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2019年10月の記事

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2019年10月31日(木) 21:12

2つのレベル変換

 電流電圧センサーをI2C接続した勢いで、PIC基板のI2C接続配線も済ませる。ことI2Cに関しては、最短距離配線が重要だ。

 次はSPI配線かな、と考えたところで気付いた。
 Jetson Nano とのSPI接続も考慮しなければならないが、そっちは3.3V系である。つまりはレベル変換が必要であり、だったらその変換も受信機基板で行うのが便利である。配置的に考えても、レベル変換ICが既に載っていてピンが余っているという点でも。

 こうして、基板ごとの機能配分や相互配線の仕様が、どんどん変化する。

 レベル変換を介したSPI用配線を3組、レベル変換基板に追加する。

 更に、I2Cレベル変換基板も載せて、必要な配線を行う。3.3V側のプルアップ抵抗は傾斜センサーに取り付けてあるため、この基板上ではプルアップしない。気分的に、プルアップはセンサー近傍で行いたくなる。

 上方に3本出ているのが、Jetson Nano 行きのSPI配線。
 4本出ているのが、傾斜センサー行きのI2C配線。電源とGND付き。これはセンサーを接続するだけでなく、Jetson Nano も経由する。

 当初の想定とは比較にならない、多数の配線が必要になった。それでいて空き地はあるので、中間の基板を廃止しても大丈夫だ。

 PIC基板に向かう配線は、基板の穴から表に出してまとめる。

 I2Cレベル変換基板と同じ位置に4ピンのコネクターが立っていて、これがデバッグ用LCDの接続用。

 こうして表側から眺めると、実装密度が低いスカスカ基板である。しかし作業中の気分は、到底スカスカではない。ギッシリ詰まっているのを、神経使いながらハンダ付けしている。
 パーツは少ないが、配線は膨れ上がって面倒。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2019年10月30日(水) 21:25

組み合わせ最適化

 受信機を構成するのに必要なパーツは、TWE LITE RED の他に2つだけである。3.3Vと5Vのロジックレベル変換ICと、3.3Vを作る三端子レギュレーター。
 レベル変換ICを TWE LITE RED の裏面に実装することにより、大幅に実装面積を節約。大量の空き地を確保できた。

 更に、5V入力から3.3V出力を作っている関係で、両方の電源もある。ここでI2Cレベル変換も行えば、実装が容易だ。

 傾斜センサーまで実装できそうな勢いだが、それは避けたい。実装効率といいI2Cバスの短縮化といい非常に魅力的だが、車体の端だし基板上は剛性も大きくない。搭載エアガンのホップアップを正確に掛けるべく、Sタンクには高性能な傾斜センサーを搭載する。ドローンに搭載されているようなセンサーとは、桁違いの性能がある。
 それを条件の良くない場所に搭載するのは、本末転倒だ。設置場所は、とっくの昔に決めてある。

 いきなり反対側に飛んで、電流電圧センサーの固定方法を決める。

 あちこち少しずつ製作しつつ、なかなか完成しない。理由は、基板上のパーツ配置が自明ではないこと。電子部品の最適な配置パターンが不明なので(量子コンピューターで話題の、典型的な組み合わせ最適化問題だ)、配置の自由度が比較的低いパーツを先行して組み立て、それから残るパーツの配置を熟考しイメージを作り・・・と進めているせいである。

 パーツ配置を最初から決めて貰っている、メーカー製の組み立てキットとは根本的に異なる。

 センサーはI2C接続なので、配線を短くせねばならない制約がある。そのため、設置場所は自ずと限定される。PIC基板上に実装空間はないので、隣接空間を使う。固定方法が悩ましいが、通信をピンヘッドで行うと同時に固定にも活用。
 それだけでは安定しないので、電流センサーのマイナス側にスペーサーを立てる。これでシャーシすなわちGNDと短絡するので、電流センサーはローサイド検出方式に決まる。ネジ穴は2つ存在するが、短絡するのでもう1つは使用できない。

 スペーサーは Jetson Nano 用で余ったものを使ったので、3ミリではなく2.6ミリである。マスキングテープで太らせた上で、現物合わせしている。

 ピンヘッダーは、なぜか秋月には5列のものが売っていない。

 電源とI2C線を接続し、場所柄実装し易いのでプルアップ抵抗も設置してしまう。I2Cのプルアップ電流は3ミリアンペア以内と決まっているので、5V系のプルアップは1.8KΩとした。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2019年10月29日(火) 21:12

基板増設

 実装空間が不足なら、基板を増やさねばならない。

 当初予定になかった、桟の上にも基板固定用スペーサーを設置。
 小型基板に3ミリスペーサーはでかいが、2ミリのスペーサーというのは入手できない。そこで、2ミリ皿ネジにナットをハメて、スペーサーとしてハンダ付け。

 更に、車体後部のコーナーにも、基板設置スペーサーを設置。
 ここは受信機基板を放り込んでおくつもりだったが、いざ放り込むといかにも座りが悪い。バトルタンク用の受信機は、コネクター位置などもバトルタンク実装用に最適化されており、Sタンクに搭載すると配線の引き回しがスマートではない。
 それに、受信機基板の実物はシンプル。送信機と異なり、同様のものを増産する手間はそう大きくない。ならば、バトルタンク流用ではなく、Sタンク用として早期に新造するべきだろう。そのための、基板だ。

