2015年08月31日

BEMF対応

フジガヤさんが、BEMFの効果を証明して頂いているので、スマイルデコーダでも実現方法をきちんと書かないとダメだなと思って書いております。

ちなみに、BEMFは永久磁石を使ったモータの逆起電圧のことです。回転数に応じて、電圧が上がってくるので永久磁石モータを高速回転させるEVとかではモータにかけられる電圧を食い潰してしまう困った現象なのです。
鉄道模型では、この現象を逆に利用して、モーターへの電力をわざと一瞬(数百us)止めて、電圧測定をして、速度を割り出すという手法を採用してます。

とりあえず、あのサイズで両面基板では、抵抗3個とダイオードを追加するのが難しいので、外付けにおいてもらうしかありません。デコーダ開発ボードに入っているBackEMF検出回路は、以下の回路です。自分で考えたのではなく、他の人の回路をパクってきただけです。

BEMF.png

ピンは、A4とA5はパッドがあります。あと、23ピンからA0などが余っているので、I2Cを併用したい人は、CPUに直接はんだづけしましょう。

■BEMFの制御について

そんなに難しいことはしないのですが、知らない人はサッパリだと思うので、一応解説したいと思います。ちょっと、DCCデコーダのモータ制御のソフトを整理したいと思います。

BEMFを取得したら、まずはフィルタにかけてなだらかにします。検出周期は、一定間隔になるようにきちんと調整します。たとえば、30Hzとか、100Hzとかです。これをしないと、PIの調節器がよくわからない動きになります。

フィルタに掛けた電圧値を速度に換算するために式に入れます。最大、中間、0のときの速度値で線形な式が求まるはずです。
速度に換算した電圧値はDCC信号で来た指令と差分を取ります。差分をとったら、PI制御器に入れます。PI制御器は、比例項と積分項を持つ計算式で、差分がゼロになるように出力値を出す性質があります。つまり、指令値通りに速度が出なければ(差分、つまり偏差が増えれば)出力を勝手に足したり下げたりしてくれます。

この後、できればフィードフォワード項として、指令をそのまんま、PIの出力に足し込むことをします。厳密にはモータの式を入れればいいですが、センサも貧弱ですし、そこまでしなくてもPI制御器ががんばってくれると期待して、そのまんまとしておきます。最終的な出力に、リミッタを掛けてやれば完成です。

一番懸念事項は、EMFの電圧値と速度の換算式をうまく作るところで、これを自動化できれば良いんですけどね。チューニングするか、自動チューニング機能的なことを考えるかしないといけないかもしれません。
posted by yaasan at 20:26 | Comment(0) | 鉄道模型

2015年08月30日

スマイルデコーダ・Zゲージへの組み込み作例

スマイルデコーダ(DSdecR3)のユーザー様が、Zゲージにスマイルデコーダを組み込まれたとご連絡を頂きました。
Zゲージに本当に入るのか!と驚いたので、お願いして写真を頂きましたので転載いたします。

・西武30000系(カッティングプロッタでの自作)
DSCN8431TS.jpg

・山手線E231(東京マルイ製)
DSCN8437AS.jpg

DSCN8435TS.jpg

お聞きした組み込むコツとしては、デコーダの左右をスルーホールやパターン限界までがんばって削ることだそうです。スマイルデコーダ基板は、V字カットの精度もあるので単純には言えませんが、0.5mm程度は削れそうな気もします。また、車両側もデコーダが入る箇所の車体や窓を削るなどの加工が必要なケースもあるとのことです。

もちろん、全てのZゲージに入るわけではないと思いますが、腕に自身のあるZゲージャーの皆様も試してみてはいかがでしょうか。

スマイルデコーダに限らず、DSmainやミント缶デコーダを改造してこんなものを作った!こういう遊び方が面白い!というご意見や成果をお持ちの方は、ぜひとも写真やビデオなどを添えて管理人にご連絡ください。当ブログでご紹介いたします。アップする場所がない場合には、当方がレンタルしているサーバーの空き容量はたくさんありますので、関連するスケッチや設計図面、データなどなどの掲載も代行いたします。
posted by yaasan at 22:09 | Comment(0) | 鉄道模型

2015年08月29日

ESP WROOM 02がやっと動いた

とりあえず、DSmeisterもドラフト設計が完了したので、DSmeister用のWifiオプションを作る準備をしてます。
Bluetoothだと制約事項が多すぎるので(特に、Bluetooth認証&アップルの認証がらみで)、オープンなwifiをプラットフォームとして採用することとします。

