KATOのスマートコントロールの動作テスト

 KATOのスマートコントロールをサウンドボックスに連結しての動作テストです。

 スマホによる動作テスト
 
 PWMの周波数が32KHzと高いため、室内灯がかなり明るくなっています。私の自作したPWMの周波数は16KHzであり、かつ明るさ調整ができますが、このスマートコントロールではほとんど調整できません、S

 スマホの画面
 

 通信ポートの接続せずにスマホとスマートコントロールとの無線接続していると、当然、サウンドボックス関係のスマホのボタンは機能しませんが、通信ポートを接続すると自動的に機能するようになります。何が言いたいかというと、通信ポートの接続を検知するようになっているおり、未接続の状態の時には常にソフトウェアでサーチしているようである。

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    KATOのスマートコントローラー

     KATOのスマートコントローラーはACアダプター別売で、今回は本体のみを購入しました。電源コントロールにはあまり興味はなく、興味があるのは通信ポートでサウンドボックスをコントロールする動作です。

     スマートコントローラー特設サイトを参照ください。

     スマートコントローラー
    スマートコントローラー
    スマートコントローラー

     スマートコントローラーの裏面

     ところが電源プラグの規格が微妙に違い、5.5φ/2.1φの規格のサウンドボックスに対し、スマートコントローラーは5.5φ/2.5φの規格でした。どうして規格を統一しないでしょうか。強欲にも新たに購入させるためでしょうか?そのため、急いで5.5φ/2.5φを5.5φ/2.1φに変換するケーブル製作しました。

     自己責任で、専用のACアダプターを使用せず別のACアダプターを使用しており、推奨してはいません。

     サウンドボックスと接続


     簡単な動作テスト
     
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      ついに禁断のBuetooth無線に手を出す?

       いろいろ調べるために禁断のBluetooth部品を安く購入しました。なぜ禁断かというとアナログ人間にとって無線が接続できないというトラブルの時にどこが悪いのか全く分からなくなるからです。配線で繋がっていれば、配線をたどったり、部品を交換したり、電圧を測ったりして不良箇所を探っていくことが出来ますが、無線はそれが出来ないので好きになれません。とは言っても、ワイヤレスが当然の社会になっていつまでも拘ってもいられませんから禁断の無線に手を出すわけです。

       まず、KATOから出てくるワイヤレスパワーパックに興味があり、サウンドボックスもスマホのBluetoothで操作できるということなので、その仕組みを解明してコントロールコードまで解析できれば。サウンドボックスを直接コントロールできることになります。どこまでコマンド用意されているかにもよりますが、仮に全てコントロールできるのであれば、1万円もするパワーパックは不要ということになります。最終手段として、サウンドボック内にスマートコントロールを内蔵させてしまうという荒療治もあるかもしれません。

       スマートコントロールとサウンドボックス
      スマートコントロール
       この解析がうまくいけば、サウンドボックスの仕様で明らかにしなかった通信ポートを自作パワーパックからコントロールできるかもしれません。

       通信ポートの推測仕様
      ・Φ3.5のプラグ(ステレオタイプだと思うが確認要)
      ・電圧は3.3V系で、端子はTX、RX、GND
       ではないかと思われます。よって、サウンドボックスにArduinoとBluetootを搭載して接続すれば通信ができるのではないかと考えて楽しみにしています。サウンドボックスを開腹したところではLSIから直接配線が伸びていたので、URATのTX,RXではないかと推測でき、少なくともRS232Cではなさそうである。

       さらに、うまくいけばターンテーブルのコントロールも無線化できるかもしれません。まずは、スマホを使ってペアリングと親機、子機などの設定方法などからやり始めていますが、まだうまくいかず苦戦中です。調査は安物のBluetooth部品を使って、解明後に組み込む場合には正式に認定されたBluetooth部品に切替えるつもりです。

       悪戦苦闘の末、いろいろな方の情報を見ながらなんとか接続できました。それらを自分が忘れた時に思い出せるようにメモにしてみました。
      Bluetooth部品(HC-06)で接続する方法
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        自作したPWMパワーパックに汽笛を追加

         先日のリニュアルで、複線用の2ハンドルPWMパワーパックが2台になりました。しかし、どちらも汽笛のボタンは取り付けてありましたが、サウンド回路が接続されていないのでAPR9600の再生専用モジュールを追加製作して、ケースに取付けて配線して、評価ツールで録音してから組込みんで、汽笛が鳴るようにしました。

         録音する評価ツール(左)と再生専用モジュール
        サウンド基板

        詳細は下記をご覧ください。
        録音再生APR9600の試作
        鉄道模型用の多機能パワーパックの改造(汽笛サウンド搭載)

         パワーパックへの内蔵場所
        内蔵場所
         パワーパック製作する時に格納場所は予定していたので問題はありません。汽笛は4種類録音しましたが、切替SWを設けておらず汽笛の押しボタンSW1つだけなので1種類しか汽笛はなりません。

