FETを使ったハイブリッドモータードライバ

リレー(のみ)式の欠点

小型ローバーロボット向けに単なるリレー式のHブリッジを作って搭載してみて、その欠点も色々浮かび上がってきた。　
・単なるHブリッジなので、前進と後進しか出来ない。1輪だと大した問題は無いのだが、並行2輪だと操作が増えるので、カクカクした動作が目立つだろう。
・効率のよい進路調整には、PWM駆動がほしい。

特に、3～5V駆動のモーターを制御しようとするとき、電子工作の小遣いで入手できるものはTAシリーズ位なのだが、入手性が落ちてきたし、無理やりPWMしてる形なのであまり効率が良くなさそうだ。ということで自作してみることにした。ただし、小心者なのでロジックを間違えると燃えるディスクリートHブリッジは今後の課題ということにする…。

FET
FETは今までに搭載機器の電源ONOFF程度にしか使っていなかったので、色々と搭載候補を物色。
安い定番ということでNchの2SK2232を使うことにする。サーボに入ってるパッケージでも要求を満たすみたいだ)

リレーは従来の仕様だと、2個のab接点リレーで前進と後進にそれぞれ1ch割り当てていた。
これは初期状態では電池が解放で、モーターが短絡になり、モーターに電磁ブレーキを欠けた状態になる。やたらvividに停止するのはこのせい。　小さくて安いリレーなのでこの形式で頑張ってきた。

C接点のリレーを使えば、前進と後進の切り替え(Hブリッジ操作)が1chで済むようだ。駆動電流のON/OFFを制御するのにもう1ch必要なので、ここをリレーではなくFETで制御することになる。

C接点を使う利点は、ローバーみたいに前進ばっかりするロボットの場合、デフォルトで導通する側を前進方向とすれば、後退したいときだけリレーを通電することになる。つまりリレーを動作させるのに必要な電流が削減できる。
方向転換をカーブで行い、PWM駆動に任せれば、リレーを通電する区間はかなり減らせる。　あれ、FETひとつだけでいいんじゃないか・・・と重大なことに気づいた気がする。　まあいいか…
リレーの選定は大きさとコイルの消費電流とで選んだ。オムロンのG6K-2P-Yは少々高いが小さくて使いやすく、マルツで入手できる。　webで見つけた作例でも使われていますね。

ハイブリッドモータードライバ

端子形式は従来を踏襲。制御線が2chから据え置きなのでコネクタも変えなくて済んだ。
入出力ピンは、制御コネクタ4ピン(電源GND含む)と、モーターへのコネクタ2ピンモーター電源コネクタ2ピンで構成される。

回路図

動作確認

リレー式のものと論理的には一部互換性があるので、ソフトウェアはそのままでで回転を確認できた。プログラム的には片方を通電するだけなので…その片方がFETであれば100％出力で駆動される。

実際の動作ではFETの動作速度に比べてリレーのレスポンスが遅いので、例えば片方前進、片方後進にしたときに回転が終わる位置に違いがでたりする。(無負荷の場合)

単純な解決策として
リレーのロジック(右、左)
遅延(データシートから、20msくらい?　個々のリレーに依る);
　FET_ON (デューティ比(右、左))
を施してみたり。

リレーが動作し終わるまでは通電させないことで、モーターの突入電流対策にもなる。

~~ローバーは移動できればいいのです~~

追記: 制御系とモーターの電源が共通な場合は結構大変なのでおすすめしません。あと、GNDは共通なので、クリティカルであれば、制御配線の絶縁処理(フォトカプラ、磁気カプラICなど)、モーターの発生ノイズ対策コンデンサなどをつけましょう。

2基あるせいか、最大出力でモーターに負荷がかかると、乾電池やニッケル水素電池などは大丈夫だが、工作用のリチウムイオン電池をつないでいると、保護回路働いて電源が落ちる。(入れ直すと復活する)　そのため定格でデューティー比8～9割のPWMをかけて防いだ。ダイセンのギヤモーターは負荷時に3Wあたりまでピークがあるので、けっこう電源には負担がかかる。

最新の構成(2015)

参考文献
PWMによるモータ制御
http://badmojo.web.fc2.com/PLARAIL/PR_ENO_PWM.html

モータードライブ編
http://srd.s43.xrea.com/circuit_learning/motordrive.shtml#FET-sp

【サボテン】太陽電池の結線

久しぶりにサボテン計画。忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。さぼてんも不機嫌そうだ。せっかくなので、園芸用の水受けに移す。関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね＾＾･･･。太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板というらしい http://www.led-paradise.com/product/629? 本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。イレギュラーな使い道だ。今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。配線を綺麗にまとめられた。太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。かなりスッキリ。蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。ちゃんと充電が行われている。といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど･･･。

Arduino Nano Everyを試す

秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って… と気が付いたら10年が経過していた。ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30ｍA程度しか消費しない。動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。 Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero（生産終了済み）ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。 Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。 https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション（328Pモード）がある。公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている（中央の四角いQFNパッケージ）MCU的にはnEDBG

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた｡小さいパッケージなのに､UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ｡登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2 にも採用されるらしい｡簡単にデータシートを眺めてみると､アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。 CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令（DESやUSBで使われる命令）が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。 CPU周りを見てみると､割り込みレベルなど､今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた｡ ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている｡データシート P6 DMAは無いけれど､周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる｡できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。ピックアップした特徴･データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ･RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ･デバッグ専用の端子 UPDIを搭載･優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ･ピン単位の割り込み（かなり複雑になった）･リセットコントローラ（ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった）･豊富な16ビットタイマ(4809では5基）･16ビットリアルタイムカウンタ(RTC) ･豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch､SPI 1ch,TWI 1ch) ･内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ･ADCは10bit 16ch ･内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた｡ 1575MHzの波長は約19cmなので､半波長で9.5cmとなる｡ GHz帯とはいえ､結構長いものだなぁ｡セラミック等の誘電体がなければ､平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう｡普通のダイポールだと指向性があるので､交差させてクロスダイポールにする｡屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの｡水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して､42.3mmで90°に曲げる｡長さの同じ素子同士を並べて配置する｡ (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線､もう片方をGNDにつなげば完成｡実際5分くらいでつくったけれど､果たしてどうだろうか｡今回は､道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた｡アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで､ LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物｡最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい｡さて･･･クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と､QZ-Rader画面東側に建物遮蔽があるので､そちら側の衛星はSNが悪い｡とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった｡アンテナの角度をいろいろ振って､逆さまにしてもロストすることはなかった｡セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな･･･｡簡単にできてそれなりに測位するけれど､携帯性は皆無になった｡あと､近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない｡ GPSアンテナのDIY例としては､QFHアンテナもある｡ラジオゾンデなどで使われている例がある｡いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので､今回はクロスダイポールにした｡ GNSSとなると､複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う｡セラミックパッチア

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