カテゴリー : 電子工作
去年のMFT前になんだかんだやっていたんですがうまく行かなくて途中放棄していたCompactUSB-Hubです。ちょっと使いたい用途が出来たので引っ張り出してきてなんとか動く様に回路を考えるかと思っていたんですが…。USBに挿したら普通に動いてしまいました…。動かないから放置していたんですけど、なぜに…。原因を色々と探したらプルダウンしちゃいけないところがダウンされていました…。せっかくなので再設計してみたのが下の画像になります。 サイズは横32.7mmの縦29mmなのでかなり小さいですね。
何かの注文に混ぜ込んで作ってみようかなと思います。10枚作っても$9.9（基板）ですから、うまく動くようになったら当初の目論見通りMFT配布用のチャレンジキットにする予定。詰め込んだ結果は部品サイズの縮小となってしまったので、作るのがちょっとばかし大変ですが初めてでも出来ないサイズではないと思う。たぶん、しらけんけど…。。
まずはちゃんと動くようなモデルを作ることが先決なので作ってから後のことは考えましょうかね。
前からやりたかったんですがなかなか時間が取れなくて放置していたのですけれど、気合を入れて設計してみました。シリアル経由でEdisonが接続できるMQCX用の増設ボード（それ以外も4chほど接続出来る）です。難しい処理はEdisonで、飛行制御系はARMで行うのが理想ですよね。カメラ積んで画像検出とか、超音波センサ積んだりとか、レンジファインダーは重量的に厳しいか…。いろいろと夢が広がりますな。あと、サーバ建ててブラウザアクセスしたら、ブラウザからコントロールとかも出来ますな。とりあえず、こんな感じになった。制約が大きすぎてこれ以上は積めないと思う。
調子に乗って単純に載せるボードと、モータードライバ込みで6発機になるボードの2種類を設計してみました。でも、よく考えるとモータードライバ載せた基板があるんだったらedison単体しか載らない基板にあまり意味は無い…。
やってみたら結構スイスイ引けた感じで形になりました。最初の配置まずくて最後が結構厳しかったのはいつもの事ですけれど…。結局配置を変えるハメになるんですよ。電源周りがかなり綺麗な配線になったのが結構嬉しい感じです。あと、スペースに余裕がありそうだったので1Cellバッテリなら充電できるようにチップを追加してみました。2Cell以上のバッテリーには対応していないので繋ぐ前に外さないと燃えますので注意です。標準状態では実装しなければいいだけではありますが…。
引き終わってからR2の配線と見比べるとViaの数が半分位になって内層配線がほとんどなくなりました。配線本数が殆ど変わらないことを考えると前は何だったんでしょう。
■こんな感じになりました（α版）
とりあえず、作ってみてから問題点を修正していきたいと思います。
これで、電源容量が最大2Aまで増えました、Edison載せて飛ばす準備が着々と進んでいる感じ？
R2の回路設計は去年の年末から今年の頭にかけて、基盤の設計は2-3月ぐらいで1ヶ月近くあーでもないこーでもないをした記憶があります。じつのところR2はLEDドライバのおかげでパターンに制約が結構あったりするんです。あと、電源側のチップの問題で1Cell以上のバッテリーが使えないとか、600mAhが出力上限とか。なんとかしたいなと思ってたんですが、LEDで使いたかったけどサイズが大きくて使えなかったWS2812が3535サイズを出してきたので上記修正も含めてやり直してみました。結構新しい回路にしたから動くか微妙…。
回路は出来たから、あとは基板でお絵かきと言うかをするだけ。簡単に言うとそれだけだけど…。また、時間がかかりそうですな。回路作るのとパターン引くのとではパターン引く方が圧倒的に時間かかりますよ。
■左側の部品が全部右側に入ったら完成
とりあえずのアルファ版ですね。すでに何カ所か問題があることが分かっているという…。
Edison搭載を予定しているのですけど、載せた感じがだいたいこんな感じ。実際にEdisonさんを載せてみると…。チョット頑張ってサイズを小さくしすぎたことに今更ながら気がついたのですけど…。もう2周りぐらい大きくても問題が無いような気がしています。
いやいや、随分とご無沙汰してしまいました。恒例のMFT後のやる気無し期間とかその他諸々ありまして全然更新できませんでしたというのが言い訳となります。スミマセン・・・。前回ブロック図まで書いた新しいFC（フライトコントローラー）ですが、なんだかんだと構成変更してようやく形になりつつあります。
電源周りの変更（ワイドバンド電圧対応）と昇降圧の両対応が一番の原因でした。あと、基板サイズと亀の子みたいに積める構成のまとめに時間がかかったのですよ。特にコネクタ位置、なんだかんだで一番の制約になりかねないのでいろいろと試してたら時間がかかりました。とりあえずですが、ようやくメインとなるべき基板の設計まで終了しました。
■基本コンポーネント
MPU : MK20DX256VLH7(72 MHz/FLASH:256 kB/RAM: 32 kB)x1
Gyro+Accel : MPU-6050(6-Axis Gyro+Accel)x2
Magnetometer : MAG3110(3-Axis, Digital Magnetometer)x1
Pressure : LPS25H(Pressure sensor)x1
※:Power系統はEdisonの電源容量に対応するため2A出力可能（入力電圧による制限あり）
■入力＆出力（基本基板）
・8chのサーボ(ESC)用端子(5V)
・I2C端子(3.3V/5V)
・GPS用のシリアル(3.3V)
・JTAG/SWD端子(1.27mmピッチ)
※：メイン-サブ基板間の拡張コネクタはDF40(50Pin)を使用(スタック高3.5mm)
・増設コネクタ信号出力（24本）
(A13)-ADC0_DM3
