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Driver Board
Sensor Board Driver Board Soft (CY8CKIT-042) Manual

 

 

[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

鉄道模型のフィードバック付きパワーパックを開発するのに必要な機能を考慮し検討しました。

bulletMPU 32bit ARM Cortex-M0。。。ちょっとオーバーパワーかもしれませんが、PWM中にADからの電圧取り込み及び処理をするため、余裕があればPWM速度も速くできる。
bulletMemory Flash 32KB SAM 4KB。。。ポイントやセンサーを追加しているため、自動運転でもメモリに余裕がほしい。
bulletProgrammable Device (Analog/Digital)。。。I/FでProgrammabl Deviceが入っていると回路に自由度がでる。
bulletOnboard Program and debug。。。最後にソフト開発時に書き込みの簡単さや、バグの改善にありがたい。
bulletPSoC Creator。。。開発ツール(デバッカ、コンパイラ)の提供がある事は必須。

2.仕様

パワーパックの設計ですが依頼のあった内容は、コントローラの速度を変化させなくとも上り勾配、下り勾配で速度変化の少ないパワーバックが欲しいという事でした。。。

その為には車両モーターの回転数を検出して、パワーパックの出力をコントロールするしかありません。

しかし、Nゲージ等では小さくてとてもじゃないですがエンコーダを付けたり、そのエンコーダーの信号をパワーバックまで伝える手段がありません。

そこで考えたのがモーターの起電圧を測定することで上手く速度検出を出来ないかと言う事でした。

実際の方法としてはPWMのON/OFF中にモータードライバの出力をHi-zとしモーターからの起電圧をADで測定する方法でした。

PWM中のOFF時に逆起電圧(a)検出することで走行速度を認識

 

PWMの周波数は数百Hzから数kHzですから、時間にして1ms以下の速度になります。

そのため選定したMPUがARMと決めました。

また、折角MPUを乗せた高機能パワーパックなのですから、ついでにポイント用のモータードライバー2点と、車両位置検出のためのセンサー入力2点を追加してボード化することにしました。

また、動作中の表示も欲しくなり16文字 x 2行のキャラクタLCDも付けています。

これだけの制御部品を付けると流石にCY8CKIT-042でもポートの数が一杯一杯になりました。

 

設計した回路図とパターン図如何にダウンロードできるようにしておきます。

(PDF)

(部品面)

(半田面)

部品実装まで完了したDriver基板になります。

 

3.走らせてみて。。。

パワーパックとしてはかなり高機能なMPUを使用しているので、ソフトの開発はとても自由度がありそうですよね。

出来ることとしては、

1.上り勾配、下り勾配でも車両の速度フィードバックを取って一定速な走行が可能

2..ポイントドライバを2点載せているためMPU管理でポイントを切り替えることが可能

3.フォトセンサーのI/Fを2点装備しているためMPU管理で車両やポイントを動かせるためレイアウトによっては自動運転も可能

4.16 x 2キャラクタLCDを装備しているため走行状態やポイント、センサの状態表示が可能

 

特に定速走行については逆起電圧の検出でフィードバックしているため、車両へは一切改造を行わずに実現できます。

フォトセンサー使用時には、車両下部に白ラベルを張り付ける必要があります。

  

定速走行を行っている動画をアップしています。

LCD上でMPUが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.ソフトについて

定速走行のファームを設計していると、結構車両の状態(種類、両数)や線路の状態(フィーダーからの距離、汚れ)によってフィードバックの掛り方が変わる事が分かってきました。

そのためフィードバックの掛る大きさや掛るまでの時間を設定しないといけないため設定をどうしようかと。。。

上手く合わないと車両がハンチングしたり、上手く定速とならないなどの問題も多少出ています。

 

5.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C言語の分かる方であればお分けいたします。

今の所フィードバックの掛けられるパワーパックは販売されていませんのでソフトさえできる方であれば楽しんで頂けること請け合いです。

連絡いただければ実費にてお分け致しますので宜しくお願い致します。

良いまで作製してきたサンプルソースファイルも配布させて頂きます。

 

概略の金額としては、

ドライバ実装基板(部品実装済)。。。\5,000

 

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。。。。。。。\3,800〜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、

完全手作りのため現在お分けすることが出来ません。

ヤフオクにてその都度販売できそうな物は出しますので、以下IDをチェックいだければと思います。

オークションID : ps_tec

 

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最終更新日 : 2020/09/01