カテゴリー : 電子工作
あれこれと微調整しましたが、概ね大丈夫そうなので基板を注文しました。拡張用の基板もテスト用に適当にでっち上げたものを同時に注文！！拡張基板はメイン基板側のコネクタに接続することでモーター出力用のPWM(4ch)とかI2CとかSPIとかが使えるようになります。あとはデジタル・アナログの入出力も何本かとシリアルも使用可能。結構欲張り仕様？拡張ボードにモータードライバ組み込んで6発機とか8発機なんかもつくれます。データロギング用にSDカードを付けたり、超音波センサーとかカメラとかも付けれますね。サーボ付けるのもありかな。
そして、今までの機体では外にパーツを付けるための穴とか用意していなかったので今回は機体周囲に8個のマウントホールを付けてみました。ローターガードとか、カメラとか付けたいときに便利かなと思うんです数が多すぎたかもしれない。
■メイン基板
■拡張用基板
※：サイズはメイン基板の上に載せられるサイズなのでそんなに大きくないです。
新しいクアッドコプターのまとめたボードの設計とかしていたら思いのほか時間がかかってしまいました…。現状の出来る限りの基板を設計したつもり、モーターへの電源確保を再優先！！本来なら、必要な機能は大体わかっているので以前の機体から必要なコンポーネントを組み合わせていけばいいはず。ですけど、せっかくなので基板を縮小したり拡張できるように外部出力コネクタを搭載しようとしたところ、めちゃくちゃ大変でした。途中でやらなきゃよかったと何十回か思いながら何とか収めることに成功しましたよ。今回の機体はシステム電圧は3.3Vになったのでロジックレベル関係が必要なくなってなんとかといったところ。外部接続用のコネクタをかなり頑張って搭載したので外部センサつけたりサーボ動かしたりとか、4発増やして8発機にしたりとかも出来ます。結構遊べるかもしれません。
そして、スペースが微妙にあったので気圧センサを復活させました。これで10DOFになったのかな。たぶん…、あまり使えないと思うけどカタログスペック的には10cmいけるみたい…。
■基板イメージ
※：外付けでセンサ付けたりガード付けられるように基板の周りにマウント用のねじ穴付けてみました。最終的には4個程度にする予定、便利だったらそのまま？？
なんか、ARM系への移植もうまくいきそうな感じだったのでどの程度のサイズまで基板を小さく出来るかというかとかをチョット考えてみました。現状でPCBサイズは4方向に出ている足の関係もあって75mm四方程度あります。そのために発注するときに10cmx10cmサイズになってしまっているのでこれを5cmx5cmサイズに抑えたいなと思います。そうすると、どうなるのかなと思って少しサイズを見てみました。ちなみに、10枚の時の値段ですけど、10cm四方$74.90/5cm四方$54.90なので$20もお得になります。
■右から現状、50mm四方x2（中央43.5mm/40mm）
※；水色線は40mm/50mm
理想は、50mm四方で中央が40mm四方に収まることですかね。ワンチップ化の目処は立ったんですが載せるチップの数もそこそこあるので何処まで行けるか分かりませんががんばってみます。
言い訳としてはサボっているわけではなくて、寄り道していただけです…。Qropter(MQCX)の発展形でワンチップ化できるかをテストしていた関係もあってLED-Ringの方は若干放置状態になっていました。とは言いながら、ある程度は形になっています。コントローラーの方の製作＆テストが間に合っていないのでとりあえず、5つのモジュールを繋いで全周にしてみました。サイズ的にかなり大きな印象ですが、壁にかけれちょうどいい大きさになるかなと思っています。
■こんな感じで製作
タイトル通りなんですが、Qropter(MQCX)の発展形を考えて色々と動かそうとした結果AVR系のCPUでは速度的な限界に到達してしまったようです。どうなったかというと、Bluetoothの通信を行いながら姿勢制御とかをリアルタイム実施しようとすると通信が切れる現象が発生してしまいました。ワンチップ化しようとしたのが原因なんですが、小型化したいとなるとワンチップ化は避けて通れない道です。そして、面倒なことに新しいチップの候補としてはAVR系ではなくてARM系しか選択肢が事実上存在しません。
色々と検討した結果、Arduino互換で行けそうなTeensy3.x系に狙いを定めまして移植できるか試してみたところ…。何とかなったかなと思います。
■回路構成図（Rev2)
年末だったか年始だったかに注文してあった基板ができあがってきました。あたり前のことですが、二層基板と四層基板を重ね合わせても同じサイズ。自分で設計しておきながらチョット感動ものでした。
懸念だった基板の合わせですが、形状変更したところぴったり合うようになりました。
今週末当たりで実装できればいいなと思ったり思わなかったり。
コアレス機はケースから出して普通に飛ばせるような感じの完成度になり、ブラシレス機の方もほぼx2問題なく飛ばせそうな状況まで制作が進んできました。次の手と言うかで考えているのはMPUの換装です。やはり、Bluetooth通信で結構パワーを食うらしくメモリ不足とか速度不足とかが発生する場合があります。考えているのはARM系への換装で副次的に3.3V駆動になるためロジックレベル変換が不要になる利点もあります。そして、パワーが10倍ぐらいになるのでFCU側も取り込んでワンチップ化出来るのが理想です。と言う前書きで、LED-Ring注文時にテスト用基板の混ぜて注文してあったのを組んでテストしてみました。
一緒に写っているのは同時適当注文のLipo充電基板
若干、ライブラリとかの修正も必要でしたが概ね問題なく接続できています。今回使用するMCUはMK20DX256VLH7というタイプを使用予定なのですが、問題はQFNパッケージが存在しないのでチップサイズがかなり大きいことです。パワーあるのでプログラム側の修正（面倒…）すればワンチップ化できそうなレスポンスです。うまくいったらついでにDC-DCコンバーターは新しいチップに交換する予定~。
DMMにプリントに出していたマウンタができあがってきました。だんだん注文のコツが分かってきたので一回で欲しい物が出力できるようになってきた感じがします。ライナーで繋げるとプラモデルみたいですね。
■出来てきたマウンタ
早速、機体に搭載してみます。やっぱりお高いプリンタで出すと精度がいいです、最終段階でしか利用したくない金額と時間ではありますけどいい仕事しています。
モーターを取り付けると微妙に歪んでしまうモーターマウントでは安定しないの（補正入れないと）なので少し設計変更した物をDMMさんにプリント出しました。やっぱりお高いましんでプリントしないと精度はそこまで高くないですね。
本来であればもう少しモータ位置を下げたいのですが、形状的にこれ以上下げられないのです。なにかいいアイデアが浮かべば取り付け方法を変更したいと思っています。
■再設計したマウンタ
変更箇所は、基板側の取り付け幅を広く/モーター高さをそろえるために溝を作る。それにしても、モータが細いですね。1週間ぐらいで出来てくると思うのです、出来てきたら本格的に飛ばしてみようと思います。
なかなか設定がうまくいかなくて時間がかかっていますが、ある程度は飛ぶようになってきた感じです。ブラシレスモーターコントローラーの方の設定も絡んできて面倒くさい。動画撮ってから見てみるとモーターマウンタが曲がっていますね。それが原因で安定しないのかもしれないです。DMMにでもちゃんとしたマウンタ設計してプリント依頼しようかなと思います。
それと、ノイズと言うよりは消磁しきれて無いのか磁気センサの値があまりうれしくないことになっているので何とかしたいと思いながら対策がなくて困り中…。
