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名張市つつじが丘おもちゃ病院

三重県名張市つつじが丘でおもちゃの病院を開院しています。年中無休で修理は無料、部品代のみ実費です。おもちゃの修理依頼は tutuji@cb4.so-net.ne.jp へメールにてご連絡下さい。なお、宅配便での受け付けは行っておりません。このブログにはおもちゃ等の修理事例やツール製作などを載せていきます。故障診断や修理方法の改善等、ご意見をお寄せ下さい。

トイザらスのラジコンカー_PT8A977の修理(送信機新調)

1.患者
トイザらスのラジコンカーだが、商品名が不詳のため、外観画像を掲げておく。
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)外観1
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)外観2
・上下を裏返しても走る。上記の画像は一つの個体を裏返して撮影したもの。
・ステアリングの制御は無く、直進と右折(裏返すと左折)が節度感なくブラっとしている。

2.症状
①全く動作しない。何故なら送信機が無いので動かせないとのこと。

3.診察
①送信機が無くなった理由はともあれ、適合する送信機をジャンクから探すか新調するしかない。

②送信機を調達する前に、車本体は大丈夫なのかチェックする。

③RF周波数は27MHzと車体に表示があった。

④車の内部を診ると大変綺麗で、埃ひとつない。とても壊れているとは思えないが、見た目で判断してはいけない?
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)受信側基板1
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)受信側基板2

⑤デコーダは PT8A978 で初めて見る石だが、データシートはネット検索ですぐに出てきた。

・TX2-RX2と同じプロトコルである。但しエンドコードの送信回数は15回となっている。

・もう一つTX2-RX2との違いがあって、 PT8A978は同じ機能コードを連続して2回受信して初めて該当する信号が出力されるようだ。このことは ここに 解説されていて、この解説を読むまでは気が付かなかった。 データシートってホントに味わい深い。

・FoscとCodeSpeedの関係もTX2-RX2と同じ。

・ピン接もRX2と同じ。

・ペアになるエンコーダはPT8A977である。

⑥OSCO(ピン5)のFoscを測定すると125kHzだった。CodeSpeedは標準の W1=1ms W2=2ms で実装されているようだ。128kHzとの乖離は許容誤差である±20%の範囲内だ。

⑦このCodeSpeedでテスト送信機 (詳細はこちら) から送信すると、車体は正常に動作した。元々車体にはステアリング制御の機構が無いので、運転操作は前進と後進のみである。車本体には問題が無いことを確認した。

4.治療
①送信機を新調することにした。RF回路は 「ラジコン送信機・受信機の製作」 を、ファームウェアは 「サーフボーイの修理(クローンリモコン製作)」 をベースに下記の変更を施して作る。

・機能を前進と後進のみに絞る。

・Sleep中はRF回路の電源消費を止める。

【デバイス選定】
②エンコーダは操作SW入力が2点、キャリア制御出力とエンコード信号出力の2点、合計4ポートでよいので、手持ちのある10F200(@50円2016年秋月)を採用する。

【回路図】
③以下に回路図を示す。
トイザらスのラジコンカー_PT8A977回路図

・電源は常時通電し、無調整発振回路と変調回路のバイアスをPICから制御することで、無操作時の電源消費を止める。

【ファームウェア】
④主要な設計事項は以下のとおり。

・無調整回路を稼働開始後、発振安定時間として32msの待ち時間の後にエンコード信号を出力する。

・前進または後進の操作が解除されたとき、停止コードを16回出力後にSleepする。停止コード出力中に前進または後進の操作が行われたときは、前進または後進のコードを出力する。

・Sleep中のIOC検出により、再起動する。

⑤開発プロジェクトと設計資料は ここから ダウンロードできる。

⑥エンコーダ出力信号
・前進操作時のエンコーダ(10F200)出力波形を示す。ファームウェアの開発環境で、Vddが5Vで実行したときのエンコード信号波形。
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)信号波形1
・前進コードはW2が4回の後、W1が10回続く。前進の操作がある間は、これを繰り返す。

