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Driver Board

 

 

[製品イメージ] 
MPUボードにはCypressのCY8CKIT-042 Pioneer Kitを使用しています。

詳細はCypressのページを参照して下さい。

1.MPUボード選定

電子工作を行う際には、手足がどれだけ自由に使用できるかですが、

このMPUはアナログ/デジタル混載するSoCが付いていて、

ハード設計者としては非常に手の抜けるボードです。

その中でチョイスしたのが、PSoC4ファミリー(ARM M0)に位置する

CY8C4245AXIを搭載したCY8CKIT-042 Pioneer Kitです。

デバックもローダーも全て搭載していて勝手はピカイチだったのでこれにしました。

コネクタ側に出てきているポートも30点以上ありパワーパックに使用するには必要十分です。

 

2.設計ツール

さて、ここからがPSoC4から接続されるボードの作製になります。

はじめはPSoCからのPWM出力を、追加ボードに乗せたモータードライバに入れ線路に出力するだけだったのですが、

試作するにつれて、LCDの表示器追加、ポイントドライバ追加、線路上の通過センサー追加、

更には車両の速度を一定に保つ制御の追加と想定外の回路が増えほぼPSoC4のボードと同じ大きさに。。。

(PDF)

回路図とパターン図はKiCadを使わせて頂いています。

フリーソフトですが、CADとしてもはかなり優秀な部類に入り、

回路設計経験があれば、多分問題なく使用できると思います。

(部品面)

(半田面)

3.仕様

先ほどからも記載していますようにパワーパックとしてはかなり高機能な部類に入る仕様になっています。

特徴としては、

1.上り勾配、下り勾配でも定速な運転が出来るようにフィードバックを取って出力調整を行う

2.各種状況表示のための16 x 2キャラクタLCDを装備

3.2chのポイント切り替えドライバを装備

4.2chの反射型光センサーの入力回路を装備

特に定速走行について車両への改造は一切行わずに速度検出を行って定速制御を実現しています。

モーターの出力はPWM制御で高速に出力のON/OFFを繰り返し行って制御し、

繰り返されるON/OFFのOFF時に車両からの逆起電圧を検出し車両の速度調整を行っています。

目標速度より遅ければPWMのDutyを上げ、早ければDutyを下げる制御を細かく繰り返しています。

 

  

注) PWM中の(a)の電圧はドライバがOFFしている時、車両からの逆起電圧が出てきています。

     逆起電圧はモーターの回転数に依存した電圧が出てきますので、逆起電圧を一定に保つような制御を行っています。

 

LCD上で制御の上げ下げを表示しているのでどれだけ細かく制御しているか分かると思います。

 

定速走行動画

 

4.キバン作製

昔に比べるとキバン製作に関わる費用が非常に安くなっており、

個人的に作製依頼する場合でも気軽にできます。

特に直接中国の業者に依頼すると"0"の数が間違えではと言う金額で作製し、

ちゃんと深センからFedexかDHLで発送してきます。

今まで10回以上キバンの作製を依頼してきましたが、

キバンの不良や手違い等のトラブルは一度もありませんでしたね。

5.部品実装

今の所試作でキバンも10枚程度のため、部品は全て自分で実装しています。

老眼鏡と拡大鏡を駆使して、"1608"サイズの抵抗、コンデンサを付けていますがこの辺が限界です。

今後量産するには実装してくれる業者さんを探さないといけませんね。

 

6.まとめ

色々な車両や編成状態、線路の汚れ具合により必ずしも定速走行がうまくいくとは限らないことが分かってきました。

その中でも一番悪い影響を及ぼすのが線路の汚れです。

汚れた場所に来ると正常に車両からのフィードバック電圧が出てこないため急激に加速させてしまいます。

必ず線路は清掃後に走らせる必要がありますね。

また、車両や編成の長さによってもフィードバックの速さに対して速度がハンチングしたり、

補正が不足したりするため細かい設定が各々で必要になります。

そのためソースレベルで車両毎に修正することとなっていますので、もう少しソフトのレベルを上げる必要があります。

 

7.その他

今の所、自分や知人がこのPower Packを作って楽しんでいますが、折角作ったキバンですので技術者の方や

今後技術者を目指したい方であればこのキバンを活用し鉄道模型を楽しんでもらえることが出来ると思いますので

連絡いただければお分け致します。

当然サンプルソースファイルも配布します。

 

概略の金額としては、

生キバン。。。。。。\3,000〜

部品実装基板。。。\7,000〜

以下は、パーツショップでも販売されていますので自分で手配頂いても結構です。

PSoC4。。。。。。。\3,000〜ぐらい(CY8CKIT-042) Cypress

ACアダプタ。。。。。\3,000〜(12V 2A以上)  5.5 x 2.1

パネル取り付けパーツ。。。\3,000〜(LCD、ボリューム、SW (ON-OFF-ON)、SW (ON-OFF) x 2、ボリュームつまみ)

ケースは初期ページにあるようにアクリルでパネルを作成していますが、

完全手作りのため今の所お分けすることが出来ません。

 

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最終更新日 : 2018/06/19