USBミニスロットル Digispark(ATTINY85)版

DesktopStationさんが発売されているUSBスロットルの、ボタン無しでスロットル部分のみのUSBミニスロットルをつくりました。これは速度操作は画面のタップやスワイプでなく、従来のパワーパックのようなリアルツマミでおこないたいということで作成したものです。
ただ以前の作例に使ったAruduino Leopord互換の Aruduino pro micro 互換の直差しボードは、一年前は千円ぐらいで入手できましたが、昨今の半導体不足の影響で価格が倍以上になったり、入手が困難になっています。
そこで、まだ日本のamazonでも一枚五百円ぐらいで入手可能な  Digispark(ATTINY85)互換品をつかったUSBミニスロットルを作ってみました。中華ネットショップから買うともっと安いです。

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左がミニスロットル、左がDigispark(ATTINY85)互換品です。

パソコンならUSB端子に直接差せます。タブレットやスマホではOTGアダプターを介してUSB接続します。

Digispark(ATTINY85)互換品の上に10KΩのボリュームをつけた秋月電子のF基板を載せています。
配線はボリュームの両端の端子をDigisparkの5VとGND端子につなぎ、真ん中の端子をP2に接続しているだけです。

Digispark


スケッチ(プログラム)は ArduinoIDEで開発してインストールしています。

ちょっと引っかかったのは、私のパソコンはMac(Big Sur MacOS11)ですが、Catalina(10.15)以降の 64bitOSでは、Digistump 純正のボードマネージャープラグインでは動作しません。そこで有志が開発されたバージョンをインストールする必要がありました。詳しくはこちらをご参照ください
またプログラミングでは、ピンの指定方法がよくわからず、ネット情報を参考に試行錯誤しました。P2端子からAD変換で電圧値を取り組むのですが、analogRead(2)ではエラーになり、analogRead(A1)と指定する必要がありました。
スケッチをDigisparkに書き込むときも、ネット情報のように USB3.0のポートに接続すると不安定で、USB2.0のUSBハブ経由で書き込むと安定して書込が可能でした。
あとはプラグインのプログラム例のKeyboardというスケッチをベースにして、DesktopStationさんのUSBスロットルのスケッチの速度スロットル操作部分のスケッチを抽出したものと合体させてスケッチをデッチあげました。

ダウンロード - usb_ctl_at85_01.ino

今回使った手持ちの10KΩのボリュームがセンタークリックつきだったので、ついでにセンターオフでボリュームで前後進行方向切替もできるスケッチも書いてみました。

ダウンロード - usb_ctl_at85_02.ino

この程度の機能であれば、Aruduino pro microはオーバースペックであり、ATTINY85で十分だと思いました。
DSairユーザーで電子工作に興味のある方は是非お試しください。

※追記

ATTINIY85のArduinoブートローダでは仕様上、接続されてから機能し始めるまで5-10秒程度かかります。

昨年から使っていたiPad用のOTGアダプターが、iOSのバージョンアップにともない使えなくなりました。iOSのバージョンアップで周辺機器が使えなくなるのは困りものです。純正のOTGアダプターというかカメラアダプターは使えますが、アップル純正にはコンパクトなものはないので困ります。

 

 

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FireHD8でDSair2を操作する

 先週のアマゾンのプライムセールで、Fire HD8 を通常価格の半額¥4,990で買いました。8インチのAndroidタブレットに、USB-Cの5V電源アダプターがついて五千円しないのでお買い得だったと思います。ただ使用目的は、Amazonの買い物やビデオで使うのではなく、DSair2の操作端末です。
標準装備のsilkブラウザでも、追加インストールしたchromeブラウザーでも作動するようです。
また 同時に購入したUSB-CのOTGアダプターを使うとUSBミニスロットル も作動し、リアルつまみでスピードコントロールできました。

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なおchromeブラウザーのインストールは、このサイトを参考にしました

 

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C型基板サイズのコントローラー

ツイッターには写真載せましたが、ブログには書いていなかったので追加します。

DSシールド2コントローラーを DSシールド2を使わずにarduinoもUnoではなくNanoを使って、秋月のC型基板二枚(二段重)に押し込んだ小型コントローラーです、回路はDSシールド2コントローラーと同じです。手のひらに載せて操作できます。

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DesktopStation 製品の系譜図

同じクラブのIB氏よりDCCコントローラーのDesktopStation 製品や それを参考に作ったノラ版の位置づけがわかりにくいといわれたので、シェーマにしてみました

Desktopstation_lineup_20220709182701

この図はクリックで拡大します。

私のノラ版(同等コピー品だと)