・エンコード信号の出始め部分
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)信号波形2
・デコーダのCodeSpeedの設定値に合わせて、W1の周期は1ms、W2の周期は2msにしている。

・キャリア制御信号とエンコード信号
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)信号波形3
・キャリア制御信号をオンにして、無調整発振回路が安定するまで32ms待つ。その後、前進コードを出力し始める。

・前進の操作が解除された後、停止コードを16回出力する。REALTEKのTX2は8回だが、PT8A977のデータシートには16回出力されるように記載されている。但し、記載の仕方が曖昧で15回か16回か定かでないが、まぁどうでもよい問題だ。

【実装】
⑦基板製作
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機基板1
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機基板2
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機アセンブリ1
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機アセンブリ2

⑧ケース組み込み
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機ケース1
トイザらスのラジコンカー_PT8A977(送信機新調)送信機ケース2

⑨動作確認
・送信機と車体間の距離が10mで前進、後進および停止の安定動作を確認した。

⑩製作費用
・合計268円

・内訳
部品、規格、数量、価格(円)
---------------------------
ユニバーサル基板、片面ガラスCタイプ(72x48mm)めっき仕上げ、0.5、30円
PICマイコン、10F200-I/P、1、50円
トランジスタ、2N3904、2、10円
クリスタル、27.145MHz、1、10円
インダクタ、2.2u アキシャルリードタイプ、3、18円
積層セラミックコンデンサ、10u、1、10円
セラミックコンデンサ、47p、4、10円
セラミックコンデンサ、10p、1、3円
セラミックコンデンサ、1000p、1、2円
抵抗、100 1/6、1、1円
抵抗、4.7k 1/6、2、2円
抵抗、47k 1/6、1、1円
電池ボックス、単三2本ラグ端子、1、35円
スナップSW、単極双投中央断、1、50円
樹脂ケース、、1、36円
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  1. 2016/10/25(火) 18:15:21|
  2. マイコン換装
  3. | コメント:0

RASTAR乗用自動車ラジコンの修理(電源・デコーダ不良)

1.患者
RASTAR社の乗用自動車ラジコン付き
アウディ TTS(ホワイト) Audi TTS Roadster
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)外観1

RURN SIGNAL?
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)外観2

プロポーショナルではない。
ステアリングは自動的にはニュートラルにならないので、送信器の操作で調節する。
マニュアル操作モードのときでも、送信器のSTOPボタンで停止する。
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)外観3

2.症状
①付属の電源アダプタを繋いでもバッテリーが充電されない。

②スタートキー押下でエンジン始動の効果音は流れる。

③ステアリングはラジコン操作で動作する。マニュアル操作では手動となり、操作はできる。

④駆動(前進、後進)はラジコンでもマニュアルでも動作しない。ラジコンでは1度だけカチッと基板から音がする。マニュアル操作ではカチッカチッカチッ・・・と継続して音がする。

⑤ウィンカーやライトなどは正常に働く。

3.診察
注)この記事のオシロ波形は、1:10プローブ使用のため電圧軸は10倍して読み取って欲しい。

①充電されない原因は電源アダプタの1次側が断線していたため。断線箇所が巻き線の中だったので修理は諦めた。

②バッテリー(6V7Ah)は過放電していた。バッテリーに20Vを数時間印加してみたが充電電流が流れ始めることはなく、復活は諦めた。

③モーターに直接通電したところ、正逆転とも正常だった。モーターの消費電流は無負荷で1A、動輪に負荷を掛けると3A以上になる。設計の範囲と思われる。

④モーターを切り離した状態では、基板からモーター正逆転の出力が出ている。モーターの正逆転はリレーによるHブリッジ回路で行われていて、カチッという音はリレーの動作音だった。モーターの負荷電流が流れるとデコーダから駆動信号の出力が途絶えることが判った。

⑤バッテリーコネクタから基板までの配線抵抗を測ったところ約0.5Ω以下であるが、モーター起動電流による電圧降下がある可能性があり、電源電圧の波形を観測した。
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)波形1
・モーター始動時には基板電源が0Vまで低下していることが判った。電源器を使っての診察であるため、電源器の容量や内部抵抗のために著しく電圧降下を起こしている可能性はある。しかし、駆動系の電圧低下と同時にデコーダのVccも1Vまで低下していることは問題がある。

