第7章 - 環境工学研究所 WEEF

マグネット
・アクチュエータ
・ドライバを内蔵した赤外線
言機の
:壺 I)
―
塑
¨
FETによるHプリッジ
エレベータマクネット
アクチュエータヘ
マグネットアクチユエータドライバとスピードコントローラを一つの PICに内
蔵した 3チャネル赤外線受信機を紹介しますマグネットアクチユエータもスピー
ドコントローラと同様 ,PWM信号でコントロールします
オリジナルのプログラムはイギリスの Andy Brkett氏によつて ,C言語で書かれたも
ので ,PIC1 2C508A(509より少しメモリの容量が少ない品種)用です
オリジナルのプログラムをそのままコンパイルしても日本メーカの送信機の信号タイミ
ングにマツチしないことと ,本書で紹介している受信機と PICの出カピンの割り当てに
違いがあるため ,筆者が国内 3社の送信機で使えるように ,また本書で紹介しているほ
かの受信機と互換性が保てるようにブログラムの一部を変更しました
第 7章
マグネット・アクチュエータ・ドライバを内蔵した赤夕1線受信機の製作
7.l C言語と CC5X Cコンバイラ
オリジナルのソースは ,CC5X
C Compilerを使ってコンパイルすることができます CC5X C
cOmpnerはノルウェのB Knudsen Dataネトのコンパイラで,CC5Xのフリー・エディションがlt供され
ていますこのバージョンをf■ って lKワードまでのコードをコンパイルすることができるので ,イン
ドア・プレーンで lt用する受信機のプログラムを組むのには十分です
比較的頻繁にバージョン
アップされるので ,最新版の CC5X C Compiler Freeを B Knudsen
・
ペ
Data社のホーム
ージからダウンロードしてください。マニュアルもダウンロードすることができ
ます
http://www bknd.cOm/cC5x/index shtml
このコンパイラは MPI´ AB
す
アセンプラの MPASMを
vcrsk)n630以降で,MPI´ AB統合環境の中で使月jすることができま
ltうのとまったく変わらない使い方で,Cコンパイラをltっていること
を意識させません
ダウンロードしたら解凍してください解凍したファイルの中の INSTALL TXTに
使い方が ,1い
てありますが難しいことはありませんこれから説明するとおりに設定すれば使えるようにな
ります。
CC5Xコンパイラは専用のインストーラがなく,適当なフォルダを作って ,その中にすべてのファイ
ルをコピーして使うようになっています _アンインストールするときは
,作ったフォルダを肖J除するだ
けです通常は c:YPrOgram Filesの下に cc5xとでもして ,cc5xフォルダに解したべての
凍
す
ファイルをコピーします.f/:業用のフォルダをc:YProgram Fllesycc5xのドにprojects
とでもして作っておくとよいでしょう。これから先の説り]は上記の設定で進めて行きます MI)LABの
インストールについては,付録 Dの「初めてのPICプログラミングJで詳しく説l月しています
準備として,付属 CD‐ ROMの led― test
?
cと
いうc言語のソース・ファイルを先ほど作った
● け日
F""
lc
\P,oe.r
I
r.rvc5r\soFd
H4 I
l:-o@;T
oK lczdl
図 71 プロジェクト名とプロジェクト・ディレクトリを指定
「
24
proj ectsフオルダにコピーしておいてくださいこのソースフアイルは,付録 Dの「初めての PIC
プログラミング」で取り上げている,アセンプラで書かれた発光ダイオードの点滅プログラムをC言語
で書きなおしたものです興味のある人はソース・プログラムを比較してみてください
●
CC5Xコ
ンバイラを MPLABで使う
MPLABで CC5Xを使えるようにするための設定がいくつかあります。まず MPLABを立ち上げます
図 71は ,■ ed―
Yprojectsデ
設定します
testと
いうプロジェクト名を新たに作って ,C:Yprogram
イレクトリで作業を行う設定をするところです
FilesYcc5x
デイレクトリはIBroWSelボタンで
設定が済んだら10K〕ボタンをクリックします
次に,図 72のように,IConfigurelからlSelcCt Device]をクリックして, ターゲット・デバイスを
選択します (図 7.3).