DShacX やミント缶と同じ一体型コントローラーが  DSシールド2コントローラ  C型基板コントローラー

テンキーボードコントローラーが ハードウェアによるDesktop stationソフトの機能限定版

USBテンキーボードコントローラーが USBスロットルと同じ機能となります。

 

DSair2は、wifiSDカードを抜けば DS2シールドと同じ有線USB接続の機能もありますが、わかりにくくなるので単純化してあります。

 

 

 

 

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BEMF制御と低速運転

BEMFというのは、モーターの逆起電力のことす。直流のマグネットモーターの軸を回すと発電機になり電圧が発生します。これがBEMFです。回転しているモーターへの電気を一時オフにして、その時慣性で回っているモーターが発電する電圧を測定して、これでモーターの回転数を計測して、フィードバック制御をするのが、BEMF制御です。

DCCデコーダーではこの機能が搭載されているものが多いです。ただしモーターの回転数が低いときには、この制御を使うとかえって回転にムラがでてしまうらしいです。

以前作ったCテンダーでは、BEMF制御をかけるとかえって低速での運転が不安定になるので、BEMF制御はオフにしています。

モーターが低回転になると回転ムラがでるのはこの制御の特性らしく、各DCCデコーダーメーカーが工夫して低速部での不安定に対応しているそうです。

Cテンダーはひと昔前のMRCのサウンドデコーダーを積んでいるので、低速域でのBEMFの特性変化の機能はないようです。

ESUのLokSound 5では、低速部分のBEMFフィードバック制御の強度を別途設定できるようにしてこの問題を回避しているようです。マニュアルを読むとCV52で低速制御の範囲を決めてCV51でBEMFフィードバックのパラメーターを変えて、CV56でもBEMFフィードバック制御の強度を設定するようです。ただ自分自身まだCV51とCV56の使い分けがよく理解できていません。

ESUのLokSound 5では、BEMF制御の自動設定機能があるので、こちらを使われる方も多いようです。CV54=0にして、F!ボタンをおすとCV51-55が自動的に設定されるようです。






 

 

 

 

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Desktop Station Airをコンパクトにする(続)

Desktop Station AirにCV読込機能を追加しました。デジタル鉄道模型フォーラムのLOCKEさんの記事を参考にさせていただきました、というかそのとおりに工作しました。違うのは、裏面に配線追加したのと、電流センサーのモジュールを使ったことです。LOCKEさんありがとうございました。

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DCDCコンバーターの12V端子(赤)とC6コンデンサーの間で、電源ラインの銅箔パターンをPカッターで掻き取って切断しました。

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電流センサーモジュールは、ACS712にコンデンサー2個とLED+抵抗がついています。Amazonで2個千円以下で売られていますし、中華通販だと1個200円以下であるようです。コンデンサーなどを揃えたり、ハーフピッチ端子のはんだ付けが面倒というかたは、バラでパーツ買うより手っ取り早いと思います。

電源ジャックの12v端子に赤い電線をつけて、電流センサの計測電流端子を経由して、モータードライバーの7番端子につないでいます。電源ジャックの0V端子から黒い電線、DCDCコンバーターから5vを水色の電源で引き出して、電流センサモジュールにつないでいます。電流センサモジュールの出力端子とMCUの25番端子を黄色い電線で接続しています。

使った電流測定モジュールの規格が5A用だったので、オリジナルのスケッチ(Arduinoプログラム)では安定動作せず DSCoreM.cpp26行目の定数THRESHOLD_CURRENTの値を9から20に変更したら安定して読込できるようになりました。

これに携帯用バッテリーと昇圧ケーブル(5->12V) をあわせるとDCC運転用の小型居酒屋セットができました。

 

 

 

 

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Desktop Station Airをコンパクトにする

DSair2を使い始めてからほとんど使っていなかった、Desktop Station Air(初代DSair)ですがもともとDSair2に比べるとコンパクトなので、もう少し小さいケースに入れ直してみました。

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タカチのTW8-2-8という80mm角で高さが20mmのケースです。
ロームのDCDC降圧コンバーターの背が高くてつかえるので、基板から一旦取り外して電線接続とし、寝かせるように改造しました。
状態表示のLEDは、タミヤのφ2.0の透明プラスチック棒を導光材にして、ケース表面から点灯状態が見えるようにしました。

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かなりコンパクトになりました。
ファームウエアも最新のものに更新しようと思います。
CV値の読み出しができるようにACS712を追加改造するかどうかは決めかねています。

