へのへのもへじ工作室
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常点灯と赤外線通信を組み合わせて動作させる(japaninoにチャレンジその18)
東日本大震災により被害を受けられた皆さまに、お見舞いを申し上げます。

前回の更新からだいぶ時間がたってしまいましたが、arduinoをつかったパワーパックの検討を続けております。3月8日には、走行用電流に通信データを混ぜて送受信しましたが、今回は、その改良版の報告をいたします。

まずは、動画をご覧ください(ポンボケで申し訳ありません)。今回はアナログのモータ車を停車させたままヘッドライトを常点灯させた状態で、赤外線通信パルスを送信しています。データ受信側は今回撮影していませんが、画面の外で0.5秒周期で通信データを受け取っています。このまま、常点灯パルスとは別に重畳させたパルスでモータの速度を変更しています。

モーター車停止状態(常点灯のみ)は、データ通信の瞬間、若干ライトの点灯具合が変わりますが、走行中は気にならない程度です。まあ、arduinoのマイコンでコントロールするのであれば、点滅は解消することができますが、、、

今回、これを完成させるまでいくつかの試行錯誤がありました。
ちょっと専門的なところもありましたが、とりあえずメモしておきます。

・停車時(常点灯点灯時)、dutyを下げて通信パルスを送らないとモーターが動いてしまう。
・モータ回転時(LED点灯時間ががない時)は逆に、dutyを上げないと十分な赤外線通信の光量が確保できない。
・データ通信はパルス発振を38kHzとするのがいいが、通信しないとき(常点灯パルス) は38kHzからできるだけ離した方がいい(今回は常点灯パルスは10kHzとした)

ここで作成したプログラムの詳細については、工作派コミュニティにて別途報告予定です。



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消費電流を測定してみる(japaninoにチャレンジその17)
今回、trainoプロジェクトでarduinoを車載とする場合の電源供給はどうなるか、考えてみました。

その1:レールから十分な電力を供給する
レールに12Vを与えて、モーターも含めてすべてarduinoで制御するのが一般的でしょう。これであればarduino本体の消費電流はまったく問題ないでしょうし直接モーター制御も可能です。一番、拡張性がある設計になるでしょう。

その2:電池を搭載する
arduinoを車載電池で駆動する方法です。電池の選定にもよりますが、arduino等の回路はできるだけ低消費電力にすることが必要です。
このときは、モーターはレールからアナログ制御をするか、その1と同様12V給電をしてarduinoで制御するかどちらかでしょう。また、スペース、重量では不利になりますが充電電池を使う手もあるかもしれません。モーターまで電池で動かせば、まるでQトレインですね。

その3:常点灯パルスで電力を供給する
レールからTOMIXの常点灯パルス程度の電力を供給して走行状態と無関係にarduinoを動かしておき、モーター車の制御を並行してアナログで制御する方式です(アナログといってもPWMですけど)。これだとarduinoでモーターを制御することは難しいかもしれませんが、市販車両との互換性が一番高い方式かもしれません。また、arduinoに対しては直接赤外線で指令する方式のほかに、パワーパックからのパルスでDCCのように制御する方式が考えられます。昨日の通信実験はこれも目標にしたものでした。

その2、その3の方式をとるならば、arduinoの電流はなるべく抑えたいところ、特にその3では、短いパルス幅で電力を供給するため、瞬間的にはarduinoの10倍程度の電流が必要となります。このために、今日は、ポケットコントローラ(最小限のarduino回路)を使って消費電流を測定しました。
実測値は、電源5Vで13mAという結果でした。発振子16MHzですので、できれば8MHzまで落としたいところです(8MHzなら、この1/2~2/3位になるでしょう)。なお、電源電圧を3Vに落とすと16MHzでも6mAまで低減できますが、白色LEDがそのまま使えないなど、周辺回路の設計が難しくなるでしょう。


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動く車両から赤外線でデーターを送信する(japaninoにチャレンジその16)
昨日、ライト点灯の問題修正が上手くいったことで、気をよくして連日投稿です。今日は、パワーパックの走行電源に送信信号も混ぜて送りこみ、車上から地上に赤外線でデーターを送信するテストです。

モーター車は仮にEF64としました(特に意味はありませんが、KATOの従来モーターだったので選択)。スハネ12に裸になってもらいまして、室内灯の取り付け部分に赤外線LEDを差し込みました。パワーパックからデータを送りますが、前回から回路は変更せずスケッチのみ追加します。また、赤外線受信側は久しぶりに赤い基板(japanino)の登場です。

各部の動作を説明しますと以下の通りです。

1.地上の送信装置
パワーパックからPWMコントロールで走行電流を流します。
同時に、赤外線LEDへの送信信号も混ぜて流します。
もちろん、パワーパックから出力される電圧はNゲージの規格(0-12V)以内、
逆極性も印加しませんので安心してKATO新D51も使えます。
今回は試しにデーターとして設定スピード(xxkm)を送りました。