 小さな緑基板に、I2Cレベル変換基板とプルアップ抵抗を設置する。また、5V系と3.3V系のI2Cバス中継点となり、コネクターも必要かもしれない。

 コーナーの基板には、受信機基板を実装。TWE LITE RED とレベル変換基板(I2C用ではなく汎用信号変換)、三端子レギュレーターなどを取り付ける。
 無線通信を行う TWE LITE RED は3.3V電源であり、PICとのUARTも3.3Vである。一方のPICは5V系なので、ここでもレベル変換が必要となる。

 緑基板の方で、小さいが厄介な失敗をしてしまった。
 スペーサーをハンダ付けする際に、PICを5つ載せる基板のスペーサーにハンダを付着させてしまったのだ。これでネジ山が潰れ、使用不能。ネジ山に付着したハンダを除去するのは、ほんと至難である。スペーサーごと交換した方が、恐らく早い。

 TWE LITE RED の在庫が2つあるので、Sタンク専用に新造して更に中継器を設けることまで可能。
 ただしこれ、動作確認するまでが面倒。ラジコン向きのプログラムに書き換えねばならないが、ライターに認識させるまでが長い。USB電源では認識せず、TWE LITE RED 側に本番動作同様に電源供給せねばならない。
 ただし、しっかり作っておけば、後から簡単に書き換え可能。インターフェイスとなる5ピンソケットは背が高いので、車体高の差を考慮し余裕あり位置に来るよう TWE LITE RED の取り付け向きを決定。

 こうして見ると、空き地がたっぷり余っている。
 こうなると、I2C変換基板その他も、この基板に実装するのが良さそうだ。基板数は少ないに越したことがないし、余った基板は拡張用にキープしておける。基板が増えれば、異なる基盤が配線だけ接続された状態になったり、コネクターが増えたりする。いずれも、使い勝手や信頼性を低下させる。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2019年10月28日(月) 21:15

個別電源配線

 システム主電源から、3ピンの電源コネクターを新設。

 7.2VとGNDと12Vを束ねている。

 PIC基板に、電源を配線。

 5つのPICが個別の三端子レギュレーターを持ち、そこにいたる配線は分離されている。
 これは配線量が増えるので、一筆書き配線したくなる欲望は大きいが、やってしまうとロクなことにならない。

 表側には、オプションで更に1つの三端子レギュレーターを増設。これは、受信機とI2C配線に5Vを供給する。
 ラジコバッテリーから47μFに一度受けて、そこから6分割配線。とにかく面倒。

 続いてI2C配線を仕上げようとしたが、電圧変換基板の設置空間を確保できないことに気付く。どうやっても、置き場所がない。
 電圧変換基板とは、5V系I2Cと3.3V系I2Cを接続する基板で、秋月扱い品。単なる電圧変換ではなく、I2Cバスを分割できるという大きな意味がある。I2Cバスの静電容量が大きくなると高速動作できなくなるため、配線を余り長くできない。しかしバスを分割すれば、それだけ遠方まで引き回せるようになる。

 Jetson Nano と傾斜センサーは3.3V系で、PICと電流電圧センサーは5V系だ。

written by higashino [Sタンク 1/16] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2019年10月27日(日) 23:59

主砲制御PIC基板

 主砲制御PICの基板を、組み立てる。パスコンが多いように見えるが、PIC電源ではなくスイッチ入力に付けてある。

 2つ並んだボタンは、赤がBB弾をチャンバーにロードするため。白が、残弾リセット。対岸に、LEDが設置されている。
 ボタン左の3ピンは、電源入力。12Vと7.2VとGNDである。

 左下の3ピンは、SPI接続用。メインPICから、キー入力を受け取り、残弾数を送り出す。

 2ピンは、セミオートスイッチ接続用。極性は無いが、抜けるとマズいので脱落防止にコネクターを使っている。

 3つのサブ基板から伸びている配線を、基板裏にハンダ付け。

 コネクター化しなくても分解は可能なので、配線を直結している。全部コネクターにした方が分解し易いのは確かだが、製作の手間が必要だし余計な空間を消費するし信頼性は低下する。分解メンテに必須ではないコネクター化は、回避する。

 この時点で、黄色の12Vを誤配線してしまった。電源入力ではなく、SPIの方にハンダ付けしてしまった。

 12Vを正しい位置にハンダ付けしようとしたら、配線長が足りなくなった。これは、想定外。若干の余裕を見て長めにしたはずが、なぜかギリギリだった。

 根元からハンダ付けし直すのも案外手間なので、継ぎ足す。
 いちおう無難に、設置完了。

 コネクターは、このタイプが圧倒的に使い勝手が良い。抜き挿しが容易で、脱落防止性も充分。太目の配線も使用可能で、結構な大電流まで対応可能。更に、メスコネクター組み立ての難易度が低い。

written by higashino [ラジコン用エアガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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