いちろ工房 (ichiro Labo): 工作一般

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2017年8月10日木曜日

基板CADソフトについて

基板CADの一つにドイツCadSoft Computer社のEagle PCB editer/routerがありました。
数多くある基板CADの中で、かなり上位の地位を占めていたと僕は思っています。それは、個人の自作レベルの基板サイズ(100x80mm)であればオートルーター機能までが無償(non-profit edition)で使えたというのが大きな要因であったのかなと思います。さらに、Eagleの関連書籍(下のほうにリンクをいくつか挙げました。)も出ています。
近年、個人がEagleを用いて基板を設計し、基板製造会社にオンラインで発注することが容易になりました。この点においてEagleには、個人の電子工作の自作レベルを上げてきた大きな功績があると思います。
（当然、格安の基板製造会社が登場してきたことも大きな要因ですが、個人からの需要増大に合わせて登場してきたという側面もあります。）

で、そのCadSoft Computer社が、デザインツールを山ほど手掛けているAUTODESKに買収されてしまったのが去年のこと。
もっと正確に言えば、部品供給会社のPremier Farnellが身売りをする中で、主力部門では無かったCadSoft Computer社をAUTODESKが買ったということですが。
新しいEagleCADのリリースページ

で、気になるのは、新しいEagleをこれまで通り個人が無償で使っていけるかですが、既にご存知の方も多いでしょうけど、結論としては問題ないです。ここにFreeTrial版の制限が書いてあります。
これまで通り回路図は2枚まで、2層、オートルーター機能あり、非商用に限る、とあります。これまでと大きく異なるのは基板サイズの制限です。
従前のEagleでは基板サイズは100x80mmまででしたが、新しいEagleは面積要件として80cm² の制限があるだけです。つまりこれまで作れなかった4cm x 20cm という基板も、新しいEagleだと作れるということで自由度は少し上がったのかなと。

いちろ工房ではEagleを使って多くの基板を設計し実験をしてきましたが、前回の投稿の通り基板屋さんをPCBGoGoに変更しました。
ただし、基板屋さんが使っている製造装置の性能（ドリス径は最小何ミリまでOKだとか、パターン配線の最小間隔はいくつだとか）を基板CADに教えてあげる必要があります。
あと、実際に基板屋さんに発注する場合には、製造に必要なデータ（ガーバーデータ）を出力するための設定も必要です。これらの数値データはホームページに書いてはありますが、これらを読んでEagleにいちいち設定を書き込んでいくのも面倒ですね。

もしEagleで基板を設計してPCBGoGoに製造依頼する人がいたら、これらの設定データを下記に置いておきますのでご自由にどうぞ。(あ、4層基板はFreeTrial版では作れないんですけどね笑）
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2層基板用

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4層基板用

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2017年8月7日月曜日

プリント基板屋

ずっとプリント基板製造をfusionに頼んでいましたが、PCBGoGoに変更しました。
使って見た感想としては

品質：Fusionと同程度以上。レジスト色がFusionより多い。
コスト：Fusionより安価
サポート：とても良い
ガーバーデータ：Fusionと同じく、excellion形式で受付可能
クーポン：ユーザー登録すると10％割引とか無料券がもらえる

というわけで、去年くらいからPCBGoGoを使うようにしています。

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2017年8月4日金曜日

投稿予定の製作物

長期にブログをさぼっていた間に作ったものを順次アップしていこうと思います。

農業用IoTデータロガーとセンサー類
アナログ信号アイソレータ
COD連続測定機のコントローラ基板
可搬型簡易空間放射線量計

などなど

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2012年12月5日水曜日

スーファミコントローラのミツミ基板

先日作ったWiiリモコン互換スーファミコントローラですが、そのために中古のコントローラをいくつか入手しました。改造のためにばらしてるうちに、中のミツミのボタンコントローラ基板のリビジョンが微妙に違うことに気が付きました。

今のところ、以下の5種類が確認できました。

No1. 1990/6
初期のロットです。コントロールICが2つ乗っています。

No2. 1991/6
これ以降使われることになるコントロールIC V520の初期型です。

No3. 1992.10
コントロールIC V520がV520Bに替わり、ランドがいくつか追加されました。

No4. 1995
これ以降は大きく変更されることも無いようです。

No.5 1996

また別リビジョンが出て来ましたら、追加していこうと思います。

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2012年12月4日火曜日

赤外線投光器(1)

USBカメラとかビデオキャプチャーボードを使って防犯システムを作るソフトがあります。LiveCaptureっていうのですが、こいつを使って簡易の防犯システムを某所に作ることになりました。

このソフトは動体検出もしてくれるすぐれものですが、今回据付のリクエスト内容は「夜間も同様に動体検出おねがい」というものでした。赤外線センサーライトをつけることも考えましたが、それでは動体検出以前の数秒を録画することができなくなるので、夜間は赤外線投光器を使うことにしました。