         今回の汽笛(動画)
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          Arduinoを利用したPWMパワーパックの完成

           Arduinoを利用したPWMパワーパックで、ノッチ式で10段の加減速、常点灯機能付 VVVF音もするというので試作してみました。ただ、ノッチ式がダイヤルで操作するのに違和感があり、小型のT型ワンハンドルの試作にもチャレンジしてみました。Nゲージの電車を所有していないので、試しに試作するつもりがかなりの深追いしてしまったようです。

           改善したギア(左)と改善前のギア(右)
          改善したギア
           ギアは形状変更しガタツキを減るようにし、3Dプリンタで製作するときの条件を密度100%にして耐久性を高めました。

           完成したPWMパワーパック(VVVF音あり、T型ワンハンドル)
          完成したPWMパワーパック
           右利きにとって、左手でケースを抑えてT型ハンドルを操作するので、中央より右に寄っている方が操作しやすい。

           このパワーパックを使うのはハイブリッド車両や四季島の電車モードの時ぐらいでしょう。本格的に利用する場合には、パネルを貼って見た目は飾ります(パネル印刷は高くつく)。

           でも、一応完成させることができましたので大満足です。Arduinoのソフトウェア開発のいい教材にはなりました。

           総合テストを追加
           
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            小型のT型ワンハンドルの試作

             先日、製作したArduinoを活用したパワーパックのロータリーSWがどうも気に入らないので、製作した小型のパワーパックに入るような小型のT型ワンハンドルのマスコンを試作してみました。ギア比、操作性(動作の硬さ)、耐久性などよくわからないので、まずは作ってみてどうなのかを見てみようと思いました。ただ、私が製作してきたパワーパックは気に入っているので、交換することはなく、あくまで試作までです。

             出来上がった小型のT型ワンハンド
            T型ワンハンドル
            T型ワンハンドル

             操作性の確認
             
             なかなかいい感じの操作性です。パワーパックに取り付けてちゃんとした動作確認はできていません。暫く操作しているとロータリーSWに取り付けたギアが滑るようになったので、接着剤で固定しました。

             そこで配線を取り出して動作確認
             
             ギアのサイズの制限とレバーの傾きの制限があり、その影響で非常停止の位置が入りにくくなりました。非常停止は進行方向のSWでできるので大きな問題ではありません。グリスを塗布することにより一応直りましたが、走行パターン1が選択できなくなる可能性があるのでソフトウェアを変更する必要があるかもしれません。→ネジの締め付けの誤差で生じていることが分かり正常な動作になりました。

             この後、少し改善してギアの形状を変更して作り直し、3Dプリンタで出力する際に密度を100%にして耐久性のあるものにしました。暫く、操作して耐久性を見てみようと思います。
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              小型のT型ワンハンドルの試作にチャレンジ

               Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックが動作するようになったのですが、どうにもロータリーSWが運転感覚と違うのが気に入りません。そこで、製作したパワーパックのケースに収まるくらいのサイズに小型化にしたT型ワンハンドの試作してみようとチャレンジしてみました。但し、耐久性はないと思います。

               3DCADで設計


               試作したギア

               小さい方がローターSWにはめるので、きつきつの状態に調整しました。大きい方のギアに取っ手を一体化して作りました。最初、スリットがあることに気づかず出力したら、ギアの歯が1つない(ニュートラルにしようかとも)。CADの設計を修正してもう一度出力しました。

               製作したケースの高さぎりぎり(試作のイメージ)
              小型のT型ワンハンド
               T型ハンドル部分は金属製に(試作のイメージ)
              小型のT型ワンハンド
               適切な長さのネジがなかったので、今日の作業はここまでです。ローターSWを回すのにはかなり硬いような感じで力がいるかもしれません。一応、指2本掛けられるので操作性はいいと思うのですが、小型なのでしょうがないか。。。。
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                Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックを試作

                 試作用パワーパックをバラバラにして、Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックを試作してみました。以前、利用していた試作用パワーパックをバラバラにして部品を再利用したので、材料費はロータリーSWと2連7セグメントLED(安物)と抵抗だけを購入したので1000円以下で済みました。

                 詳細は、ArduinoでPWMパワーパックを作ってみたのサイトをご覧ください。

                 昔の試作用パワーパックをバラバラに

                 ケースは100均の壊れているケースを利用しました。このケースはキリとカッターナイフで加工できるのが気に入っています。作業時間も短くていいし、基板の位置も手軽に変更できる。今回は線材が乏しく出来る限り少なくするために基板の位置を変更しました(LEDへの配線本数が多いため)、

                 試作してみたパワーパック


                 最初は7セグメント表示がうまく表示できませんでした。プログラムソースを少し眺めてみましたが、ピン設定から分かりにくく、今一、原因が分かりません。現象はLEDの1桁目しか点灯しない、配線は何度もチェックと動作確認しましたが、問題はありませんでした。電源ON時に全てのセグメントは一旦点灯するのですが、すぐに消えてしまいました。