デバイス選択がおわったら,IConigurelからIConfiguration Bitslを選択してコンフィギュレーシ
図 72
デバイス選択ヘ
H CЮ Ch:pPЮ 9′ amme,Tool Supp。 1
o円 OSTART PuS O MPuり [C02
o PRO MATE1
(, MPし O PH3
MI●
0 PICkti
ЮChip DebugOerToO Supp。 ■
O MPし ● SlM
O MPI"`CD 2
o MPtAD SiM30
MPШ
脚
10●
2000
F中
OK
図 73
Qa」
Ⅲ●
1
ターゲツト・デバイスの選択
,25
第 7章
マグネット・アクチュエータ・ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
ョン
ビットの設定を行いますが,今口Iコンパイルする ■ed―
すでにコンフィギュレーション
ここで,ひとまずソース
test cのソース・プログラムには
ビットの設定を書き込んであるので
ファイルの内容を説りJしておきましょう。リスト71は ,PIC12F629の
test cの全リストです
#pragma config l=OX2184がコンフィギュレーション
ためのプログラム
,
ここでの設定は省略できます。
ッース ■ed―
ビットの設定部分です
ここでは
タイマだけを ONにしています。この部分はあとで説〕jします
では次に,IProjcCt]からIScleCt Language Toolsuitelを選択します (図 74)
パワー
アップ
図 751こ示すように , IActive To01suite]に IB
リスト71
Knudsen Data CC5X]を選夕(し , IToolSuite
LEDが 05秒点灯、05秒消灯を繰り返すプログラム
″インラインアセンプラをMPASMと違和感
″なく使えるようにするための
//ヘッタフアイル
″ コンフイギュレーションビットの設定
#include hexcodes h′
#pragma config l= OX2184
V° id{delay(unsigned
10ng ni■ ■lsec)
uns8 i′
do {
″ウエイトリ
レーチン
″ de ay umeの調整はMPLAB
SIMて行う
//8bt unsigned(MIN O IИ AX 255)
TMRO ‐ Oi
while (TMRO ( 6■
)
}While (__ mlllisec > o),
fOr (1
‐
Ol i
く
255, 1++)
fOr (1
‐
0, 1
く
207′ i++)
}
void main(void)
//メイン
{
#pragma update_RP
■
絆asm
DW
CALL(Ox3ff)
#endasm
OSCCAL = Wi
TRISIO ‐ Ob Oooo oooo,
OPTION_REC = Ob oooo oo■
CMCON ・ Ob 0000 01■ ■
IIpragma update RP O
CPIO ‐ Ob oooo oooo,
,
for(′
′) {
CP104 ‐ ■′
delay(500),
nOp2(),
CP104 = Oi
}
}
,26
delay(500)′
■
,
″ 初期設定
″ Banklに切り替え
″ インラインアセンフラを使つて
//メモリの最終番地をコール
″ インラインアセンブラの終了
″ OSCCALレジスタに内部発振周波数
″ 校正値をセット
″ すべてのポートを出力に設定
″ TMROのプリスケーラを 116に設定
ノ/コンパレータ未使用
//BankOに戻る
〃ゼロで初期化
″ メインループ
″ CP4を H ghにしてLEDを点灯
//499 997ms
//タイム調整
//CPOを LowにしてLEDを ,肖灯
ノノ499
997ms
P′
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¨
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一
呻
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Op● ●
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,1● ■
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Bo10 0pl oト
Ftt m¨ rtF,疇 s
Savo Proす oot
Sさo ProFci ns
測 O Flた sto P`ol∝
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●
Rrmovo Flo Fron P′ 。●
1
B7.4 lslect
LanguageToolsuiteli*frEEi.\
Ⅲ
A.n€lodone
?