巷ではこの赤外線投光器はすごく高いみたいなので、例によって自作することにしました。（笑

まず赤外線LEDの選定から行います。今回使う赤外線LEDはDigiKeyで探しました。
入手しやすい赤外線LEDには、発光波長が８５０nmのと、９４０nmの二種類があります。
前者の８５０nmはパワーが出るけどぼんやりLEDが赤く光ってしまう欠点があります。
後者の９４０nmはまったくLEDは光りませんが、パワーがありません。
今回は前者の８５０nmにしました（安いし）。

次は出力です。出力パワーもいろいろありますが、投光器なので強力なのがほしいところです。そこで見つけたのがSFH-4550という赤外線LEDです。出力は400mW/srとかなり高いです。ちなみに秋月の高輝度赤外線LEDの出力が55mW/srなので５倍以上は出ると思います。

さてこのLEDを７個直列にして、それを１０並列、合計７０個の投光器にします。使用する電源は１２Vにしました。

データーシートからこのLEDの電圧降下を調べます。上のI_F-V_Fグラフ曲線から、電流を100mAとしたときの電圧降下は1.55Vとなりました。これが７個直列なのでLEDの電圧降下は10.85Vです。電源電圧が12Vなので、12-10.85=1.15、この1.15Vで100mA流れるように抵抗値を決めます。つまり11.5Ω、約12Ωとなります。また抵抗の消費電力は、P=I²Rなので、P=0.115Wとなり、チップ抵抗でも充分な小ささになります。

以上を踏まえて、いつもの基板屋に赤外線LED基板を出しました。基板の余った部分がもったいないので、暗くなったらリレーがONになるような回路を組んでみました。明暗センサーとしてお馴染みのCDSを使っています。
これで夕方暗くなるくらいで点灯、朝方消灯するように調整すればOKでしょう。

とりあえず今日はここまでにして、次回は実際に組み立ててみます。

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2012年12月1日土曜日

STM32基板につける前置マイクアンプ回路(1)

もう１２月になりました。作業部屋が寒くて工作が捗りません（笑

さて、以前（８月くらい）に以下のようなことをfacebookに書きました。
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STMicroのCortexM4+DSPボードをこの前買ってきたので、ULINK2＋uVisonで使ってみました。
このボードは、ST-LINK/V2というプログラマーに対応してるので、ULINK2のようなJTAGユニットはそのままでは繋がらないです。
そこでCPUのSerialWireモードJTAGポートに直接繋げるように治具基板をつくってつなげてみました。サンプルLEDチカチカプログラムがちゃんと動いたのでOKですね

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今回はこの基板のA/D入力３chにマイクをつなげてみようというお話です。

繋げるマイクですが、おなじみ秋月電子のWM-E13UYというECM(コンデンサマイク)です。ちなみに４つで１００円です（安っ。

また増幅素子としてJRCのオペアンプNJM3414Aを使います。このオペアンプは単電源(+3V-+15V)で動き、８ピンで２回路入っています。
この基板はマイコン基板に接続するため、オペアンプを５V単電源で駆動させるつもりです。したがって、増幅信号の電圧中点を+2.5Vにベースアップし、最大でスイング幅が0.5-4.5Vくらいになるよう設計します。

さて増幅を行うオペアンプ回路ですが、ちゃんと設計しないととんでもない波形になってしまいます。そこで、事前にspiceでシミュレーションして定数等を決定することにしましょう。使用するSPICEは、リニアテクノロジーが無料で出しているLTSpice IVです。これにJRCがNJM3414Aのspice用データを公開しているので、ダウンロードしておきます。

マイクロフォンの信号レベルはけっこう変化します。ですので、入力レベルが上がってもすぐ飽和しないようにします。そこで、入力信号が2mVp-pのときに出力信号を0.6-2.7Vp-pくらいスイングさせると、エイヤっと決めちゃいます。

設計した回路は以下のようになり、ゲインは約1000倍になります。

この時のグラフはこんな感じです。緑が入力信号、青が一段目、赤が二段目です。

この回路を３ついれた基板を設計し、いつもの基板屋FUSIONに出しました。なんかこの前の暴動以来税関審査が長くなっているようです。いやがらせですね。いつもより少し時間がかかって届きました。
なお、マイクを基板上ではなくアームの先などに付けたい場合の取付基板を、６つ基板上に用意しました。切り離して使います。

