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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。

アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2

1.患者
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(アガツマ)
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2外観

幼児向けの乗用おもちゃだ。

【メーカーサイトの説明書き】
●レールを敷いても、レールなしでも遊べます。
●レバーの切り替えで電動走行、フリー走行が選べます。
●コントローラーには前進・後進・ストップの走行操作機能の他に「アンパンマンのおしゃべりボタン」と「アンパンマンのマーチが流れるメロディボタン」が付いています。
●セット内容:本体一式、レール12本

ハンドルのところに赤外線リモコンが付いていて、幼児が操作することもできる。また、取り外して親御さんが操作することもできる。

2.症状
①全く動作しない。

3.診察
①リモコン送信機から赤外線は出ている。赤外線信号コードの詳細は 「機能設計」 の項を参照。

②受信側を診る。
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2診察1
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2診察2
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2診察3

・基板に電源は供給されていて、COBの間際まで来ていた。

・赤外線受信モジュールからの信号はCOBの間際で波形観測し、信号の立上り/立下り、信号コードの正常性を確認した。

・送信機から「GO」を送信すると過電流が流れた。HブリッジはハイサイドがFDS4935、ローサイドがAPM7328で構成されていて、停止状態ではゲートドライブ電圧は正常だった。しかし、APM7328のピン2(ゲート)はGNDレベルだがピン1(ソース)~ピン8(ドレイン)間が導通していた。配線のチェックでは短絡箇所は認められず、APM7328のピン8とピン7(ドレイン)を基板から浮かせて確認したところ、やはりAPM7328の内部でピン1~ピン8間が短絡状態だった。APM7328の不良が確定した。

・APM7328のドレインを基板から浮かせた状態で、送信機から「GO」/「BACK」を送信すると、ゲートドライブは正常に変化することを確認した。デコード機能とHブリッジのドライバーは正常に働いている。

③COBの音声出力ポートは常にHが出力されていて、送信機から音声を出力する機能コードを送信しても変化しない。通電しない状態でポート~電源間および周辺配線間は高抵抗値であり、COBチップの動作異常である。

4.治療
①動作不良となったCOBチップをPICマイコンで換装する。Hブリッジも壊れているので、全体を新しい基板に組むことにした。

②音声再生機能の場合は実装メモリ量がデバイス選定のキーポイントになる。 前回の修理事例 では当時コストパフォーマンスが最良の16F1705を採用したが、メモリが8kワードしかなく効果音だけでメモリが満杯になった。今回は、今春から秋月で取り扱いが始まった16F18326(2017年秋月@130円)を採用する。メモリは16kワードあり、アンパンマンのおしゃべりが入れられる。

③機能設計
;ポートの割当て
;RA0:PWM(CWGB)出力(負極性)、ICSPDAT
;RA1:空き、ICSPCLK
;RA2:PWM(CCP1)出力(正極性)
;RA3:MCLR、Vpp
;RA4:赤外線信号入力(負論理)
;RA5:空き
;RC0:バッテリー電圧ADC入力
;RC1:モーター正転出力
;RC2:モーター逆転出力
;RC3:TX
;RC4:空き
;RC5:空き


;赤外線信号
;フレーム構成:リーダ+機能コード8ビット+反転コード8ビット+トレイラ
;リーダ:オン2.9ms+オフ1.7ms
;ビット値0:オン0.6ms+オフ0.6ms
;ビット値1:オン0.6ms+オフ1.2ms
;トレイラ:オン0.6ms
;フレーム周期:100ms


;曲と音声の対応
;曲1:アンパンマンのマーチ
;曲2:アンパンマンたいそう
;曲3:ミッキーマウスマーチ
;曲4:小さな世界
;音声1:効果音STOP
;音声2:効果音GO
;音声3:効果音BACK
;音声4:ぼくアンパンマン
;音声5:いっしょにいこう
;音声6:ガタンゴトン
;音声7:カンカンカン
;音声8:しゅっぱつします