● け日助
lB Krudeh oala CC5(
MPASM
MPL NK
tc―
￨
H¨
87.5
1
0K
CCsx C Comoller
tlllt
Contcnts]では CC5X C Compilcrを選Jくします ILocationlに
と表示されるので ,10KIボタンをクリックします
C:YProgram Fllesycc5x EXE
次に, インクルードファイルのパスを設定します。[ProjecJからIBund op● onsIで lPrOject]を選
択します
図 76のように,IInclude Path,$(INCDlR)lのイiにあるIBrOwSelボタンでインクルード・ファイル
が置かれている CC5Xフオルダを選択しますところがこのパスにはスペースが含まれていて ,この
ままの設定ではパスが通りません
図 77のように,スペースの前後をダブル
クォートでくくってあ
げる必要があります
,27
第 7章
マグネット・アクチュエータ・ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
￨
￨
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●●
ヽ
高ハ
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,ヽ
￨
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図 76
￨
P」即‖0哺 I
I S‐
Ha■
J
￨
￨
￨
ビルド・オプション設定画面
,ndude Pah$『 NCDIR}
C \Ptogtafn"
図 77
"Flles\cc5x\
パスのスペースをダブル
クォートでくくる
図 78 プロジェクト・ファイルにソース・ファイルを追加
ボタンをクリックしてから10K]ボ
I適用〕
タンをクリックして, ウインドウをFllじます。
これでいつでもCC5Xコンパイラを MPLABで使うことができます早速 led test cのソース
プログラムを読み込んで ,コンパイルして教ましょう。
ここからの手llEは ,アセンプラのソースプログラムを読み込むときと同じです (図 78)
C言語で書かれたソース・プログラムを表示したものを図 79に示します IPrOjectlからIBundlを選
,2●
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図 79
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追加したソース・プログラムを表示
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RESTRICTONS o● ●
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C lFfoafdh F es*ccbtYDloEcrs*ted-iesr HEX
SuCCEEDED Thu範
`261510022004
図 710 ビルドに成功
赫
択するか IF101キーでビルドが実行されます (図 710)
.ji前
砺乃E洋
ヽ
…
ビルドが成功しましたが ,エラーがあるとエラー・メッセージ
エラー・メッセージ行にカーソルを合わせてマウスをクリックすると, ソースプログラム
にテスト済みなので今
「1は
1口￨で
が出ます
のエラー行が人4tされます
が生成されます
ビルドに成功すると PICに書き込むための led― test hexファイル
図 710ではドから2行 ‖に′
L成された HEXファイルが MPLABに読み込まれたこと
を示しています
ここから先は MPLAB
SIMを
ltっ
て
,
MPASMで
ビルドした HEXでのシミュレーションとまった
く変わらない操作感覚で , シミュレーショ
ISynlbOncI表示を選択すると,HEXフ
(図 711)
ち
了ィ
勇↑羞≦ヨIIlll五墜夕されたコードもよJれ剥
最後にコンフィギュレーション・ビットの設定山i
nlで
, プログラムで設定された内容がどのように反
729
第 7章
マグネットアクチュエータ
ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
いた Edi V‐ い‐1 晏露
Dけ
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譴凛。
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口げ □ 恥
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０
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図 7 1l IViOWlから[Program Memorylを表示
ytw i可。
t ●¨ 0 "。 IIommo子
。
“
?
￨`[￨、
I a5mr
図 712
:
￨:￨[, ￨
coni
it
口げ □ 恥
i.il8J
∞耐ture wい ●" Heぃ
。 "■
00日
画
￨.t
i
コンフィギュレーション・ビット
図7.12
映されているかを確認してみましょう IConfigurelからIConiguration Bitslを選択した画1■ ゞ
です
ファイルで設定した Ox2■ 84という1にが Configuratk〕 n BitsウインドウのlValuClに反映さ
れているのがわかりますその内容は4i側の Categoryと Settingによ 4ξ されています内部発振 11路
ソース
タイマをONに設定してある以外はすべて OFFの設定になっています
度 11定した内容はプロジェクト・フアイルに保
簡単に C`;語による開発の流れを紹介しましたが , 一
をlt用して ,パワー
アップ
存されるので,次回 C`:語のプロジェクトファイルを開くと,「 l lllJ的に CC5X C Compilcrを ltうよ
うに設定されます
,30
フ.2
P:Cダイレクト・
ドライブ赤外線受信機
8ビンの PICを使った受信機では,電源に接続する 1番ピン (賄 )と 8番ピン (`、、
)を除いて,残りの
6ピンを人ll力として 11うことができます 4番ピンの CI)3を人力として使うので ,残りの 5ピンが‖
,″
￨
ここでは, スピードコントローラの PWヽ 1出力に 5番ピン (CP2)を ltい ,7番ピン
(CPO)と 6番ビン (CP)を使ってラダーリ
‖のマグネットアクチュエータをiF接ドライプします lnl様
力にltえます
に,3番ピン (Gl))と 4番ピン (CPi)を ltってエレベータ用のマグネットアクチュエータを直接ドラ
イブします
PICの出カポートに直接マグネットアクチュエータをつなげれば, ドライバの素子を実装しなくて
すむため,中 f量に作れますただし,PIcのポート許容 1[流の ll限から200Ω 以 11のコイルを使います
[1路 Ⅸを図 713に示します
マグネットアクチュエータを含む電子卜
1路を DC― DCコンバータで「
ケ
サ
1:した 5Vの 1[月 :でドライブし,消費電流の多いモータは,[池 lElll(37V)でドライプします
+3?V
―
CND
- 1
∪
N」
L74H300A
[lE CH.
