CAL.4809の開発(2) ケース試作

CAL.4809のためのケースを設計してみた記録｡

21世紀のかまど｡マインクラフト感がある｡

思考する速度で試作したい

3Dプリンタを導入した｡
個人的に初めて3Dプリンタ造形物のデータを作って､出力してもらったのが2012年頃だったので､すでに6年もの歳月が経っている･･･｡自己所有する機運が高まるのにだいぶかかった｡どうもハイプ・サイクル的な波が落ち着いた頃に導入する傾向がある｡

いろいろ検討してみた結果､今年出た新型､Flashforge Adventurer3に決めた｡完成品で箱なので､机の下に設置しても大丈夫なのが決め手｡
動作音は静かなインクジェットプリンタと炊飯中の炊飯器のファン音を足して二で割った感じ｡静音を謳うだけあってほとんど気にならない｡
Z軸キャリブレーションだけで快調に動いている｡

高速試作環境のために導入したわけなので､Fusion360に慣れる目的でCAL.4809の外装を試作してみた｡ 3Dモデリングも久しぶりだが､割と覚えていた｡

基板部分のデータはKiCadからエクスポートしたSTEPファイルを取り込んだ｡その外側にケースを作成する｡
外装は基板外形を1mm拡張して､壁の厚みを0.8mmとした｡
前後はNATOベルトを通すための隙間を設けている｡
側面はボタン､IrDAポートのための加工を行った｡ボタン部は素材の弾性を使う｡

ケース自体は装着を考え､下部の時計用ベース基板に固定するための爪を側面に設ける｡

上のCAD図は既に5回くらいのバージョンアップの後のもので､最初はボタン部などの造形をせず､外形だけでプリントして検証し､徐々に細部の造形に移っていった｡単純な造形なら30分ほどで出力できる｡彫り込みというか刈り込みというか､とにかく手元にプリンタが無いと試行錯誤ができない｡

途中から出力方向をひっくり返した｡ほぼサポート材

モデリングの過程で出力して確認するサイクルを経て､最終的に一番精密なモードで1時間半かけて出力した｡

ラフトを剥がすのに便利な時計のコジアケ｡買ったけど時計を全然こじ開けてない｡

この造形だと糸引きがすごかった｡サポート材は簡単にはずれてくれるけれど､なにせ細かいのでうっかりちぎりかねない｡カッターなどで慎重に剥がしていく｡

基板との間に0.2mm間隙を設けていたおかげか､ピッタリはまってくれた｡ボタンも押せる｡ FDM式でも薄い部品は配置や形状を工夫すれば大丈夫そうだ｡

下部の基板は前後のベルト部の出っ張りと､左右側面から張り出したケースの爪できっちり固定できている｡
この小さなサイズでは､細かいフィレット等を形成してしまうと潰れたり変形してしまったので､単純なくり抜きや多角形のままでよさそう｡壁とボタンの造形の隙間は､0.4mm空けても潰れがちになるので､スリット部の面取りなどを試してみる必要があるかも･･･｡

ケースをつけても､コイン電池は簡単に取り出すことができる｡

表の文字盤面が手付かずで残っているが､メモリ液晶を保護する仕組みとしても風防は必要になる｡最後にネジ止めで固定する蓋構造を検討中｡

DIYでありがちな肥大化しすぎた筐体を防ぐという､無意識に設定していた目標は達成できた｡個人的には基板を覆ってしまうと外装のデザインの勝負となるのでちょっと寂しい｡

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...

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...

CANトランシーバーを使わずにCAN通信をする

　CANバスの物理層は差動通信で、RS485の様にマルチドロップ接続が可能。　自動車におけるノイズ環境でも通信が成立するように、トランシーバICには様々な対策が施されている。　一方で、基板にマイコンを複数載せて、例えばブロードキャストメッセージを含んだ通信をさせたいとなったとき、ハードウェアとしてデータリンク層にあたるコントローラが実装されていて、メッセージフィルタ等が可能なCANバスは魅力的だ。しかし、長くても1ｍ未満の配線長で差動ドライバのバスを駆動するのは電力的なペナルティが大きい。 CANバスの構成　トランシーバーには5Vレベルと3.3Vレベルの製品があり、車載以外だと省電力化のために3.3Vバスを採用する例があるらしい。（電圧が低いほうがドミナント時の電流は下がるので）製品によってはフォールトトレラントのための様々な機能が付加されている。　　トランシーバーをつかわず、UARTの様に単純に接続することもできる。過去にはこのようなアプリケーションノートがあった。 On-Board Communication via CAN without Transceiver https://www.mikrocontroller.net/attachment/28831/siemens_AP2921.pdf CANコントローラの入出力を1線式マルチドロップバスとしてつなぐことで、トランシーバーが無くても通信が可能になる。規格外の使い方ではあるけれど、大幅に単純、かつ省電力になる。コントローラのみでの接続 R4 MinimaにはCANコントローラーが内蔵されているため、上記アプリケーションノートの様に接続してみた。ダイオード2個と数kΩのプルアップ抵抗だけでサンプルコードの通信ができた。 https://docs.arduino.cc/tutorials/uno-r4-minima/can 　とりあえず1Mbpsでも通信できていたけれど、Lowレベルの電位が下がり切っていないので、OD出力のバッファをTXに挟むとよいかもしれない。　 R4 Minimaのコントローラのみで通信させている様子(250kbps) https://github.com/sandeepmistry/arduino-CAN/blob/master/API.md ライブラリの実装は以下で確認...

UNO R4 Minimaの仕様を眺める

CANバス内蔵Classicボードたち。　しかし割高になってしまった… Uno R4 Minimaを入手したので遊びつつ、どのような実装になっているのか、仕様を眺めてみた。 UNOは現在のArduino製品の中ではClassic Familyというカテゴリに入っており、歴史的なフォームファクタを継承している。ルネサス製MCUの採用で話題だけれど、5V単電源動作可能なARMマイコンとしては高機能だ。要点としては、初学者向けのClassicファミリにCortex-M4が降りてきて、内蔵RTC、DAC出力、CANバスといった機能にもAPIレベルで対応しているという点になる。　スペックだけ見ると、反射的に3.3Vで動いてほしいとかいろいろ要望が湧いてくるが、ターゲットはあくまで初心者なのを忘れないようにする。　（いい感じの互換ボードに期待）ボードとピンマップを眺める公式サイトのボード紹介ページでは、回路図と基板図をAltium365ビューワーで見ることができるようになっていた。回路図で抵抗を選択すると詳細が表示されるし、基板図上の実装と連携して位置をハイライトできたりする。 Minimaの実際の基板には16MHzの水晶は空きパターンとなっている。内蔵オシレーターで動いているようだ。 Minima　回路図 https://docs.arduino.cc/resources/schematics/ABX00080-schematics.pdf Wifi　R4回路図 https://docs.arduino.cc/resources/schematics/ABX00087-schematics.pdf MinimaとWifi R4ではソケットに引き出されたSPIバスのマッピングが異なっている。これに伴いCANで使うピンも位置が変わっている。APIが用意されてるのにピンマップ表で表記していないのはボード依存のためかもしれない。　CANを使いたければシールド設計で対処するしかなさそう。　他にも、Minimaのソケットの3.3V出力は、Minimaのデータシートに書いてある通りMCUの内部電圧を生成しているLDOの出力を引き出している。そこまでやるのかというくらい割り切っている。　内部レギュレータから引き出せる電流量はArduinoとしては表向き載っていないけれど、ルネサス...

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