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2013年8月18日 - 2013年8月24日の1件の記事

2013年8月23日 (金)

ライブカメラ可動部はタクトスイッチで動くようになった

 RaspberryPiで動かすライブカメラプロジェクトは完成が近づくにつれて進捗が極端に遅くなった。今年の猛暑で、全体にやる気が失われているのも原因だが、同じようなモータードライバーを2つも作るという安易な実装が気に入らなくて、先に進む意欲がどうも湧かない。

S_p8206040  しかし、ここまできて今さら方針を変えるわけには行かない。気の進まない作業をやりたくないという潜在意識があるのだろう、何故かやたらと他のことに関心が行ってしまう。それでも、カメラの可動部は、とりあえずタクトスイッチで上下左右が操作できるようになった。前回のブログからもう20日も経っている。どんなことに脱線していたか、以下時系列で報告する。

耐熱と難燃は何処が違う?耐熱ケーブルを買ってくる(8/5/2013)

チルト部のモータードライバー基板が完成したので、ゆるゆると次のパン部のモーター基板の制作にとりかかった。構成は全く同じだが、ここには、電源アダプターのコネクターやレギュレーター回路、それにRaspberryPi(以下RasPi)への制御線のコネクターが載る。チルト部の基板よりもう少し大きいスペースが必要だ。

 チルト部では、モーターの動力線の配線にありあわせのビニール線を使ったため、ビニール被覆がハンダ付けですぐ変形し、見映え良く作るのに難儀した。今度は意を決して、耐熱ケーブルで配線することにする。仕事の帰り耐熱ケーブルを買うだけのために秋葉原に寄る。

 ウェブで下調べしたところでは、ケーブルにはULXXXX(Xは数字)という業界の国際規格があり、これが材質と耐熱性を細かく規定しているようだ。ところが内容が専門的過ぎて、素人にはどれがハンダ付けに強いケーブルなのかさっぱり見当がつかない。

S_p8156032  だいたい、耐熱性と難燃性というのがどう違うのか説明してくれるところがない。そのうえ、架橋ポリエチレンとか、照射ビニールなどとわけのわからない言葉が乱立する。千石電商だけでも、売っている耐熱ケーブルのUL規格の種類は6種類もある。

 最初は、単価の一番高いものを買おうと思っていたが(自分が使う量ぐらいならたかが知れている)、千石のネットショップには耐熱温度が表記されていることを見つけ、一気に選びやすくなった。

 これによると単価の高さと耐熱温度は素直に比例しているようだ。判断は間違っていなかった。結局、秋月でも売っているUL3265というポリエチレンの耐熱ケーブル(125℃) AWG22の7色セット(2m)を、千石で買った(¥550 秋月も同価格)。

 本当は、取り回しが楽な柔らかいビニール線で、UL1015という耐熱温度が105℃のものが良さそうに見えたのだが、店で手にとって見ると被覆が倍くらい太いので諦め、少し硬いが細いUL3265になった。

 家に帰って、以前買ったAWG32の細い耐熱ケーブルのUL規格を調べてみた。こいつはUL1429で、耐熱温度は85℃だった。このケーブルもハンダ付けにはけっこう強いので、今度のケーブルは期待が持てる。

ミニヘリを触っているうち深みにはまり電池交換(8/8/2013)

 部材が揃ったので、さあ、工作というところだが、いまひとつやる気が起こらない。そのうち部屋を片付けていて、大分以前に凝った赤外線リモコンの室内用ミニヘリを触るともなく触っているうち、この修理にはまってしまった。

S_p8236044  こいつは、何年か前、千石の2号店の店頭で、誰でも容易にホバリングができるトイヘリというキャッチにつられ、衝動買いで買ったのだが、宣伝どおり、あまりにも簡単にホバリングが出来たもので逆にすっかり興味を失ってそのままになっているものである。

 これにつられてこのあと、少し難しいシングルローターのミニヘリ含めて、2台も購入し、暫く遊んでいた。しかし、今度は操縦が逆に難しくて、2機とも飛行中にものにあてて部品を壊し、そのうち興味を失って部屋の飾りになっている。

S_p8236050  最初の機体も、大分前、親戚の若い人が訪ねてきて、自慢に動かしたら、久しぶりの操縦でへまをやり、スタビライザーを折ってしまっている。これの修復がやりたくなった。このところ手に入れた工具が作業を楽にしてくれる期待がある。