完成図を撮りたかったので、部品を実装してSTM３２基板につなげてみました。

この時は３回路のうち２回路だけ実装しました。

こんな感じですが、次回は実際にマイクに音源を入れてみて、信号波形を観測することにします。

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2012年11月28日水曜日

70インチ画面で懐ゲー

某所に70インチ液晶ディスプレイがあったので、iPadの画面をHDMIで出力し、昨日書いたWiiリモコン互換のスパファミコントローラを使ってみました。

さすがにデカイ、これでシューティングすると気持ちいいです。
今度は、横スクロールゲームやってみよう。

やっぱ「パロディウスだ！」かな。

ちなみに、スーパーマリオカートやってみたら、画面がぐるぐるまわるので酔いそうでした。

注）ROMダウンロードは違法です。このblogで遊んでるゲームデータは全て手持ちのカセットから吸い出したものです。

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2012年11月27日火曜日

Wiiリモコン互換のスーパーファミコンコントローラの製作

このごろiPhone/iPadで懐かしゲームを遊んでます。
やっぱアーケードゲームはMAME とか、SNES9xでスーファミとかできちゃうわけです。
でもiPadにはキーがありません。そこでタッチパッド上の指定部分にコントローラのボタンが浮かび、それを下の画像のようにタッチすることでコントロールします。
で、これがまた使いにくい、これでは楽しさ半減です。
特にiPhoneでは、もう、無理（笑。

この点はエミュレータ製作者側もよく考えていて、これら懐ゲームのエミュレータはWiiリモコンが使えます。iPad/iPhoneはブルーツースを内蔵し、Wiiリモコンも通信にブルーツースを使用しているからです。(MAME/androidも同じようにWiiリモコン使えるみたいです)

実際にはこんな風に使ってます。
　
でもWiiリモコンはボタンがコントローラ上面下面に配置してあるので、無線化したとしてもコントローラ自体が使いにくいです。Aボタンが上面、Bボタンが下のトリガーじゃあ。。。

Wiiのユーザーさんにも、コントローラも昔の感じがいい！って思う人もいるみたいで、任天堂さんはWiiリモコンのオプションとしてクラッシックコントローラなるものを販売しています。このリモコンのケーブルをWiiリモコンにお尻に挿せばOKです。一応これで遊びやすくはなります。一応は、ね。。。

でも、でも、でも、せっかくブルーツースのリモコンにしたのに、またケーブル！ってな感じで不満です。これじゃあ外で遊ぶのに持ち運びが不便だし、なにしろカッコ悪い。もっとスマートにしたいわけです。

てなわけで、スーパーファミコンのコントローラをWiiリモコン互換に改造してしまえばいいよねとつながるわけです。（やっとか）

さっそく、スーパーファミコンのコントローラを入手します。懐かしいですね。やはりゲームコントローラの中でこいつが一番手に馴染むような気がします。

これからやりたいことを改めて書くと、ファミコンのコントローラをWiiリモコン化してしまえば、エミュレーターでスーパーファミコンコントローラが使えちゃうぜ、すげー　みたいなことです。

先ほど書いたように、Wiiリモコンはブルーツースを使って無線通信しています。ブルーツース機能をスーパーファミコンのコントローラに入れるためには、Bluetoothの無線モジュールとコントロールするCPUを組み込まないといけませんが、このモジュールがクソ高い。たとえばこんなモジュールがありますが5千円以上、さすがに買えないなあ。

もっと安く仕上げるために、この写真みたいなUSBドングルをマイコンにつなげることにしました。これならamazonでも1000円未満、アキバなら500円くらいで転がってます。しかもWii互換リモコンにするならEDRv2.0、飛距離が１０m、値段も安いやつで十分です。

完成イメージは、こんな感じ。ファミコンのコードをぶっちぎって、そこにUSBドングルの頭がピョコンと出ているような感じにします。

ではこれを制御するマイコンはどうしましょう。USBドングルをコントロールするためにはUSBホスト機能が必要です。今回は16ビットのPICマイコンにUSBホスト内蔵のPIC24FJ64GB002という、省電力なマイコンで入手が比較的簡単なPICを使ってみます。
このPICに、USBスタック＋Bluetoothスタック＋コントローラ信号処理を組み合わせた独自ファームを書き込みます。下の写真はバラックテストの風景です。

うまく動くようになったところで、そろそろコントローラをバラしてみましょう。

ミツミの基板が出てきました。

さて、このファミコンコントローラの隙間にコントロール基板を内蔵させます。下の写真のようなコントロール基板を設計し、いつもの格安基板屋FUSIONに基板を作ってもらいました。

所謂無線リモコンを作るので、やはりバッテリー内蔵でやるべきでしょう。今回はリチウムイオンポリマー電池を使いました。

Wiiリモコンと同じような4つの青LED（写真の左下部分）を付け、USBで充電＆Firm書き換え可能、バッテリー搭載の基板を設計しました。ミツミの基板の端子穴にあわせて設計基板にもランドを作ってあるので、ミツミ基板に重ねてジャンパーを通せば接続OKです。

省電力設計なので、満充電で２−３時間は使えます。
これをいつもの基板屋FUSIONに出しました。