かいちょうです。
久しぶりにDCCデコーダの記事をお伝えしたいと思います。
今回はモータデコーダです。一昨年に作ったモータデコーダの特性改善のため、各部の動作状態を確認します。
今回作った基板は小田急HiSE/LSE用向けなので非常に小さく、測定用のPADが設置出来なかったので配線を生やすことにします。
この格好だと車両には入れられなくなるので、ハンドバイスでモータ車の下回りを押さえて測定します。
プローブを接続して電源を入れて回してみます。
本当は線路上に乗せて走行させたいところですが、ローラもないのでまずはこれで我慢です。
今日は短いですがこの辺で。
(K)
こんにちは、かいちょうです。
年始でまだ工作そのものに取りかかれないので少し昔の失敗談をご披露したいと思います。
年末に頒布開始した別冊 Vol.2で特集した鉄道模型用コントローラですが、実は基板を2回起こしています。その1回目の模様をちょっと番外編としてお伝えします。
1回目の基板起こしも慎重を期して印刷した紙を実機にあてがってサイズ確認を行ってました。プリンタで印刷した紙をティッシュペーパーの箱に張ってカッターで切り取ります。
こちらが交換予定の元基板。台座から一度外します。
このような形で入れ替えて干渉などがないかを見ていきます
最初の基板ではACアダプタ用のDCジャックを実は基板に直接付ける形にしていました。この紙を使った現物合わせでは入りそう・・・だったのですが、2回目にはこの設計を止めました。
理由は、穴開けやDCジャックを入れるために筐体を大きく削らないといけない為・・・。
現物合わせをしてもやっぱり一度本物で組まないと細部は分からないもんだな～というお話でした。
今日はこの辺で
(K)
ヨシノローテック技報 別冊 Vol.2 鉄道模型コントローラ開発特集
別冊スペシャル版第二弾
7年ぶりの別冊は完全新作として鉄道模型コントローラの開発を特集。
リアルな造形のガチャガチャおもちゃを思いきり弄って鉄道模型のコントローラにする過程をお届けします。
仕様不明な音声ICと極小の筐体に苦心するも新規採用のRL78/G11マイコンでDCCも見据えたシステムを構築しました。
主なコンテンツ
STEP1 開発コンセプト
STEP2 実現性検討
STEP3 回路設計とレイアウト
STEP4 プログラム開発
STEP5 基板設計と筐体加工
STEP6 動作確認と発展
発行:
2022年12月31日第一版発行
2023年1月15日第二版発行
ページ数:A5相当 52ページ
初頒布:コミックマーケットC101
Amazon Kindleで電子書籍版ダウンロード頒布中!
BOOTHで本頒布中!
こんにちは。かいちょうです。
前回からちょっと時間が空いてしまいましたが、引き続き運転台コレクションのNゲージコントローラの検討を進めます。
ホール素子がダメだったので原点に戻り小さなボリュームを探してみました。しかし、入るようなものが見つからず、どうしようかなと思っていたところに手持ち部品で最有力になりそうなものが見つかりました。
それは、反射型フォトリフレクタ(ROHM製のRPR-220)です。光を出すLEDと反射を見るフォトダイオードが組み合わされたものですが、ライントレースカー工作の残りがあったので試しにコントローラ下部にあてがったところ、ハンドル角にだいたい合うような特性を得ることができました。
サイズ的にも十分入りそうです。
こちらはテープで仮止め実験をしたものですが、ハンドルを一番上から下に下げると大凡4.8V<–>1.8Vの範囲で信号が得られました。これだけあれば十分でしょう。
大きな問題だったハンドル角検出がクリアになったので、基板を設計することにしました。
今日はこの辺で
(K)
こんにちは。会長です。
今日は先日の鉄道ガチャガチャネタをさらに進めたお話をしたいと思います。
運転台コレクションがNゲージのコントローラになったらいいな・・・と前回書いたのですが、その思いに火がついてしまいました。(笑)
なんとか実現しようと考え始めてしまいました。
実現する上で追加が必要なコンポーネントとしては、主にモータドライバ、全体制御をするマイコン、としてハンドル角を検出するためのセンサがあります。前2つはこれまでのDCC開発で培ってきた資産があるのであまり難しくありません。問題は最後のセンサです。
鉄道模型を自在に制御するのであれば、ハンドル角に応じた速度制御を行いたいのですが、鉄道運転台コレクションは一杯に倒したときに音が鳴ればいいや・・・という仕様なので角度検出ができるような機構がありません。
これをどうアイデアで実現するか、実験も行ってみたので報告したいと思います。
選んだのは秋月で売っているソニー製ホール素子DM-106Bです。一つ50円なり。
このセンサはTO-92のような形をした小型品で、内容積が小さい今回の運転台にぴったりです。さらに、センサの出力がアナログタイプなので、無段階の出力が得られるという期待もあります。
(ホール素子で多いのはどちらかというとヒステリシス付のデジタル出力で今回の用途には合わないと思いました)
センサと本体を並べてみます。中の基板は乗っ取りで変更する予定なのでセンサを取り付ける部分がないのは問題になりません。