 実は、このスタビライザーは買ってすぐ折ってしまい、0.5ミリの燐青銅線を径2ミリのスタビライザーの中心に通して補強し、ボンドで固定した。このときはスタビライザーのシャフトの中心に錐で穴を開けるのに大苦労したのだが、今度はあの自在万力と、ドリルスタンドがある。簡単に穴が開けられそうだ。

 何を隠そう、所長は年期の入った模型マニアでもある。50年以上前の高校生時代、文化祭で先輩が作ったが動かなかった無線操縦バス(超短波のエーコン管使用)を、独力で作り直し動かしたのに自信を得て、大学浪人時代に、グローエンジンを使ったR/C飛行機を近くの大学の校庭で飛ばし、大目玉を食らった(見事に飛んだが、エンジン不調で野球練習中のダイヤモンドに不時着した)。

 このころの操舵は、サーボモーターではなく、ゴム動力を使った原始的なエスケープメントという機構をリレーで動かす方法で、-が右旋回、・-が左旋回という悠長な操縦法である。エンジンコントロールは、・・-で、低速、高速と切り替わる。

 始めは送受信機とも自作するつもりだったが、模型店から「頼むから受信機だけは完成品を買ってくれ」といわれ、送信機だけ自作した。当時、受信機は既にトランジスターだったが、送信機はまだ真空管だった。電池駆動のミニチュア管2本で27Mhz帯のA2送信機を作った。B電源は、67.5Vの積層乾電池である。

 フライトシミュレーターは、AppleⅡの時代から、かかさず入手し、いやいや、やめておこう。これを語りだすと止まらなくなる。模型ではそのほかに、会社を定年で辞めたときに電動ヘリコプターを一式買い揃えた。しかし東京都23区内では自由に飛ばせるところがなく、一式は物置のこやしになっている。

S_p8236062  で、ミニヘリである。予想通りスタビライザーのシャフトの中心に0.5ミリの穴をドリルで開けるのはいとも簡単に出来た。工具は揃えるものである。ボンドで2日固めた後、試運転する。うーむ、スタビライザーは全く問題ないが、電池が寿命のようだ。離陸できるほどの出力が得られない。充電が満足に出来ていない。

 キャノピーに入っているリポ電池を良く見ると見事に膨れている。おおーこれは危険だ。替えのリポ電池は、こういうこともあろうかと、以前、006Pの充電池化を試みた時に入手した350mAhの電池の他に、少し小さな240mAhの電池を買ってある。早速取り出してみる。

 ふむ、元の電池より僅か大きい程度で、殆ど同じくらいの大きさだ。キャノピーにもきれいに入る。ライブカメラそっちのけで、この電池換装に夢中になってしまった。元の電池には、ちゃんと過放電防止(らしい)IC基板が内蔵されていた。

 IC基板を残してふくれた電池をはずし、新しい電池を傷めないように、ピンセットで端子の電池側をはさんで手早くはんだ付けする。うまく交換できた。

 電池が大きくなったので、重量軽減のため無用なイルミネーションのLED2つをはずして試運転する。うむ、やはり電池が重くなったため前に重心が移動し前進が止まらない。テールにカウンターウエイト(糸ハンダ)をつけて調整する。よーし、問題なくミニヘリは部屋の中で真上に飛び上がった。ホバリングも問題ない。前から気になっていた懸案がひとつ片付いてすこぶる気分が良い。

モーターとディジタル系の電源を共通にするのは難しい(8/9/2013)

 気を良くしたところで、パン部のモータードライバー基板の工作を開始した。これまでのドライバーに、RasPiとのインターフェース、電源レギュレーターなどが載る。制御はすべてGPIOにしたので、スイッチ4つでとりあえずはRasPiまで行かずにスタンドアロンで操作がテストできる。

 問題は、モーター電源である。チルト部のモーターはマイクロステッピング制御のせいか、力が足らず、とりあえずは6VのACアダプターの出力をそのまま、モーターにかけることにしている。しかし、カメラを左右に振るパン部のモーターの定格は5Vなので、レギュレーターを通さなければならない。

 この5Vをモーターと制御系のマイコンで共用するのは不安だ。試しにブレッドボードに1Aのレギュレーターを通して電源部を作り、モーター(定格0.5A)を回してみた。オシロでみるとモーター動作時には大きなディップが入りマイコンは暴走する。やはりだめだ。

 マイコン側に、インダクターとデカップリングコンデンサーを入れて様子を見る。波形的には余り改善されないが、鋭いディップが減ったのだろう、誤動作はしなくなった(少なくとも暴走はしなくなった)。とりあえず、1Aの大きいレギュレーターを使って、パン部のモーターの電源はレギュレーターを通すことにする。