P!C12C509A
⊥
十
MO「 OR
Ct
Ol lRLML2502
図 713 PICで直接マグネット
アクチュエータをトライブする受信機
PiCのボート出力で直接マクネットアクチュエータをトライフするので、ポートの許容出力電流を25mA以下に抑えたいため,直接
つなぐことのできるコイルの抵抗値は200 Ωll上にしなけれはならない赤夕1線受光素子は回路図の品番以外のものでも使える
図 714 基板の部品配置図
片面プリント基板に部品を実装できるようにパターン
を考えて作った0チャネルの受信機で 2組のマクネッ
トアクチュエータドライバとスピードコントロ
ーラを内蔵している
□彙』
=3,
第 7章
マグネット・アクチュエータ・ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
写真 71 PiCで直接マグネット・アクチュエータをドラ
イブする受信機例
丸ピン・ツケットのツケットピンを使って、すべての周辺部
品をビン接続できるようにした少し前に作った受f8機で,最
新の部品配置図と若干異なり基板ま側で lヵ所だけGNDをジ
ャンパで配F.￨している
写真 72 PICで直接マグネットアクチュエータをドラ
イプする受信機例
プリント基板を使わないで、軽量に仕上げることを目標に組み
立てた受信機 3チャネルの赤夕1線受信機で赤夕1線受光素子
は広範囲から信号を受け取ることができるように ,レンズを肖1
り取った受信機の重量は0620
プリント基板のパターンを図 714に ,パーツを実装した外観を写真 71に /1Nします
写真 72は , コ
ネクタをつなげ,イ L卜がった外観です
Gドフ.3
0Pアンプ・
ドライブ赤外線受信機
PICのポート許容電流を L卜 1る lltllt抗のマグネットアクチュエータをドライプする方法のつに
OPアンプをltう方法がありますい1路図を図 715に示します
l lllのマグネット・アクチュエータをドライプするのに 2対 1の OPアンプが必要になるので.3チヤネ
ルの受信機では,エルロンとエレベータチャネルで 4組の OPアンプが,必要になります 4n‐ flの OPア
ンプが 1個のパッケージに収められた 14ピン・ハーフピッチの ICが小型軽 ilで ,・ i4信機にflうのに
通しています。ここでは,人手性の良さからM A XIMの MAX4020を ltっていますが ,人手できれば
ANALOG DEVICESの AD8534が性能籠iでれています
,
ll・
M AXIMの MAX4020は ■ 120mAの前=容電流がありますから,50ζ 2ぐらいのllt抗からドライプで
写真 73
,32
0Pアンプ搭載受fE機の表面
写真 74
0Pア
ンプ (MAX4020)搭載受信機の裏面
_
´
IN=_
十 INA十
L/:;
_
V )..
IN.・ _
t,Otり
L
01.`
lRLML2502
BOT「 OM
VEW
図 715 0Pアンプ・ドライバを内蔵した受信機
4個の OPアンプが 1個のパソケージに収められているので配線がシンプルにできる電流が流せるので,50Qぐらいのマグネッ
ト‐アクチュエータからドライフすることができる赤外線受光素子は,回路図の品番以タト
のものでも使える
きます
写真
73と
写真
74に部品を実装
した外観を示します rj ttiに部品が載っています
C:フ .4 FETドライブ赤外線受信機
般的なマグネットアクチュエータの構成はコイルとマグネットだけで, ll御口1路をもっていませ
′
によって舵 /11をコントロールします PICで直接アクチュ
■イ
1:機の PICから出力される PWM信
ん
7」
エータ
コイルをドライプする場合は,200(2以
1の
コイルを
l」
いますが ,大きなトルクが必要な場合
は,抵抗1貞の低いコイルをイ
史って大きな電流でドライプする必要がありますそのような場合にトラン
ジスタあるいは FETによる Hプリッジ回路をltったドライバ回路をltいます図 716に ,1路 Iズ￨を /1.し
ます
,図 718には、プリント版のパターンを示します
写真 75は部品を実装したよ山i,写真 76はコネクタと受光素 rをつないだ全 itですなお,図 719
には,利り
￨￨した FETの概要を説り￨しました
図 717には,HブリツジのIIJ作を説りjし
■ まとめ
Futaba,Sanwa,JRの各社送信機のパルス仕様に合わせた,各ネLの受イ
::機の HEXフアイルをサ
‖意
しました PICライタをイ
セって PIC12C509Aに 1:き込めば,マグネットアクチュエータをドライブ
できる軽量な受イ
1:機を作ることができます Futaba,Sallwa,」 Rではそれぞれに送信機で作られるパ
,33
第 7章
マグネット・アクチュエータ・ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
ND07001 0× 4
Qi]RLML2502
図 716 FETドライバを内蔵した受信機
4個の DuJ FETを使って2組のマグネット・アクチュエータをドライブしているが,最も効率の良いマグネットアクチュエータ
・アクチュエータからドライプできる赤外線受光素子は,回路図の品番以外のものでも
ドライバといえる 500程度のマグネット
使える
図 717
FETを
使用した Hブリッジ回路の動作
300から1000ほどのマグネットアクチュエータのコイルをドライプするには十分な,超小型の Dua FET(P型とN型が 1組になっ
ている)を 2個組み合わせて,シンプルなHブリッジ回路を構成する
ルスのチャネル順序が異なりますが ,スロットル・チャネル.エルロン・チャネル,エレベータ・チャ
ネルの出カポートを共通にしてあります
.