※4/12追加

ファームウエアは、R2d(2018/11/3 DSair2と共通化)に入れ替えてみましたが、電源のオンオフスイッチが不安定(ときどき勝手にOFFになる)でした。FlashAirカード内のSD_LANフォルダー内のファイルを、DSair2で使っているものに書き換えたら安定しました。

なおiPhoneやiPad用の小型OTGアダプター経由で、ミニスロットルやテンキーパッドつないでみましたが不安定で認識したりしなかったりでした。Apple純正のカメラアダプターでは正常動作しました。iPhoneやiPad本体のOSのアップデートで互換ROMの内蔵されたOTGアダプターに問題が出た可能性があるので、新しいOTGアダプターをネットで注文しました。結果はまたご報告します。

※4/19追加

新しいOTGアダプターが届いたので試してみましたら安定しました。Androidと違ってiOSはOTGアダプターに専用icが内蔵されているようですが、ジェネリック品の互換チップはシステムがアップデートされると対応できないようです。Appleもジェネリック品対策も結構ですが、それなら純正でいろいろなバリエーションの製品発売するか、純正IC外販して欲しいものです。

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フリーランス・モーガル(23) 機炭間渡し回路

ドローバーにはチャンネルをはんだ付けして、その中を渡し回路の電線を通しました。これで機炭間の電線が見えなくなります。これはBEMOの蒸機からパクったアイデアです。

今回はDCCサウンド搭載なので、モーター用2本、ヘッドライト用2本、機関車アース(右側車輪)用の5本です。今回は機炭同極なのでテンダー側のドローバー受けの絶縁はしていません。なお接触不良を起こしにくいように機関車アースも電線を渡しています。

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ドローバーは黒(ニッケル)メッキしましたが、まず銀色のニッケルメッキしてから黒メッキをかけると綺麗にメッキできました。工業的には真鍮に直接黒メッキするのではなく、先にニッケルメッキしてから黒メッキするのが常道らしいですね。ただこの方法を鉄道模型の車輪におこなうと集電トラブルの原因になるのはご存じのとおりです。

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なおテンダーの内側には全面にマスキングテープを仮に貼って、デコーダーや電線との接触事故を防いでいます。ブラスロコの場合はデコーダーやその配線とボディーを接触ショートさせて、デコーダー昇天させたという事故が多いです。自分も何度か経験しています。その点ではプラ製蒸機の方がDCCデコーダーの搭載は向いているし、楽だと思います。

 

 

 

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フリーランス・モーガル(22) SH15とDCCデコーダーBEMFコントロールの設定

フリーランスモーガルには、DCCサウンドデコーダーとしてMRC1617を搭載しますが、BEMFの設定がデフォルトのままだと、SH15モーターとの相性が悪く、低速でのモーターの回転ムラが目立ちますので、CV値を変更して調整しました。
このデコーダーでは、CV124がBack EMF Load control Intensityであり、0-255 で初期値は160です。

 CV124=160のままでは低速域での回転ムラが目立ちますが

 CV124=20に変更すると低速域の回転が滑らかになりました

SH15は4つマグネットが入った特殊な構造のモーターのようで、BEMFによるフィードバック回転制御のパラメーターは通常のモーターより低値にする必要があるようです。

1/30追記

結局CV124=0とBEMFによるフィードバック回転制御をオフにするのが一番調子がよくなりました。このデコーダーとSH15の相性はあまりよくないのかもしれません。



 

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DCCコントローラー

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パワーパック型のDCCコントローラーができました。まだ表面の保護シート剥がしていません。

某鉄道模型バー(現在は緊急事態下でカフェ)に置かせてもらうために作ったものです。

従来のパワーパックの操作感に近づけるため前後進はプッシュスイッチではなく上面の液晶モニター手前のトグルスイッチで切替えるようにしました。もちろんセンターオフありです。まだお店にDCC車両持ち込まれる方少ないようなので、DC運転にもつかえるように 手前右側のスイッチで、DCCと通常のDC(パルス制御)を一発で切替えられるようにしてあります。左側のスイッチは、プログラミングトラックの切替スイッチです。

ファンクション操作やアドレス指定のためのテンキーは、ゴムスイッチを使って耐久性を持たせると同時に操作感を改善しました。

操作プログラムは、DeskstopStationさんのDSシールド2のスケッチの改造です。基本的には、以前作ったDSシールド2コントローラーと同じです。

もう少しプログラムをチューニングして、来月ぐらいにはお店に持ち込ませてもらいます。もうちょっとCOVID19感染状況落ち着かないと県境越える気にはならないです。

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