カテゴリー : Eagle
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
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…。
あったらいいなと思いながら某販売店とかを見て回ったのですが、なかなか欲しい物が無くて…。MBPのUSBポートって左右に1個ずつしかないんですよ。電源取りながらシリアル通信とか、2ポートシリアルと電源とかは難しくて。でもおおきなUSBHUBを持ち歩きたくもなく…。
どこかに売っていないかなと思っていたんですけど、よく考えたら自分で作ればよかっただけでしたと。ちゃっちゃと検索するとどうやらUSBHUBを作るための汎用チップが出ているみたいなのでその当たりを使って大まかに設計してみました。本体から飛び出すサイズ的には20.6x29mmあたりで何とかなりそうな気配です。$9.9だから今度の基板注文の時に混ぜ込んでみようかな。
■基板イメージ
FusionPCBに注文した基板が一向に出来上がってこないのです。そろそろ1ヶ月なんだけどまたロストしたりしていないのかすごく心配…。問い合わせてみようと思う今日このごろ。そんなこんなで、ここのところはプログラム側を色々といじっています。現状で、ジャイロと地磁気センサーからの入力は受け取って姿勢制御（モーター出力）できそうなところまでは来ています。でもでも、PWMの周波数がどのあたりが適正になってくるのかは実機でテストして決めていかないといけないと思われます。今回、PWM周波数が最大375 kHzで解像度というか段数は16bitまで上がるらしいんですがそこまで上げるとアイドルの消費電流とかいろいろどうなることやら。。
次に、最近悩みまくってようやく解決したのですがOLEDへの接続ができるようになりました。簡単に行くと思ってたんだけど全然簡単じゃなくって「printf」がお友達状態でした。ディスプレイが付いたことで、機載状態でPIDの変更が可能になってモーターへの出力をリアルで見れるようになったりしました。便利そうな予感。
■テスト中
前にも書きましたけAVRは50hzの更新速度で制御を行っているのですが、今回は倍の100hzでBluetooth通信しても余裕あります。お陰でコントローラーからのレスポンスも早くなりましたが果たして早くなったことで飛行中の姿勢に変化が見られるのかが不明。制御用のパラメタを可変できるようにしたので変更しながら試してみるつもりです。
■設定変更用の画面とか
残りは、大気圧センサのLPS25Hを接続予定なのでそれ用のプログラム作れば初期状態としてはまあまあかなと思われます。
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？？
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~。
最近、クアッド関係の更新がなかなかできなかったのは原因がわからない迷宮にちょっとハマり込んでいたからです。
かなり悩みましたがだいたい原因がわかってきたのです。
■4号機写真
4号機は全部入りでα版を兼ねるべくして作成していたのですが、写真のようにすべて搭載すると飛ばない…。それはもう、床を這うようにしか飛ばない。 単純に考えて推力不足なのですが、モーター＆ローター単体で20g以上のテストデータがあるので機体側の問題だと考えて色々と修正したりテストしていました。
基板パターンに関しては4層基板の内層は17umということを忘れてパターン引いてしまったので一部当てはまるのですが、それ以外はテストも問題なし。 最後の最後で、機体搭載時条件（バッテリ駆動）での推力を測ったらローター1基あたり12-13gの推力でしたと…。記録を読んだらテストした時には単体で定電圧電源から5V入力していました。非接触回転計まで買ってテストしましたよ…。
まずは、ついに（ようやく）3号機が初飛行に成功しました。そして、実装＆飛行して回路側に修正が必要な部分と部品配置に問題がある部分が分かったのでPCBを修正しました。本来であれば、コード修正を先に行うべきなのですがPCBは注文してから手元に届くまでに2週間程度が必要なので手順を逆にしています。注文してからゆっくりコードいじったりモーターマウンタの再設計をしたいです。実際は、パターンカットとか色々やりながら3-2号機を完成させるよりも4号機を設計しなおした方が早いとの判断でした。途中経過の3号機を複数作っても部品代の無駄ですし。
さてさて、予定では4号機を作ってからα版（人柱版）を作る予定だったのです。
ですが、基板を修正してみたところ大きな修正箇所はなさそうな気配なので4号機＝α版として作っていこうと思います。
そうは言ったものの、結局のところ結構修正しました…。
・MAX3421Eリセット回路修正
・コンデンサ位置修正（USB-Aコネクタと干渉のため）
・間違ってLED配線を貫いたVia位置修正
・MPU-6150/MAG3110のI2C配線修正
・FCU/MPU近くにコンデンサを追加
・バッテリ電圧測定用の回路を追加（ノーコン対策）
・MAG3110の向き修正（電源ライン取り回しのため）
・USB電源ライン用ジャンパ追加（FCU）
・電源パターンを再度見直し
最後の最後までMAX3421Eに苦しめられている感じです。毎回の回路修正がデフォルトですがこれで終わって欲しい…。
基板が再注文になってしまったので、せっかくなのでちょっと修正しました。裏面にRGB_LEDを載せていたのですが、バッテリを搭載するとちょうど隠れてしまいそうな位置にあったので前から気になっていました。この際なので通常のLEDにしてアーム部分の裏面に位置と種類を変更してみました。これで再注文予定です。1月半ばには今度こそ出来てくるはずです。