2.車上の送信装置
EF64は無改造、PWMコントロールにより普通に動きます。
EF64の前面ヘッドライトとスハネ12に取り付けた赤外線も同時に点滅します。
停車時はデータ送信時のみ点灯、走行時はほぼ連続点灯となっています。

3.地上の受信装置
japanenoに取り付けた赤外線受信ユニットは、ユニット内に
内臓された回路(フィルター)によって通信データだけを拾います。
受信したデーターは、japaninoに取り付けたLCDユニットに表示します。

この実験ではまだ不確実ではありますが、停車中でも走行中でもパワーパックから送信されたスピードが表示できました。また、課題としてデータ送信タイミングでわずかに車両が動いてしまうことがわかりました(これは対策方法はいくつか考えられます)。また、車両から送信した赤外線は指向性が高く、一か所で安定して受信するのは難しいことがわかりました。

この技術は、車上から地上に送信するのではなく、地上からレールを通して車上のユニットを制御することに使えそうですね。元々の赤外線通信で課題となりそうな貸しレイアウトのトンネル内の動作も確実になるでしょう。そうはいってもarduinoの小型化は結構むずかしそうです。やはりこの部分は「工作派コミュニティ」のTrainoプロジェクトに期待したいと思います。

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なぜかヘッド・テールが同時に点灯 (japaninoにチャレンジその15)
現在製作中のパワーパックですが、普通に走行はするのですが、ヘッドライト、テールライトがなぜか同時に点灯してしまう問題がありました。前後共すべて点灯してしまいます。先日ポケットコントローラ(仮称)で鉄コレを動かした時には、気付かなかった課題でした。

組み合わせを変えてみると、モーター車がなければ問題ないことが判明、回路図を見るとモーターの逆起電圧吸収用のダイオードがないことに気付きました。回路図右上、マル印部分を追加しとりあえず解決です。

もし自作コントローラで同じような症状の方がおられましたら、FETの保護だけでなくモーターの逆電圧吸収回路があるかどうか、確認してみてはいかがでしょうか。


ポケットコントローラで電車を動かす(japaninoにチャレンジその14)
引き続きarduinoを使ったポケットコントローラ(リモコン)の話題です。

今週作成したポケットコントローラを製作中のパワーパックにつなぎ、試運転をしました。パワーパックにはarduinoのスケッチローダポートがありますが、そこに写真の赤外線リモコン受信素子を付けました。これでarduinoからarduinoに対して赤外線で指令を送ります。

ポケットコントローラのボタンの機能はとりあえず以下のとおりとしました。
 左 -- 緊急ストップ・1秒間押し続けると方向逆転
 中 -- 減速開始・約0.1秒ごとにさらに減速する
 右 -- 加速開始・約0.1秒ごとにさらに加速する
ボタンが押さなければ定速運転を続けます。常点灯機能などはまだ入れていないので、動き始めるまでちょっと時間がかかりましたが、その他はほぼ予定どおり動きます。気になっていた通信距離ですが、正面だと5mくらいはなれても通信できるので、ボタン電池でもなんとかなるようです。

なお、arduinoのスケッチ(プログラム)については、「工作派コミュニティ」の「arduinoトピック」で説明させていただく予定です。


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補足:ポケットコントローラ回路図
拓啓ぽんさんのコミュニティ「作り方・改造方法の紹介」にて投稿いたしましたが、回路図が拡大できないことがわかりましたので、こちらにも書き込みしておきます。

今回、部品数を減らすためにスケッチ書き込み時だけ必要な部品はコネクタの先に実装することにしました。また、回路図にはIRレシーバーを追加していますが、私のリモコンでは小型化のため実装していません。


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ポケットコントローラを作ってみた(japaninoにチャレンジその13)
現在、パワーパックの方はソフトウエア(スケッチ)の作成中ですが、少ないスイッチでどうやって使いやすくするか、悩んでいるところです。今回はそれとはちょっと別にパワーパックのリモコンユニットを作ってみました。長さ8cm程度なので、勝手にポケットコントローラと名づけました。

ご存知の方も多いかと思いますが、TOMIXからはワイヤレス・パワーユニットが発売になっています。張り合うつもりではないですが、1月に赤外線通信の実験をしてから同じようなことができそうかなと考えていました。このリモコンユニットを使ってパワーパック本体に命令を送れば、好きなところで遊べるかなと考えています。

週末、手ごろなケースを見つけ、arduinoのチップと赤外線LED,電池などを入れてみました。今回は、シンプルに操作ボタンは3つ、小型の部品が見つかればボリュームを追加することもできると思います。場当たり的な製作だったので配線がきれいとは言い難いですが、とりあえず動作には問題ありません。もちろん、arduinoのスケッチはコネクタ経由で簡単に書き換えできるようになっています。

作り方については、拓啓ぽんさんが先日立ち上げた、「作り方・改造方法の紹介」コミュニティに投稿予定です。また、このリモコンにはパワーパックと通信させるだけではもったいないような気がします。

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