S_p8236055  少し大きめに基板をとり、アダプターのソケットなどを取り付け始める。基板の固定場所は、パン部のモーターをとりつけたメインのフレームに縦置きである。1Aレギュレーターの実装は最後まで迷った。そもそもACアダプターからの出力自体が、オシロで見ればモーターの動作で明らかに変動し、レギュレーションは余り良いとはいえない。

 レギュレーターを通せば、もっと変動する。インダクターと大容量のコンデンサーで何とか、マイコンの動作は暴走をさけられてはいるが、何もわざわざ悪くなる要因をリソースをかけて(大容量のレギュレーター)増やすことは理に合わない話である。

 迷った挙句、レギュレーターを経由せず、パン部のモーターも直接ACアダプターから給電することにする。パン部のステッピングモーター(ST-42BYG0506H)の定格電圧は5Vだが、規格外の6Vで動かすことになる。

 まあ、自動巻き機のように連続運転するわけでもなく、この程度(5V->6V)なら、まず大丈夫だろうと判断した。壊れて悔しくなる値段のモーターでもない。結果として、レギュレーターは電子回路専用の小さいレギュレーター(0.5A)で済んだ。

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夏ばてか、意欲が上がらない。電気蚊取り器の修理(8/14/2013)
 完成まであと一歩なのだが、どうも意欲が続かない。半田付けを集中して進める気力が失われている。前と全く同じ配線なので面白くないということもある。ただ耐熱ケーブルのおかげで、動力線の配線は全く安心してハンダ付けが出来るようになった。

S_p8236057_2  そのうち、今度は携帯電気蚊取り線香の故障修理という、およそ下らない細かい作業にはまってしまった。ミニヘリの電池交換に続く脱線である。

 腰にぶらさげ単4電池で蚊取りマットに風を送って、屋外や車の中の蚊を避ける年代物の電気蚊取り器である。車の中に蚊を入れると大変なので結構重宝している。電池を取り替えたのにモーターが回らない。電池ホルダーの接点を見ると、電解液で錆びたあとがある。しかし接点は磨かれて光沢が出ており接触不良ではない。

 電池を新しくしたのに動かないので意地になった。分解してテスターで調べると、モーターが動かない原因は、スイッチ不良だった。ケースに電解液が漏れたあとがあり、スイッチも分解すると内部に電解液が入ったらしく接触板が真っ黒になっていた。

S_p8136018  この手の超小型スライドスイッチは、以前、千石本店の2Fで面白がって買ってある。基板に当ててみると大きさもピッタリで端子もパタンと合致した。よし、これに取り替えればOKだ。

 でも、これまでのスイッチの接触板をフラックスクリーナーできれいにし、スイッチをもういちど組み立ててみると、これが何事もなかったように動くのである。こういう正常に動く部品を捨てるということが出来ない性格である(地球や物にやさしいというより、究極のケチともいえる)。

S_p8136028  直したスイッチで再組み立てする。おやあ、スイッチが渋い。ハンダ付けのフラックスが中に入ったのか。何とか動くが、スイッチをかなり強く押さないと入れたり切ったり出来ない。そのうち、スイッチのポッチが折れて動かせなくなった。万事窮す。これであきらめがついた(やれやれ)。

 千石で買ってあったさきほどのミニスイッチに換装する。取り付け位置はピッタリだったが、スイッチが少し長くケースにあたる。ケースの樹脂をナイフで削って収容する。再組み立て。問題なく動く。いやあ、くだらない修理だったけれど何故か嬉しい。

S_p8206041  ひとつひとつの部品に命はないのだが、それぞれが集まると命あるかのような動きを見せてくれる。今まで動かなかったものが生命を吹き込まれたように蘇る。創造主は自分である。ものを作る喜び。こんなささやかなことでも人生は明るくなる(おおげさな)。

ディジタル入力線にパスコン(?)をいれると直った(8/17/2013)

 ライブカメラの可動部がやっと完成に近づいてきた。チルト部とパン部を結ぶケーブルやディジタル入力4本を引き出してRasPiに送るケーブルを圧着ペンチで作る。 これ以外にモーターや、センサーにつなぐケーブルが2本づづあり、ケーブル量が多くて取り回しは結構面倒だ。