・ラジコン操作モードで1度だけカチッと鳴って以降は動作しなくなるのは、このラジコンシステムは最初にペアリングが必要な方式であり、デコーダが駆動信号を出力した途端にデコーダのVccが低下してリセットされ、再度ペアリングを行うまではラジコン操作が効かなくなるためだ。

・マニュアル操作モードではラジコンのペアリングの状況に影響されないためデコーダの駆動信号出力とリセットが繰り返されて、カチッカチッカチッ・・・と継続して音が鳴る。

⑥基板の電源パターンを調べると、信号系(RF受信機、デコーダ)には3.3Vのレギュレータ回路を経由して電源供給されているが、根もとは駆動系(モータードライバ)と直結されていた。このため、駆動系の電圧低下によって信号系の電源も低下してしまっている。

⑦駆動系の電源電圧低下による影響を阻止するために、信号系の電源経路にショットキーダイオードと3300uFのパスコンを追加した。
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)回路1
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)実装1
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)波形2
・デコーダのVccは2.5V以上が確保されるようになった。

・基板電圧も最低でも2.5Vになっている。デコーダが正常稼動するようになったためPWM制御が働き、駆動モーターの起動電流がある程度緩和されたものと思われる。

・駆動モーターPWM制御の周期である約2.1msで電源電圧が変動している。この時間内でデコーダのVccが規定の電圧レベルを維持できていればよい。

・不具合とは関係はないが、このおもちゃは徐々に加速するように駆動モーターをPWM制御している。始動直後はデューティ50%くらいだが、7秒程度の時間を掛けてデューティ値が徐々に上がっていく。この機能は前進と後進の両方に働く。

⑧ラジコンでの操作は前進、後進とも良好になった。しかし、マニュアル操作では前進は良好だが、後進がカチッカチッカチッ・・・となるのが改善しない。Vcc低下の問題以外にもまだ不具合がある。

⑨マニュアル操作の信号をデコーダの入力ピンで確認すると前進後進ともに2.1Vであり、デコーダのVccが3.3Vであることから、設計通りの電圧レベルだと思われる。後進の場合に限りデコーダの動作が安定しないのは、後進の入力ピンの閾値がズレてしまっていると思われる。2.5Vを入力してやると安定した後進動作をするので、デコーダICの特性劣化と判断した。

⑩ダッシュボードからの後進信号は6V弱だが、デコーダのVccは3.3Vであるため、抵抗分圧によってインタフェースさせている。この分圧回路に抵抗を追加して、2.7Vがデコーダに入るようにした。
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)回路2
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)実装2

4.治療
①バッテリーは6V9Ah(@1500円2016年秋月)を購入して交換した。

②アダプタは別のジャンク品を再利用し、0.5A定電流充電回路を付け加えた。
RASTAR乗用自動車ラジコン(電源・デコーダ不良)回路3

③デコーダのVcc低下によるリセット事象は、信号系への電源供給回路の改善を診察の過程で実施して、不具合は解消した。

④デコーダのマニュアル後進信号の入力ピンの閾値ズレは、インタフェース回路のレベル調整を診察の過程で実施して、不具合は解消した。

5.おまけ
故障切り分けに先立って、下記の設計事項を調査した。その結果は ここから ダウンロードできる。

①基板調査(コネクタ、機能ブロック)

②デコーダ(ピン接、ピン機能)

③駆動モーターPWM制御波形
  1. 2016/10/17(月) 16:46:16|
  2. 電子・電気修理
  3. | コメント:0

タッチレジスターの修理(センサーマイコン換装)

本件は、 おもちゃの病院新津(新潟)様の修理事例 であり、つつじが丘おもちゃ病院(当院)はファームウェアの開発を請け負った。
当記事には依頼元のおもちゃの病院新津(新潟)様から提供していただいた情報や資料が含まれている。

