のしやすさ等も含めて検討しないと行けません。
まずは、内部に収めようとするパーツ類の配置を考えないと先には進まないので
そちらを考えて行きます。

筆者は、いったん概算配置で下記の様な配置を考えました。

これがはいるケースを探し回った所、１つヒットしました。
下記がそのケースです。

材質的には、アルミになりますので、それなりに加工技術や工具が必要になります。
プラスチックケースだと、カッターナイフや熱源などで、カッティング出来ますが
アルミはそうはいきません。

何故？アルミにしたかというと強度の問題が大きいです。
背面に、それなりにサイズが許す限りのウーファーを設置する為
それなりのリチウムイオンバッテリーを搭載する必要があると考えました。
また、プラスチックだとウーファーを取り付けた際、
どうしてもびびり音がする事になると思うのでアルミ素材を選択しました。

ケース選定まで終わりましたら、次は、いよいよ加工に入っていきます。
筆者の職業が、旋盤工などだったらこんなの朝飯前なのですが、システムエンジニアなので
工具もなければ、そんな加工技術もありません。

せいぜい、中学の技術にてちょろっとやった程度くらいの技術しかありません。
その点注意してください。けしてできあがりがきれいな物になるとは到底思えないです。

ケース加工について

それでは、ケース加工やって行きましょう。
その前に、ケースを加工するには、それなりに工具が必要になってきますので
そちらをざっと紹介しますね。

最低減必須工具

１．ドリル本体（バッテリーでもAC直結でもかまいません）
２．ドリルビット（木工用ではなく、アルミも削れるドリル）
　　ステップドリルがあるとさらに便利
３．ヤスリのセット
４．L字定規
５．ノギス
６．シャーシリーマー
７．金切鋸
８．ホールソー
９．template定規
１０．マスキングテープ
１１．センターポンチ

この辺りがあれば作業出来そうです。
工具がそろっている事を前提に話を進めます。

ケース加工開始

ケース前面にマスキングテープをはって、その上にデザインを描きます。
その際、実際のパーツの大きさを定規やノギスなどを使ってきっちり計って
精度良く書き込む事が重要です。

次に、デザインにそって、ドリルとホールソーなどを使って穴を開けていきます。
四角部分は、下記のようにまずドリルで穴を開けていきます。
間は、ニッパーなどで切断しピンク色の部分については、
ヤスリで削り落としていく作業を行います。

実際に取り付けるパーツのフィッティングをみつつ削っていくと、下記の様な感じに加工出来ます。

大きい所は、ホールソーなどで穴を開けるといいと思います。

基盤をあてがって、そのままドリルで穴を開けるパターンもあります。
場所に余裕があれば、センターポンチなどで、真ん中にくぼみをつけてドリルのビットをあてて
ずれることの無い様に穴を開けていきます。

多少は、後で調整可能なので、それを怖がっていると、全く進まず、ストレスだけがたまっていきます
なので、なにやってるのか分からなくなっちゃいますので、気楽にやって行きましょう。
ケースは、お金を出せば手に入りますが、ストレスで床に伏せるとそれどころでは済みませんからね。

加工は、相当時間がかかります。
下で掲載する写真まだ持って行くだけで、数時間かかっています。
特に、採寸には時間がかかります。ヤスリで削り出す際もそうです。
焦らず、根気よく作業するのが、少しでもきれいに仕上げるコツかなと思います。

穴を開ける際、下に穴が空いてもよい物の上で穴を開けないと、床に穴を開けてしまいますので
注意しながらやってください。まっすぐ穴を開けないと、結局穴を開けたけどあわないに
なってしまいますので、ぶれる事のないように穴を開けていきます。

ケース加工したところは、必ずフィッティングを確認してから先に進んでください。
後で、一気にやろうとしたら絶対的に修正などで、上手く進められないと思います。
加工技術と設計書がしっかりしている場合は、全部加工終わってから組込で問題ないと思います。

途中経過ですが、下記の所まで進めております。
●ウーファー用３０Wアンプ取付加工　OK
●VUメーター制御基板用加工　OK
●DCDCコンバーター　ウーファー及びVUメーター制御基板用電源加工　OK
●外部アンテナ端子加工　OK
●USB　TYPE－Cジャック用コネクター穴加工　OK
●前面電圧電流計用取付加工　OK

背面パネルから加工している関係で、赤丸は加工が終わっている部分
背面はウーファーは、７０パイのホールソーがなかった為、order中で到着次第加工しちゃいます。

2023/08/18時点の進捗追加

下記黄色枠を除いて加工完了です。ウーファー用のでっかい穴も開けました。
ちょっと大きすぎたので、防振及び吸音材を使って調整します。

前面パネルはこちら

まだ、電圧電流計の部分しか加工が終わっていません。
買っておいたトグルスイッチがでかすぎて、再注文をしている関係で裏面から仕上げて行ってます。
３．５ｍｍのイヤフォンジャックも買っているのですが、まだ届いていない為
そちらも届き次第作業していきます。

スピーカー及びVUメーターについては、ホールソーで一気に開けます。
その他については、ドリルであけて、シャーシリーマーで穴を拡張するか
ステップドリルを使って穴を拡張します。

未加工
×フロントスピーカー
×FMチューナー
×スイッチ類
×LED類
×メーター

前面パネルの2023/08/18時点の進捗

黄色い部分以外全部終わってます。
この今日・明日・明後日で、なんとか全部加工を終えたいと思います。

12VのDCDCは、背面に抱かせる形としましたので、
そこ面への固定は今回は無しにしました。
理由は、前面スイッチを結構な数取り付けますので
裏面のクリアランスが確保出来ない為です。

１２VのDCDCの下にはリチウムイオンバッテリーが搭載されますので
その場所も確保しておかないと行けません。

仕様変更はつきもの

結局穴をあけたけど、場所が悪く上手くいかないことも多々あります。
その都度全部やり直すのは大変なので、ある程度の仕様変更で解決出来る物は
解決しちゃいましょう。あくまでも売り物ではないという事です。

今回の構成でも、ヒューズ類が一切入っていないのも世に出せない１つの理由です。
充電制御と出力制御はしているのですが、それで事足りるかはちょっと分かりません。

筆者は、USB充電端子をあけた後で、きがついたのですがバッテリーケースが干渉し
取付が出来ず、当初３．７Vのリチウムイオンバッテリーを８本仕様でしたが
５本仕様に変更して、まだ時間を延ばしたい等の要望が出てきたら
２階建てにして追加で５本を追加出来る様な仕様に変更しました。

場所がないなら、高層化するしかないので、最大３段までのクリアランスがあるので
１５本までリチウムイオンバッテリーを増設出来る仕様に変更しました。
ただ、これにより底面の加工箇所が４つ増えました。

ケース加工編は、これで終わりです。
引き続き、全部のパーツを実装出来る様に加工しちゃいます。
最終回は、組込編をお届けします。お楽しみにお待ちくださいませ。

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