実際にリミットスイッチの近傍においてみました。小型なので入りそうに見えます。リミットスイッチの頭とほぼ同じサイズです。
ハンドル側との位置合わせもしてみます。ハンドルの下部に小さな磁石を付けて、その反応をセンサで取ろうというという発想です。
早速、手持ちの磁石で出力がどの程度変化するかを確認してみます。この磁石は台所の換気扇フィルタ固定用で、鉄板から指ではずそうとすると難儀するほど強力です。
センサの出力は上側と下側に磁気によって変化する抵抗があり、磁気がない場合は入力された電圧のちょうど半分が出る仕様になっています。そこで、5Vの電源を掛けて、磁石が当たったときにどのくらいその電圧が変化するかをテスタで確認することにしました。
こちらは、磁石を当てていない時の電圧です。スペックでは入力電圧の半分ですが、ほぼほぼぴったり2.499Vが出ています。これに磁石を当てると
確かに0.009V下がりました。しかし、これではあまりにも変化量が少ないです。
実際、ハンドルの下部に付けたとすると物理的には数mmの変化になるわけですが、数mmの変化だともっともっと電圧の変化量が小さいわけで・・・OPampで増幅しないとダイナミックレンジが確保できそうにありません。
それに、何度も動かしていると、同じように磁石の位置を変化させても不安定な出力(同じ値にならない)です。これはダメかも。
そもそもこのホール素子のアプリケーションは回転検出のようなものだったので、絶対的な磁力をDC的に計測するのには向いておらず、AC的に変化するようなものでないとダメなのかもしれません。(そう考えるとデジタル出力が多いというのも納得です)
というわけで、最初のホール素子は失敗になってしまったのですが、めげずに次なるアイデアを考えていきたいと思います。
今日はこの辺で
(K)
こんにちは。かいちょうです。
先週に続いてチューニングを行います。
今手元にオシロスコープがない状態なので、何が起きているかを予想を立てて少しトライアンドエラー的に対策と効果を確認してみます。
まず最初に試したのは線路電圧を両線からの差分で測定する方法。作成した基板は、搭載されているマイコンRL78/G11のI/O端子から、片側線路のみ読み取る設計だったので、ちょっと強引ですがリード付き抵抗を使って両線をマイコンの空き端子にブリッジします。
プログラムも修正して両線の状態をマイコンから監視するようにします。しかし、多少安定したかなっと思う程度で実用域には程遠い感じでした。
続いて実施したのは、デコーダのMCU電源を安定化させるために容量追加です。取り急ぎ適当な100uFを付けてみました。
これは効果があったので、線路離線に伴うマイコン電源のふらつきが多少影響を与えている事がわかりました。が、これをそのまま採用するにはコンデンササイズが、車両搭載にはデカすぎますし、完全に誤判定がなくなったわけではなく不完全です。
やはりハード的な対策というよりソフト的な対策の方がよさそうです。
そこで、アナログモード時の判定アルゴリズムを変更。詳細は割愛しますが、これまでの単位時間での判定から、フィルタ処理を入れた上で判定する方法に変更をしてみました。
この変更で、ノイズがすごい、旧式のTOMIX 5001コントローラでもある程度まともな運転ができるようになりました。
改めて、DCCモードも含めて確認実験をしてみました。
こちらも新しいプログラムで問題なく動いているようです。(牽引というか、押しているのはHiSEの電動車)
この後、100uFを撤去しましたがそれでも大丈夫そうでした。
このようにプログラムをチューニングすることである程度なんとかなるケースだと助かります。
が、毎回プログラムを書き換える度にデコーダを車体から外すのは面倒なので、そろそろ線路からのファームウェアアップデートを考えなければと思っているところです。(技術的にはできるのですが、コマンドステーション側の環境構築とデコーダのソフト変更が面倒で二の足を踏んでました)
あとでオシロスコープが使えるようになったら、線路波形も測定してお見せしたいと思います。
今日はこの辺で。
(K)
こんにちは。かいちょうです。
今日は昨年作成したHiSE/LSE用デコーダのチューニングを行いたいと思います。
ファンクションデコーダの場合、毎回作るたびにチューニングをしています。
具体的にはDCCで動いている時ではなく、従来型のアナログコントローラ動作時に対して行います。
アナログ動作時、デコーダがどちらに対して動いているのかを判定する必要があるのですが、様々な要因で誤判定することがあります。(DCCの時はデジタル信号をデコードしているのでこのような問題はおこりません)
他の製作者さんでも、アナログ運転は保証しないとしているケースもあるので、実は以外と難しい調整部分だったりします。
今回作ったデコーダもその症状が出たので、まずは解析とハード/ソフトでの対応を試みます。
まず、実験をしやすいように、空き端子にF0F, F0R確認用のLEDを搭載します。
このような形にすると、HiSE/LSEには搭載出来なくなる上、プログラムも頻繁に書き換えるので、別な人身御供実験しやすい旧車を引っ張ってくる必要があります。