(A12)-ADC0_DP3
(A11)-ADC0_DM0
(A10)-ADC0_DP0
(DAC/A14)-DAC0
JTAG-TCK (Test Clock)
JTAG-TDI (Test Data In)
JTAG-TDO (Test Data Out)
JTAG-TMS (Test Mode Select)
(D24)-JTAG_TRST_b
(D3)-TX/PWM/Timer1
(D4)-RX/PWM/Timer1
(A2/D16)
(A3/D17)
(D0)-RX1
(D1)-TX1
(D32)-PWM/Timer3
(D25)-PWM/Timer3
(A1/D15)-CS4
(D13)-SCK
(D11)-MISO
(D12)-MOSI
(A18/D29)-SCL1
(A19/D30)-SDA1
(D8)-TX3
(D7)-RX3
(A0/D14)
(D2)-CS
■対応電圧
・1.35V-36V(DC)
※:IntelEdison駆動には9V以上を推奨
■サイズ
・58.42mm(2.3inch)x39.37mm(1.55inch)
■増設基板はいくつかの種類を計画中
・Edison（GPIO/SD/LCD etc)対応
・LDC/SD対応
・FCU側出力拡張+ロジック変換
特徴は「広い電圧対応・ジャイロx2・拡張基板での拡張対応（IntelEdison他」になる感じです。他にも電源系を部品点数多くなるにもかかわらず多重化したりとかしてます。発注したので出来てきたら実装＆テストして居尼での機体より少し大きめのサイズに搭載して飛行させる予定。そして、この基板にはintel Edisonがサブボード経由で搭載される予定なのでその辺りを作れば手乗りサイズでかなりパワーのあるコントローラーが爆誕するよてい…。
ようやく形になりつつあるので次のステップの内容を考えてみたりするのです。現状で基板側にすべての機能を内包しているため基板形状含めて特殊な形になってしまっています。このままだと汎用的には使いづらいので汎用で機に使える形のFCを考えてみます。入力系はBluetoothもいいのですが、一般的なプロポからの入力も出来るような形がよさそうです。同時にモータードライバ周りを削除してESC対応の出力を持ちたいです。構成としては「MPU＋Sensor(10DOT)＋Power」ですかね。ある程度は独自色出しますけど…。ふむ、必要な機能とか端子とかはどんなもんかな？と考えておおまかに概要を考えてみます。
■構成
MK20DX256VLH7(72 MHz/FLASH:256 kB/RAM: 32 kB)
MPU-6050(6-Axis Gyro+Accel)
MAG3110(3-Axis, Digital Magnetometer)
LPS25H(Pressure sensor)
LTC4412(PowerPath Controller)
LT1107(DC/DC Converter)
MAX16054(On/Off Controller)
MFTが終わって若干燃え尽き症候群的な感じであります。それでも、超音波センサ用のマウンタを試作したりだとか、GoProマウンタを再設計したりとかその辺りをゆっくりと進めている感じです。あと、再設計した基盤はあるんだけど組んでいないブラシレス機とかその辺があったりなかったり。FPVしようとして手に入れたedisonが机の上に転がっていたりだとか…。バリエーションもそこそこ出来てきているので少し纏めて見ようかと思います。
■バリエーション
クアッドが1種類、ヘキサが2種類、オクタが3種類で6つのパターンが出来ています。あとはY3/Y6とかが作れそう、変形版のY4とかもありかもしれません。MFTで使ったプロジェクションマッピング用の機体はヘキサが基本になっていてスクリーンを専用のマウント使って取り付けていました。
そこそこ安定して出力出来るようになったのでプリントしたデータをThingiverseにアップしてみました。現状での最終版ですがゴンドラ側を多色対応にしたいようなしたくないような…。試してみたい方はプリントしてパーツを集めたら同じものが作れるはず、たぶん…。
■現状の最終版
基本的に簡単に手に入るパーツで構成してプリントパーツのみオリジナルで色々とやってみるがテーマだったのですけど…。部品点数とかは結構少ない感じでほとんど既成品で何とかなって国内入手が可能ですが、NEMA14モーターのみ入手がチョット面倒かもしれません。プリントパーツの設計がかなり肝になる感じです。重心点の調整とか結構面倒な問題。
■使用部品一覧
・ホワイトボード(馬印：MR23)-W910×H610
・Arduino(Uno) x1
・Adafruit Motor Shield for Arduino v2 x1
・NEMA14 x2
・5V/12V-DC電源 x1（ステッピングモータ必要電圧）
・2.1mmｍ標準DCジャック(MJ-077N) x1
・マイクロサーボ(SG-90) x1
・ベアリング(6805ZZ) x2
・ベアリング(624VV) x2
・キャップボルト(M2x8mm) x4
・キャップボルト(M3x6mm) x8
・キャップボルト(M4x15mm) x3
・ワッシャー(M4) x2
・ナット(M2) x4
・ナット(M4) x1
・ロックナット(M4) x2
・釣り糸(4m)
・ビニール被覆線少々
■プリントパーツ（ナイロンプリント）
・ステッピングモータマウンタ x2
・エッジベアリングマウンタ x2
・モータープーリー x2
・ベアリングアーム x2
・ゴンドラ x1
・Arduinoマウントベース x1
造形中のパーツとかが上がってきて組んで問題なければデータは公開しますね。ほとんどのパーツはFDM機での出力出来ると思いますが、モータープーリーのみは粉末焼結で作ったほうが精度が高くなると思われます。（糸のガイド用の溝に精度が必要）