;赤外線機能コードと動作
;STOP:b'11101110'
; 停止動作中、完全停止中は無視する。
; 停止する。
; VOICE0で音声1を3回繰返し再生する。
;
;GO:b'11001100'
; 完全停止していなかったら無視する。
; VOICE0で音声2を3回繰返し再生後、前進する。
;
;BACK:b'10101010'
; 完全停止していなかったら無視する。
; VOICE0で音声3を3回繰返し再生後、後進する。
;
;アンパンマン1:b'00001001'
;アンパンマン2:b'01001001'
;アンパンマン3:b'10001001'
;アンパンマン4:b'11001001'
; これらの機能コードは4つとも同じ動作をする
; VOICE1が再生中のときは無視する。
; VOICE1で音声4~7をラウンドロビンに再生する。
; 音声4と音声5は1回のみ再生する。
; 音声6は4回繰返す。
; 音声7は8回繰返す。
; 音声8は1回のみ再生する。
;
;メロディ1:b'00010001'
;メロディ2:b'10010001'
; これらの機能コードは2つとも同じ動作をする
; 演奏中のときは無視する。
; 曲目1~4をラウンドロビンに演奏する。


;バッテリー電圧の監視
;HブリッジのFETを完全にオン/オフさせるため、電源電圧が4.7V以下のときはFETをドライブしない。
;バッテリ電圧の低下を4.7Vまで許容するため、制御マイコンは Vdd=3.3V で稼働させる。
;バッテリーの過放電を防止するため、電源電圧が5.1V以下のときはバッテリーLOWと判定する。
;この5.1Vは鉛蓄電池の放電終止電圧(1.7V×3セル=5.1V)である。
;一定時間バッテリーLOWが継続したらFETドライブ出力をLとし、「バッテリーLOW」を警告する曲を演奏する。


④回路図
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2回路図

⑤基板製作
基本部分
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2治療1
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2治療2

実機走行確認しながら調整した結果
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2治療3
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2治療4

部品代は290円
アンパンマン電動レールでGO!GO!DX(マイコン換装)事例2診察1部品代

⑥ファームウェア
・PWM周期の32us毎に赤外線受信モジュールの出力をポーリングする。エンコード信号の最小パルス巾は600usなので、それで十分だ。TMR2割り込みサービスの中でデコードを実行する。

・バッテリー電圧のチェックもTMR2割り込みサービスの中で実行する。

・送信機の「アンパンマン」ボタンは押下する毎に4種類の機能コードがラウンドロビンに送信され、操作する人は送信する機能コードを選べない。そのため、受信側では4種類の機能コードのどれを受信しても、おしゃべり2種類と効果音2種類の合わせて4種類をラウンドロビンに発声させることにした。

・「メロディ」ボタンも上記と同様に2種類の機能コードが交互に送信される、操作する人は送信する機能コードを選べない。そのため、受信側では2種類の機能コードのどれを受信しても、4種類の曲をラウンドロビンに演奏させることにした。

・バッテリー電圧が低下した場合はHブリッジのFETをオフして、FETを保護する。

・バッテリー電圧の低下が継続した場合は車体駆動を停止し、「バッテリー電圧低下の警告曲」を演奏する。

・メモリを節約するため、おしゃべりの音声データは4ksps、効果音は3~4kspsとサンプリングレートをかなり落としたがおもちゃとしては実用レベルと思う。

・開発したファームウェアのプロジェクト一式と開発資材は ここから ダウンロードできる。

⑦発音のサンプル
・車体の電源SWをオンすると「しゅっぱつしま~す」のオープニングメッセージが流れる。

・ピューン↑ が「GO」、ブッブッブ が「STOP」、ピューン↓ が「BACK」の効果音。

・半音ずつ下がってくるのが「バッテリー電圧低下の警告曲」。
再生音はこれ
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  1. 2017/05/16(火) 19:22:27|
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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。

本ブログで公開している技術情報や成果物のご利用および再配布はフリーです。読者様の技術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。

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