その中でも、特に非常に安価で入手性の良い、ESP-WROOM-02を使用することにしました。当初は、DIP化モジュールを使わずにがんばりましたが、非常にきついのでCerevoのDIP化モジュールを買って試したら、すぐに動いてしまいました。

ESP_WROOM_02_TEST.jpg

ESP-WROOM-02は、500円程度と安価ながら、ポテンシャルは凄まじく、ATMEGA328Pよりもリッチなマイコンが利用できるということで、非常に素晴らしい機能性です。ピン数が足りないのと、ペリフェラル系が怪しいのが欠点ではありますが。コストをうまく抑える仕組みを導入しているようです。この価格でこの機能ですから、売れますね。しかしながら、他のプラットフォームは壊滅的な被害になりそうではありますが・・・。

さて、DSmeisterにWifiオプションを付けるわけですが、本体基板に内蔵してしまうといろいろと不都合が多い事情があります。たとえば、ESP WROOM 02は、Arduinoのターゲットにもなる(Pro miniみたいな扱い)ので、自由にソフトを書き換えて機能を追加できます。この書き換えを考えると、内蔵させてしまうとボードで何らかの書き換えの仕組み(スイッチなど)が必要で、非常に手間がかかります。

また、UARTの本数が足りないので、SSIDやパスワードについては、NanoボードからDSCoreマイコンを経由して渡す方式にします。非常にややこしい構成になってしまっています。これも全て、ATMEGA328PにUARTが1本しかないのが原因です。

この対策のために、ソフトウェアシリアルで115200bpsで動かす無茶な人もいるようですが、そんなことしたら他の機能が動かなくなるわ、通信は不安定わで良いことがないので、私は早速諦めました。ちょうど、DSCoreのファーム更新用のUARTポートが空いているので、ややこしい構成ですが、そのまんま使ってやってやろうという考えです。さらに、PCからのESP-WROOM-02のソフト書き込みも同時できるようにして、一石二鳥にしようと思ってます。

今のところ、さくっと書いたボード基板は以下の様な感じです。PC接続と、DSmesiterに接続ができるように、コネクタはArduinoのフレーム付きピンヘッダを採用予定です。また、5Vのボードで動くように、3.3Vの大容量レギュレータ(500mA〜1A)を積めるようにして、さらに信号のレベルシフトも一応やってます(抵抗で、ですが)。

WifiOptionForDSMeister.png

あとは、ちゃんとWifiの変換ソフトと、Webアプリをしっかりコーディングできるかが懸念事項です。時間が解決すると思いますが、昼間の副業先の仕事が徐々に増えてきてなかなか時間が取りにくくなってきました。なので、副業はなんとかうまく控えていきたいと思います。
posted by yaasan at 17:34 | Comment(0) | 鉄道模型

DSmeister(仮)の設計状況

プレミアム機のDSmeisterの状況は以下の様な感じです。

回路設計、アートワークは完了して、筐体設計を行ってます。今日、ケース(PF15-5-10D)が届くので、実物に合わせて調整するつもりです。

MesiterR1.png

MesiterR2.png

筐体の設計は初めてなので、色々と教えてもらいながら進めております。

このケースでは、前後のパネル2枚だけを変えれば良いようにしたので、加工費用を抑えられるのではと期待してますが、それでも10個生産くらいだと、非常に割高と思われます・・・。100個くらいだと、割安になってくるはずなので、現状の規模では非常に辛いですね。

タカチのケースですが、タカチの加工サービスが良いのか(タカチが加工は下請けに流しているなら割高になるはず)、それともサードパーティの加工屋さんに頼むのがいいのか、ノウハウが無いので分かりません・・・。
posted by yaasan at 09:13 | Comment(0) | ガジェッド

2015年08月28日

スマイルコネクターのアイデアが・・・

メルクリンの新カタログがリリースされたというので、読んでいたらどこかで見たことあるようなアイデアを使った商品が出てました。

MarklinNewDecoder.png
(メルクリンカタログmSD3の紹介ページより引用)

デコーダの書き込みを、USBで行うためのアダプタなのですが、よくあるケーブルではなくてスマイルコネクタと一緒でアダプタに直差しになってます。

スマイラーさんのアイデアで6月に導入したものですが、世界シェアNo1のメルクリン様と同じ事をやってしまったということで、ちょっと特許抵触が怖いところであります。直差しするアイデア自体は先行事例はありそうですが、ファームの書き換えやサウンドの更新などのところと組み合わさることで抵触しそうなところがありそうな気がしないでもありません。
posted by yaasan at 19:36 | Comment(0) | 鉄道模型