2022年06月09日

牽引力測定車作製4

12mm、16.5mmゲージ用の牽引力測定車ができました。
牽引力測定車4.jpgゲージは異なりますが、計測する内容は変わらず、多少のスケール違いにも依存しないので、台車回り以外はほぼ同じものです。
12mm用は全長は連結器間約22cmで、20m級の1/87より少し短いです。
16.5mm用は台車を避けるためにロードセルを少しずらしてある関係等で5mmほど長くなっています。
連結器はIMONカプラーを使用しています。
電源は単4電池2個直列にしてそのまま供給しています。
当初は5Vに昇圧してUSB経由とか、電池3本で3.3Vに減圧しての電源供給を考えていたのですが、ベースボードの電圧仕様を見ると、3.3V電源の許容範囲が3.0〜3.6Vと少し大きく、電池も(新品では)電圧が1.5Vよりも若干高そうなので、そのまま使うことにしました。
電池ボックスは、ON-OFFスイッチの付いたものを使用しています。
ベースボードには充電可能なリチウムイオンポリマー電池の端子がありますので、乾電池が消耗した際の予備としてこれが使えます。
タグ:測定 牽引力
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2022年06月08日

牽引力測定車作製3

とりあえず、16.5mm用の牽引力測定車を組み立てました。

牽引力測定車2.jpg
写真の上側に写っているのはこれまで使用していた12mmゲージの牽引力測定車(無線関係は取り外してあります)、下が今回作製した16.5mmゲージ用の牽引力測定車です。
かなり小型化することができました。
電池を含めた重量は122gです。
これまでのものは無線関係を含めて634gですので、かなりの軽量化です。
今回のものは、牽引力測定車の勾配も測定できるようにしています。
車輛での表示と共にBluetoothにて測定データを送るようにしてあります。(Wifiで端末に測定値を表示するのは面倒だったので実装していません)
牽引力の測定は、無負荷時と50g負荷時を計測してロードセルの校正ができるようにし、リセットした時が0gfということにしてあります。
勾配の方は、ソフトウェアでの校正方法が分からなかったので、物理的に校正してあります。
勾配を測定する加速度/ジャイロセンサセンサの基板の取り付けねじの締め付けをほんの少し変えるだけで勾配の測定値が変わるので、経年変化が心配です。
牽引力測定車の向きを逆にしてもほぼ同じ傾きと測定されるように調整していますが、0.1%の桁は怪しいかもしれません。
これの輪軸を入れ替えれば13mmゲージにも対応できます。
牽引力測定車3.jpg

今回の回路は、極力市販品を利用し、半田付けは床下にある電池ボックスとベースボードとの配線用のコネクタのみです。
ほぼ全てSparkFun社製のボードを使用しており、ベースボードは「SparkFun Thing Plus - ESP32 WROOM (Micro-B) 」というものです。
ソフトウェアもできる限り公開されているライブラリを使用しており、自分で作ったロジックのようなものはあまりありません。
今回作製したスケッチ(ソースプログラム)を添付しておきます。(動作保証はしません)
タグ:測定 牽引力
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2022年06月03日

PWM制御

鉄道模型の速度制御にPWMが使われることが多いのですが、私の持っているPWM制御のコントローラでは、私の機関車はうまく制御できません。
ノッチを少し回すと、ほぼ最高速度になってしまいます。
ゆうえんさんのblogに綺麗なPWMの波形が掲載されているのですが、私の持っているPWM制御のコントローラでも確認してみました。
結論としては、以前からの私の推定通りの結果で、コアレスモータを使用しているとPWMのONとOFF時の電圧の差がほとんど無く、ほんの少しPWMのONがあると、ほぼ最高電圧になってしまうということです。
機関車等には負荷がありますので無負荷でモータを回すのとは違うと思いますが、調子の良い駆動系ではほとんど無負荷に近いと思われるので、PWMでの制御がうまくできないのだと考えます。
RE16PWM.jpgRE16PWM負荷.jpg
これは、maxonのコアレスモータRE16でのPWMの波形です。
左は無負荷時で、PWMのONの期間は全体の数分の一ですが、全体の電圧はほぼ最高電圧になっています。
モータの回転数は、供給電源の平均電圧に比例するため、ほぼ最大回転数となります。
右はモータに負荷をかけてほとんど回っていない時の電圧です。
PWMのONの時だけ電圧が出ています。
SE15PWM.jpgSE15PWM負荷.jpg
 これは、ミネベアのSE15を接続した時のPWMの電圧波形です。
左は無負荷時ですが、コアレスモータと違い、逆起電圧の電圧は低く、PWMのON時とOFF時の電圧がかなり違います。
右はモータに負荷をかけてほとんど回っていない時の電圧です。
KATOGM-3.jpgKATOGM-3PWM負荷.jpg 
 これは、KATOのGM-3を接続した時のPWMの電圧波形です。
左は無負荷時で、モータにはフライホイールが付いていますが逆起電圧の電圧は低く、PWMのON時とOFF時の電圧がかなり違います。
右はモータに負荷をかけてほとんど回っていない時の電圧です。
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2022年06月01日