 ミニブレッドボードにタクトスイッチを4つ集めてスイッチ基板を作る。いよいよテストである。とりあえずは、パン部もチルト部も分割しバラックでテストする。

S_p8186036  まず、パン部のテスト。ここはセンサーの部分が裸になっているので片側だけが動けば良い。よし、これは問題なく動いた。次はチルト部のテストだ。タクトスイッチを押す。動かない。2つのスイッチとも全く反応がない。

 ブレッドボードに戻して動かしてみる。何の問題もなく動く。えー、何故だ。変わったところは、GPIOのデジタル入力をパン部の基板を通して長く引き回しているところだけだ。そのうち片側だけは、何かモーターの音がして動いていることがわかった。

 うーむ、暴走している感じである。スイッチを押すと音が出始め、UARTも受け付けなくなる。試しにデジタル入力の引き回しをはずしてみた。直った!もう一方のスイッチは、ブレッドボードでの差し間違い(縦と横)でもとより動いていないことがわかった。ただし、正しい接続にしても同じ症状になる。

 デジタル入力は、電源線と同じコネクターを経由している。何かわからないが、この引き回しが原因であることは明らかだ。ブレッドボードでも線をつないで見ると同じ症状になる。間違いない。訳がわからないが、こういうときのおまじない、0.1μFのパスコンをデジタル入力に入れてみた。

 驚くことに、これで直ったのである。ウェブで調べるがこんなことは何処にも書いていない。しかし、見事にディジタル入力が生き返った。ミニブレッドボード上のスイッチでモーターが軽々と動く。一体これはどうしたことだろう。

ライブカメラ可動部は2系統ともスイッチで動いた。チルトは力不足(8/21/2013)

 かくしてRaspberryPiのライブカメラプロジェクトは、可動部の制作はほぼ終了し、タクトスイッチ4つで、左右、上下にカメラを動かすことに成功した。どんな動きをするのかは、あまり上手く撮れなかったが、動画を掲載したのでご覧になっていただきたい。

 完成が遅れたのは、道草が多かったこともあるが、実は、ここに書くのもためらわれる、ドジな失敗を重ねていたことも原因の一つである。このブログは、どんな失敗も隠さず、すべてご披露することをモットーにしているが、今度のは迷走ぶりが話の前後の脈絡がとれないくらいひどかったので、最後にかいつまんでご紹介しておくことにする(2~3日はまっていた)。

 レギュレーターは、結局3度にわたってハンダ付けをやり直した。最初、コネクターを誤接続してVccをショートさせ、あわててチェックしたらレギュレーターの出力が5.7Vを指しており、てっきりレギュレーターを壊したと勘違いして取り替えた。

 ところが、レギュレーターを取り替えても同じ。そのうちTiny2313の動きまでがおかしくなった。過電圧かショートでチップも壊したかと、Dragonを出動させたのは良いが、DragonのISP接続が動かない(パラレルは動く)。Dragonのトラブルシューティングまで店を広げると収拾がつかなくなるので、Dragonは早々に部品庫へお引取り頂き、新しいチップでとりあえず対応する。

 で、結局、ブレッドボードにまで戻ってレギュレーター回路の再点検をした。原因は何と何とレギュレーター出力側につける大容量コンデンサーの断線であった。リード線が内部で切れたらしく、容量がゼロであった。5.7Vを指したのは、リップルがとれていなかっただけというオチである。

S_p8176034  正確な5Vになったら、CPUチップもすべて正常に戻った。元からCPUなど壊れていなかったのである。Dragon?いやあれはもう少しそっとしておこう。

 残るは、このディジタル入力をウェブを通してRasPiで動かすソフトの開発である。ただ、可動部は動いたとはいえ、まだいくつか課題を残している。動画をご覧になればわかるように、チルト部のモーターのパワーが少なく、USBカメラのコードの抵抗で途中で脱調してしまう。パン部は逆に動きが強すぎ、スムーズなパンに程遠い動きである。

 ケーブル類の抵抗が意外に大きく、ちょっとした電圧のアップ位で、この脱調を改善するのは無理なようだ。試しにこのあいだのDC-DCコンバーターで9Vに昇圧してみたが、DC-DCコンバーターではモーターの瞬間的な大電力を補うことは殆ど出来ないことを学ぶ。

 チルトモーターの制御はマイクロステッピング制御だが、これは1相励磁と同じでトルクが一番小さい。2相励磁にすれば音は大きくなるがトルクは、1.4倍になるはずだ。それ以外にも1-2相的なマイクロステッピング制御もある。ソフトや回路図の公開は、この改修を待って行うことにしたい。

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