1.患者
英語と日本語!なんでもスキャン♪レジスター(タカラトミー)
(画像は依頼元のブログから転載)
タッチレジスターの修理(センサーマイコン換装)外観

2.症状
①レジスターのタッチパネルが効かない。

3.診察(依頼元で実施、詳細は 依頼元のブログ を参照)
①たまたま同じ製品で良品のものがあり、タッチセンサー基板とメイン基板間のインタフェースを比較調査したところ、タッチセンサーから信号が出ていないことが判明した。
(画像は依頼元のブログから転載)
タッチレジスターの修理(センサーマイコン換装)診察1

②タッチセンサー基板には若干のCR類と1個のCOBチップが載っていて、COBチップからタッチパッドにも信号が出ていないため、COBチップの不良と断定した。

③当該COBチップをPICで換装できないか、当院へ検討依頼があった。

4.治療
【ターゲットデバイスの選定】
①タッチSWは15ch分が必要なため、ターゲットはCPSモジュールを搭載し、16chまで実装可能な16F1939(2016年9月秋月@220円)を選定した。タッチSWを構成するだけなので、電源のパスコン以外の外付け部品は一切不要である。

【回路図】
②16F1939のCPSは内蔵のアナログマルチプレクサで16chのタッチSWを接続可能である。一方、当該おもちゃのタッチSWは15個であるので、CPS0は不使用とし、CPS1~CPS15をタッチSWの1番から15番に対応付ける。
タッチレジスター(センサーマイコン換装)回路図
CPS0(RB0)はデジタル出力ポートの設定にして、Lを出力させておく。

③タッチセンスの仕組みそのものはmTouchソリューションを利用するので、特別な設計は不要である。信号タイミングとCPSモジュールの動作を最適化する考慮さえ行えばよい。

【ホストマイコンとのI/F】
④タッチセンスのタイミングはタッチセンサー側に閉じて決めればよいが、ホストマイコンとのインタフェースは既存の設計に合わせる必要があり、 依頼元での波形観測と評価実験の結果 から下記とした。

・ホストマイコンとのインタフェースはデータ信号とクロック信号を用いた2線式同期通信である。それに、通信の開始を意味すると思われる信号(本記事ではOUTEと名付ける)が付加されて全部で3信号線となっている。

 DATAとCLOCKは正論理、OUTEは負論理である。これらの信号はタッチセンサーからホストマイコンへ送られる。ホストマイコンからセンサーへ送られる信号は無い。

・OUTEの立下りで通信が始まる。

・DATAを設定して、CLOCKを立ち上げ、立ち下げする。

・CLOCKは16個あり、1つ目のCLOCKに対するDATAは常に0(LOW)である。

・2つ目から以降の15個のクロックでタッチSW15個の状態をDATAとして送信する。タッチSWの1番(CPS1に対応)から15番(CPS15に対応)の順に送信する。タッチはDATA=1(HIGH)、非タッチはDATA=0(LOW)である。

・16個のCLOCKの後、OUTEが立ち上がる。

・OUTEからDATA出力までは7.5us

・DATA出力からCLOCK立ち上がりまで(データセットアップタイム)は1us

・CLOCKのH期間は2us、L期間は4us

・最後のCLOCK立下りからOUTE立ち上がりまでは速やかに

・フレーム周期は10ms

【CPSモジュール動作の最適化】
⑤CPSカウントの測定時間はフレーム周期の半分の5msとし、フレーム周期8回で16ch分のCPSを評価する。従って、タッチSWのレスポンスタイムは80msになる。

⑥処理ロジックを均一にするため、仮想のタッチSW0番を設けてCPS0に対応させ、CPSカウントの評価を行なわせる。但し、RB0(CPS0)のポートはデジタル出力の設定をしておくのでカウント値は常に0となり、評価結果は非タッチ判定となる。仮想のタッチSW0番の判定結果もホストマイコンに送られるが、常に非タッチ判定なので、1番目のCLOCKに対するDATAは常に0となる。