牽引力測定車作製2

牽引力測定のプログラムはとりあえず動くようになったので、測定車輛の製作に取りかかりました。
16.5mm用と12mm用を作製するつもりです。
元々は車輛は共用で、台車を取り替えれば良いと思っていたのですが、台車の枕梁の高さが異なっており、台車を変えると連結器の高さも調整する必要があるため、別々に作ることにしました。
牽引力測定車.jpg
測定車本体は木の板に台車を取付けたものです。
この板の上に回路基板を並べていく予定です。
この写真は16.5mmゲージ用です。
ロードセル.jpg
ロードセルはこのように取付けました。
ゆうえんこうじさんから教えていただいたこのサイトの作成例ではロードセルを斜めに置いて、カプラーに繋がったリンクを動かして力を伝える仕組みです。
カプラーから何かを介してセンサーに力を伝えるとなると、そのリンク等を動かすために負荷が発生し、測定誤差に繋がることが懸念されます。
特に小さな物においては、途中の機構の負荷が無視できない場合が多いと思います。
そこで、私は、直接連結器をロードセルに取付け、なるべく余計な仲介物を無くすようにしました。
レール上面からロードセル上面までは約42mmですので、客車等の中に収めてしまうことも可能かもしれません。

以前から使用している市販のフォースゲージを使用した牽引力測定車でもフォースゲージの入力部に連結器を付け、直接力が測定器に伝わるようにしています。
タグ:測定 牽引力
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2022年05月31日

牽引力測定車作製

ゆうえんこうじさんからマイコン開発ボードやツールについて教えていただき、真似をして牽引力測定車を作成中です。
元々使用している牽引力測定車は市販のフォースゲージをそのまま使用している関係で、幅が広くて複線で走らせるともう一方は通行止めになってしまいます。なので、普通の車輛程度の大きさのものが欲しかったのです。
センサーは100gが測定できるロードセルですが、実際に使ってみると300g近くまで測れるようです。
(大きな値の時は誤差が大きいかもしれません)

ここ数年はマイコンのプログラムも作ったことがなかったのですが、結構便利なものが販売されているようです。
ソフトとハード双方を製作すると、問題があった時にどちらが悪いのかを確認するのも大変ですので、今回は極力市販のハードウェアをそのまま使用し、回路の半田付けは避けることにし、プログラムも既にあるライブラリをできる限り使用することにしました。
牽引力測定.jpg約一週間かかって力を検出し、それをOLEDに表示、bluetoothで値を伝送するというところまではできるようになりました。
初めて使用する開発ツールで何が何だか分かりませんでしたので、入門書を読んでやっとここまできました。
高々400行に満たないプログラム作製に一週間も要するのは遅すぎかもしれませんが、ハード毎に便利なライブラリが揃っていているので、慣れれば色々なことが早くできるのかもしれません。

開発中には色々問題も発生しその解決に数日を要したりもしました。
・夜に作業を終了、PCをシャットダウンして、昼に作業を再開しようとしたらPCでCOMポートが見えなくなり、作業ができなくなった。
 →PCのドライバの再インストール(上書き)、ドライバを削除しインストール、PCの再起動等、何時間もかけて色々やってみましたが、結局USBケーブルを変えたら直りました。今回購入したケーブルなんですけどね。

・開発ツールのコンパイルが異常に遅い
8086CPUでコンパイルしていた時よりも遅い感じでした。
負荷状況を確認したら、セキュリティソフトが怪しいと思い停止してみると、コンパイル時間が数分の1に低減しました。
元々、変更の無いプログラムも毎度コンパイルしているようですので、遅いです。

・OLEDの表示がうまくできなかった
サンプルプログラムをそのまま使用してもOLEDが表示できず、動作時にエラーが出力されていました。
ライブラリ呼び出しの細かいところに何か問題があるのかとか、ハードが悪いのかとも疑ったのですが、試しにボード本体の開発ライブラリのバージョンを下げてみたら、正常に表示されるようになりました。
後で確認したら、OLEDライブラリが古かったようで、全く新しい別のライブラリが登場していました。

タイマ割り込みを使って測定を定期的に実行したいのですが、割り込みで呼ばれた先から他のボードを制御しようとするとプログラムがエラーで落ちてしまうので、あきらめました。
動作していることを示すLEDの点滅だけタイマ割り込みを使っています。
タグ:測定 牽引力
posted by よしひろ at 16:51| Comment(1) | TrackBack(0) | 電子工作