                 ただ、プログラムを眺めていて試行錯誤してみていたら、原因箇所が分かりちゃんと表示するようになりました。
                 f = f++ ;
                  を
                 f = 1 ; 
                変更すればちゃんと動作するようになりました。もし、製作されて同じ現象で困っている方はお試しください。

                 しかし、変更される方は自己責任で行なってください。

                ーーーーーーーーーー 変更の関数定義部分 −−−−−−−−−−−

                void swrite(byte num){

                byte a;

                if( f == 1 ){ //1桁目
                f = 0;
                digitalWrite( 2, HIGH); // PD2 4pin
                digitalWrite( 4, HIGH); // PD4 6pin

                if( num >= 16){
                num = num % 16;
                }

                a = font[num];

                PORTD = (~( a << 5 )) & (PORTD | B11100000); // 7seg表示のポートが連続していないための処理
                PORTB = ((((~( a >> 3 )) | B11111100 )) & ((~( a >> 1 )) | B11001111 )) & (PORTB | B00110011);

                digitalWrite( 2, LOW);


                } else { //2桁目
                f = 1; // ← ここを変更

                digitalWrite( 2, HIGH);
                digitalWrite( 4, HIGH);

                num = num / 16;

                if( num == 0){ //ゼロサプレス
                a = 0;
                } else {
                a = font[num];
                }

                PORTD = (~( a << 5 )) & (PORTD | B11100000);
                PORTB = ((((~( a >> 3 )) | B11111100 )) & ((~( a >> 1 )) | B11001111 )) & (PORTB | B00110011);

                digitalWrite( 4, LOW);

                }

                ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

                 試作したパワーパックの基本動作確認(動画)
                 
                 動作説明は、ArduinoでPWMパワーパックを作ってみたのサイトをご覧ください。T型ワンハンドルでなくストッパーの無いロータリーSWの操作のため、オマケで再利用のレベルメーターのLEDを中央に取り付けてCPUの26ピンに接続して雰囲気を出しました。

                 簡単な車輌を使ってテストなのですが、電車がない。試運転にディーゼルカーを投入することになりました。
                 
                 室内灯の機能がテープLEDにはちょっと厳しいようでチラツキがみられました。また、耳のいい方は少し高調波の音が聞こえるかもしれません。ここらへんは微調して耳に聞こえない周波数帯域まで上げることで改善できそうである。

                 一部改善のため、プログラムソースを変更しました。
                ・力行の場合、P1〜P5と表示するようにしました。
                ・減速の効きが悪いので、加速率入力値にGENSOKUと係数を掛けて各位置で減速が適切になるようにした。
                ・最高速度がスケールに合っていないので全て速度を落としました。その分、スローなスタートが出来るようにした。
                ・ロータリーSWがショートタイプでないため、瞬間的にオープンになることが考えられるので、ロータリーSWの出力でGND間に10μF(16V)の電解コンデンサーを付けて誤動作を防ぎます。


                 次に残る課題はロータリーSWをダイヤルで回すのでなくT型ワンハンドルにすることです。回路がうまく動作したので、3Dプリンタで形になるかチャレンジしてみようと思います。
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                  複線用の2ハンドルPWM式パワーパック2

                   実家で使用していた複線用の2ハンドルPWM式パワーパックをリニュアルするため、ケース加工とパネルまで済んでいましたが、正月休みでは未着手でやっと時間がとれたので配線を行ないました。予想通り作業時間は1日で終わり配線チェック(回路図との照合)と動作テストまで完了しました。

                   従来のパワーパック(左)と今回完成させたパワーパック(右)
                  複線用パワーパック

                   全く同じだと区別付かなくなるので、少し変更してあります。これでいつでも4路線のコントロールができます。単線用パワーパックも含めれば6路線のコントロールが出来ますが、そんな多くの路線を走行させることは無いでしょうけど。

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                    Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックの情報

                     Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックを製作されている方がいました。リアルな音も出るようなので電車の鉄道模型を持っている方には向いているのではないでしょうか。私は電車以外なので、興味はありますが製作することは無いでしょう。詳しくは下記をクリックしてご覧ください。

                    ArduinoでPWMパワーパックを作ってみた

                    上記の記事の中に
                    −−−−−−−−−−−−−−−
                    参考URL 1) YouTube デモ動画
                        2) ソースファイル
                        3) 回路図
                    −−−−−−−−−−−−−−−
                    があるので、ソースファイルや回路図が入手できます。但し、商用にすることはできません。

                     回路図とスケッチ(ArduinoIDEではプログラムソースのことをスケッチという)を見たところワンハンドルの操作になっています。現在の電車ではワンハンドルになっているので当然ですが、ロータリースイッチをダイヤルで回すというのは私はどうも気に入らないのです。ワンハンドルとロータリスイッチに連動する機構を3Dプリンタでうまく出来ればいいのですが、操作で力が掛かるハンドルなので耐久性が必要で難しそうである。

                    続きは、Arduinoを使ったPWM方式のパワーパックの試作をご覧ください。
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                      カレンダ

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