自転車用アナログ指針式スピードメーター
～マイコンを使ってクルマの電気式速度計をチャリに搭載～

＜ハードとソフト＞

動画撮影時から改良を重ね、ドライブ回路や電源回路は大幅に変更されています。

//LPC1114 チャリスピードメーター //ゲート方式　一定間隔内のゼロクロスを数える
//平均化処理しないと針がふらつく

#include "mbed.h"
#define f_rad_keisuu 0.03 //パルス周波数からradへの変換係数　ハブダイナモ = 0.03? ブロックダイナモ=0.004
#define kakudo_max 4.4 //メーターの最大振り角度（rad）
#define sampling_time 0.1 //サンプリング周期（秒）　0.05だと処理落ち、0.15だとガクガク　0.1がいい感じ


//内蔵LED
DigitalOut myled1(dp14);
DigitalOut myled2(dp28);

//信号入力
InterruptIn speed_sensor(dp26); //スピードセンサーからの車速パルス入力

//制御出力
PwmOut sin_coil(dp1); //sinコイル出力
PwmOut cos_coil(dp2); //cosコイル出力

//サンプリングゲートタイマー設定
Ticker sampling; //サンプリング用タイマ割り込み

//グローバル変数
int pulse; //パルスをカウントする変数
int gate; //ゲートフラグ（０：計算中　１：計測中　２：計測準備完了）
int data[10] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};

//角度を受け取って交差コイルにPWM出力する関数。pwmoutは0～1のため、0.5を中心にする。
void kousa_coil_output(float kakudo)
{
 myled2 = 0;
 if(0 <= kakudo && kakudo <= kakudo_max) //範囲内ならば交差コイルドライブ
 {
   sin_coil = 0.5 + 0.5 * sin(kakudo);
   cos_coil = 0.5 + 0.5 * cos(kakudo);
 }
 else //範囲外ならオーバーロードランプを付けメーターの更新をしない
 {
   myled2 = 1;
 }
 gate = 2; //振れ角の計算まで終わったら次の測定準備完了
}

void pulse_counter(void)
{
 pulse ++; //一回呼ばれる毎にパルス数変数をカウントアップするだけ
}


//パルス数からスピードを計算する関数（タイマ割り込みで呼ばれる）
void speed_calc(void)
{
 static float output = 0.0;

 if(gate == 1){
   gate = 0;
   data[0] = data[1];
   data[1] = data[2];
   data[2] = data[3];
   data[3] = data[4];
   data[4] = data[5];
   data[5] = data[6];
   data[6] = data[7];
   data[7] = data[8];
   data[8] = data[9];
   data[9] = pulse;

   output = (data[0]+data[1]+data[2]+data[3]+data[4]+data[5]+data[6]+data[7]+data[8]+data[9]) * f_rad_keisuu;
   //10回平均後に係数をかけてメーターの振れ角度に計算

   kousa_coil_output(output);//交差コイルドライブ関数に角度（rad）を出力
 }
 if(gate == 2)
 {
   pulse = 0;
   gate = 1;
 }
}

int main() {
 sin_coil.period_us(1000.0);//pwmは1kHz
 cos_coil.period_us(1000.0);//pwmは1kHz
 speed_sensor.fall(&pulse_counter);//立下りピン変化割り込みでパルスカウンターを呼ぶように設定
 sampling.attach(&speed_calc , sampling_time);//タイマ割り込みで速度計算関数を呼ぶ
 myled1 = 1;//ledをつけて準備完了
 gate = 2;//測定準備モードにセット
 while(1) {
 }
}

＜スピードセンサー不要の原理＞

＜交差コイルメーターの入手及び使用法＞

さて、このメーターはどちらのメーターが使用できるでしょうか？

まず、交差コイルメーターとは直角に交差するコイルの中に針を取り付けた棒磁石を設置したメーターで、車・バイクの電気式メーターに使われています。
それぞれのコイルに指針を振らせたい角度の正弦・余弦の電流を流すと、振らせたい角度方向の磁界ベクトルが発生します。その時、３平方の定理とsin^2＋cos^2=1より、合成磁界ベクトルの大きさは変わらないため、棒磁石を目的の方向を向かせることができます。
構造としては２相の交流同期電動機と同じ形をしていますので、どちらかというとメーターというよりモーターの仲間に入ります。

これを入手するにはオークションもしくは自動車リサイクル工場で車の電気式メーターを買えばよいのですが、いくつか注意点があります。電気子でも必ずしも使用できるわけではありません。

まず、アラゴの円盤を用いた使えない機械式スピードメーターは、写真のように後ろに大きなカップリングが出ていますので見間違えることはないと思いますが、ステッピングモーターを使用したメーターはパッと見では区別がつかないため間違て購入してしまったら残念でしたということになります。
ステッピングモーターを避けるには、90年代後半～00年代前半のメーターを狙うと良いでしょう。

ちなみに写真のタコメーターは交差コイル式でした。

最も紛らわしいタイプは2相ステッピングモーターを使用したタイプで、交差コイルと同じ4端子のアクチュエーターのため区別がつきません。外車のメーターに使われていることがあります。私はアウディのメーターで見事に外れを引いてしまいました・・・
2相ステッピングモーターは構造が交差コイルですので、間違って買ってしまった場合はギアを取っ払って針をモーターに直接取り付ける改造を施すしかありません。
※3相以上のステッピングモーター方式メーターを間違って買ってしまった場合は、マイコンに制御プログラムを書けば降らせることはできます。ステッピングモーターのドライブプログラムについては、ロボット工作系サイトが詳しいのでそちらを検索してください。

参考として、選択肢は狭まりますが確実性を求めるならば、「”針のシャフトを取り囲むようにきれいに並んだ４本のネジ”でメーターアクチュエータに配線されている、見るからに交差コイル」というのを選べば外れが少なくなります。
針を取り囲んでいてもきれいに並んでいないネジや３本の場合は車速信号や電源を内部基板へ送って駆動するタイプですので、ステッピングを引く可能性が多少ありますが、年代的に古いものならばほぼ大丈夫でしょう。
例えば写真のタウンエースノアのメーターはタコメータ・スピードメーターともに交差コイルです。

＜車のメーターに元々ついている制御回路を使わない理由＞

• パラメーターが自由にいじれません。専用ICですので当然ですが・・・。ブロックダイナモですとすぐ振り切ります。
• 消費電力が大きすぎます。燃料計など余計なところに消費される電流は、ダイナモという限られた電源の中では非常に問題になります。
• 安定した12Vを供給しないと動きません。つまり蓄電池必須になります。
• 柔軟性に欠けます。電圧計にしたい、電流計にしたい、おしゃれな演出を入れたい・・・などの要求は当然満たせません。