今回抜擢されたのがこちら、30年選手のKATO クハ103(スカイブルー)です。このKATO 103系は技報Vol.3でも表紙を飾るほどDCC実験に参画しており、西武5000系レッドアローと並んで登場率が高い働き者です。常時、配線を接続できるようにすでに車内に端子を植えてあり、すぐに実験することができます。
実際に搭載した姿がこちら、まるでヤドカリみたいな感じですが、前述の通り書き換えができるようにするにはこの形が最適です。
ハードウェア的にはマイコンのI/O端子で線路電圧の状態を監視しているのですが、この端子が暴れている可能性を疑い、小容量のキャパシタ(9p)をのせてみます。
今日はこの辺で
(K)
こんにちは。会長です。今回は現行のTOMIX 2線式電動ポイントをGR-KURUMIで動かしてみたいと思います。回路は同一ですが、プログラムでフォトリレーの開通方向を2線式に合わせて切りかえます。また、モータドライバも交流式ではなく直流式になるのでワンショットパルス波形を出す形に切り替えます。
早速動かしたときの波形が次の通りです。電圧はTOMIXのコントローラに会わせて12Vとし、TOMIXのポイント切り替え機と同じくらいの20ms励磁を行いました。こちらはすんなり動いてくれます。切り替えもスムーズです。流れる電流も小さいので、旧世代の3線式に比べて小さいエネルギーで動いてくれる設計になっていると言えますね。
電流波形はAC測定用CTなのであくまでも参考です。(おそらく正しくないでしょう)
2線式、および前回の3線式も連続で動かしてみましたが特に不具合もなくGR-KURUMI、モータドライバ、フォトリレーの組み合わせで動かすことが出来ました。よって、この組み合わせを基本的なコンポーネントとしてポイントコントローラを作れる・・・と判断しました。
まだいつ設計するかは決めていませんが、今後のアイテムとして少しづつ概要仕様を固めていきたいと思います。
次回はC99まで進めていたHiSE/LSE用デコーダのチューニングについて行いたいと思います。
それではこの辺で。
(K)
こんにちは。かいちょうです。
こちら、前回の続きです。TOMIX 旧3線式電動ポイントをGR-KURUMIとフォトリレーおよびモータドライバで動かして、その時の電圧電流波形をオシロで測定してみました。
信号の流れ的には、GR-KURUMI–>モータドライバ/フォトリレー–>電動ポイントになっています。電圧電流を測るためにプローブも接続していきます。
GR-KURUMIは、Digital_write, wait関数を使ってポートを操作し、50Hz駆動を模した交流(実際は矩形波)がモータドライバから出力されるように、プログラムを作りました。3線式なのでポイントの操作方向を切り替えるときにはフォトリレーの導通を変更します。
こちら、電源に16Vを印加したときの波形です。ポイントは転換します。(励磁時間は本物の10倍ぐらいにしていますが、短くしても大丈夫でした)
波形は、一番上がモータドライバの出力部、真ん中がフォトリレーの出力、下が電流波形です。モータドライバが出力する電圧は矩形波なので、CTで取っている電流波形の頭はフラットになりません。(多分本物の電流プローブでも頭は平にはならない気がしますが)
今度は電源電圧を12Vぐらいまで下げてみました。波形の形は電圧が変わった分以外あまり変わりませんが、12Vだといくら励磁時間を長くしてもポイントは転換しません。電動ポイントのソレノイドは動き出すときに最もトルクが必要になるはずですが、12Vではエネルギーが足らず、動き出せないようです。ずっとほっておくと電動ポイントマシンが過熱してくるので、ほどほどで止めます。
元々のポイント用電圧が(負荷時に)17Vぐらいだったので、やはりそのくらいの電圧がないと動かないことがハッキリしました。
次回は現代的(?)な2線式の方も動かしてみたいと思います。
(K)
こんにちは。かいちょうです。
今回はポイント切り替えの実験をしてみたいと思います。
前回実機の実験を行いましたが、次にいきなり回路を作るのはちょっとハードルが高いので・・・GR-KURUMIとブレッドボードを使ってプロトのプロトを作る・・・という位置づけです。
使うものはこちら、ブレッドボード用の線です。
こちら、Amazonで売っていた格安のケーブルなのですが、ケーブルの石油臭がすごいです。。。
安かったから仕方ないかもしれませんが・・・。
続いて使うのはサンハヤトのUSBシリアル変換モジュール MM-FT232です。
こちら、純正のArduino Pro Mini Writerに対して制御線がちゃんと出ている上、3.3V/5.0V切り替えができる便利なボードになっています。
こちら、購入時にはコネクタがくっついていないので、はんだ付けを行います。
部材がそろったので早速、GR-KURUMI、モータドライバ、フォトリレーをブレッドボードにつけていきます。モータドライバはサークルでよく使われているTOSHIBA TB6612を秋月のピッチ変換基板に乗せています。
フォトリレーは3線式と2線式を切り替えられるようにするために搭載しています。今回、このフォトリレーがちゃんと動いてくれるかがキーポイントと考えています。モータドライバ駆動信号とフォトリレーの切り替え信号はGR-KURUMIが出すという寸法です。
次回は動かした様子をオシロで測定してみたいと思います。
(K)