興味ある人は,Andy Birkett氏のオリジナル・ソース・コードも,CC5X
て解析してみてください。
第 7章の CD― ROM収録内容を表 7.1に示します
.
,34
Frceコ
ンパイラを使っ
□
□
響日掛
図 718 プリント基板の部品配置
左側の基板表にはPCと Dua FETを 4個はんだ付けし右側の基板裏にDC OCコンバータとモータ
けする基板の4ヵ所に穴を開けてImい線で豪表をつなぐ
写真 75 DuJ FETを使って Hブリッジを組み込んだ受信機
FETの出力にJSTコネクタのコンタクトを取り付けマグネノ
ト・アクチュエータの取り外しができるようにして,受 lE機を
はかの飛行機で共用できるようにした
図 719
NDC7001Cのビン配置
ドライブ用の FETをはんだ付
写真 76 FETを組み込んだ受信機の全景
2個の赤外線受光素子を背中合わせに使って広●
B国からの信
号を受けられるようにした
ND07001 Cは FA RCH LD製の Dua FET O,は、最大定格が60V,051A、
が40
02は最大定格が60V -034A,ケ
ゲートツース間電圧 4 5Vl寺のドレインツース間 ON抵抗
ートツース間電圧-45V時のドレイン‐ソース問 ON抵抗が 750となっている
,35
第 7章
マグネットアクチュエータ・ドライバを内蔵した赤外線受信機の製作
表 71
CD ROMリ
スト
フォルダ名
ファイル名
￨ゴ
収録内容
¨
オリ
ルc,i,「ソースプログラノ、
'ナ
(i'I(:12C508A'
Lじ I)点敲テストC.:.1ヽ
ツース
プl,グラノ、
II'IC 12「 629'
LEI)点武テストliEXフアイル
llcttt三
1'lC12F(,2,'
rutaba月 1■ ィ̀i ttC,i,‖ ノース
(PI(:12C5()9A,
lrxュ ](12[(
1ヽ
_,.t
*,,.,,.
プログラム
Haba'日 ■イ
,i ttIIEヽファイル
I PIC 12C50,)ヽ
￨
San、 a‖ 1'イ ,1性 C,￨.1ノース
(I'I(12C509A,
Sanヽ a月 1■
(PIC12C5(),ヽ
`.i ttIH:Xワ
プtlグラノ、
アイル
)
iι
x」
,,機 (],1111ノ
JR'‖ モイ
11'lC12C5()11ヽ
301' t
'
:ギ :昌 91「
=―
(′
じre
JR月 1'11機 Hじ Xフ
ースプログラ′、
アイル
ヽ
I'1(12C5(),′ ヽ
)
￨
IIxa l反転パラーンLif
I瑞だ鮮ゴ
;甲
l'lCダ
イレクトドライブ■イ
,1機プリントパターン
｀ターン
FETドライブモイ
.:機両山プリント ′
用語解説
◆ ディスアセンブル (disassemble)
機械 ,「で書かれたオブジェクトコードを,アセンプリi;:「でitll・されたソースコードに変換すること
コラム
最も軽量な赤外線受信機
スピード
コントローラとマクネット
アクチョ
ドライバを内蔵してどこまで準化できる
`串
か jL及して作 ‐
,たホ外線受 1,;機が写真 7Aです
エータ
11新の 6ビン PIC]0「 200を llって r径 4nl nlのヘー
シ、モータリ￨スピート
マグネット
1し
1に
ラダーの
アクチュエータをドライブしています
は 07Hのリチューム
十 'ち化のために DC
`串
ります
コントロールと
DCコ
プリント
ボリマ it池を ltいます
ンバータ11路をイ略してあ
は 0 16nlnlと ‖ 手のガラス
'tlltに
エポキシ
をllい .赤外線受光素 rも呵市しな ■ り中チ
'1枚
軍化しましたプリント基枚の完成 itが 007g,赤
「
外線受光素 rが 004“ です
冒36
写真 7A
0119ま
で軽量化した赤外線受信機

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