⑦カウント値は16ビットで管理することとし、16回サンプルの平均値を以って評価の基準値とする。

⑧カウント値が (2^11) 未満で最大となるCPSモジュールの設定条件を実測により割り出したところ、パワーモードは、LOWモード・HIGHレンジが適切で、非タッチ時は0x071?、弱タッチ時は0x06e?、強タッチ時は0x068?になった。Vddが3Vでも5Vでも変動しなかった。

⑨測定時間の5msは、Foscが32MHzで、TMR0のソースを命令サイクル、プリスケを1/256、初期値を99に設定してオーバフローするまでの時間で測る。タッチセンス以外に仕事が無いので割込みは使用せずポーリングで時間待ちする。

【タッチ/非タッチ判定】
⑩ (CPSカウント値<基準値) のときタッチ判定とするのだが、基準値近辺でのバタ付きを回避するため、2種類のヒステリシス特性を持たせる。

・レベル観点でのヒステリシス

非タッチのときは基準値を1/128だけ低く見せかけることで、レベル的なノイズにより不当にタッチ判定しないようにする。非タッチ時と弱タッチ時のCPSカウント値の差は約3%であるため、この半分以下で且つノイズを拾わないことを実機走行で検証して、1/128の値を割り出した。

・時間経過観点でのヒステリシス

非タッチ状態が3サンプル(240msに相当)連続しないと非タッチ判定しないようにする。

今回のおもちゃは、プリント基板のタッチパッドのパターンの裏側からケースを挟んで、更に取り替え可能な絵柄シートを介在してタッチする構造になっていて、タッチパッドと指との間隙が4mmもある。このため、タッチ感度を上げ、且つノイズ耐力が必要であり、上記の仕様とした。結果、依頼元でのフィールドテストでは誤動作は認められなかったとのことである。

【ファームウェア】
⑪開発したファームウェアのプロジェクトと設計資料は ここから ダウンロードできる。

【ホストマイコンI/F】
⑫実測した信号波形を以下に掲げる。

どれもタッチしていないとき
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形1

ch1のみをタッチ
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形2

上図の時間軸を拡大
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形3

ch15のみをタッチ
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形4

上図の時間軸を拡大
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形5

ch1とch15をタッチ
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形6

フレームの繰返し(ch1をタッチ)
タッチレジスター(センサーマイコン換装)ホストI/F波形7

【おもちゃへの実装と動作確認】
依頼元のブログ を参照。

⑭依頼元での評価結果は95/100点で、減点5点は時折チャタリングが発生するからとのこと。ch毎に基板パターンが異なり容量変化が異なるので、個別にパラメータを設定することで改善が期待できると思う。また、現バージョンでは同時に複数キータッチの検出を有効としているが、1キーのみに制限することでより安定すると思われる。その他、キーレスポンスを長くすることで無用の信号バタつきを回避するとか、改善の余地は色々考えられるので、次回の課題としたい。
  1. 2016/10/05(水) 16:09:02|
  2. マイコン換装
  3. | コメント:0

プロフィール

大泉茂幸

Author:大泉茂幸
名張市つつじが丘おもちゃ病院
名張市つつじが丘南3番町129
tutuji@cb4.so-net.ne.jp
090-5534-6494
連絡は上記のメール、またはSMSでお願いします。

子どもの頃から趣味は電子工作一筋でやってきました。理科離れが進む中で科学技術に興味を持つ子どもが少しでも増えて行くことを願って、子ども達に電子工作の活動の場を提供しています。

1981年からおもちゃ病院の活動を始め、2014年に三重県名張市への移住を機に「つつじが丘おもちゃ病院」を開院しました。自分でおもちゃを設計し製作する【おもちゃ工房】と、マイコンを応用した電子工作を楽しむ【マイコンクラブ】も併設しています。新規参加メンバーを募集しています。

当ブログで公開している技術情報や成果物の複製、改変および再配布はフリーです。読者様のおもちゃ病院活動のお役に立てば幸いです。ご利用いただいた結果や感想等を記事へのコメントやメールでフィードバックしていただけると有難いです。なお、公開ファイルは最新版を載せているので、古い記事の内容から変わっている場合があります。

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