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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。

BRUIN(Licht und Sound Lok)の修理(マイコン換装)

本件は、(千葉県)鎌ケ谷おもちゃの図書館「あ・そ・ぼ」おもちゃ病院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 鎌ケ谷おもちゃの図書館「あ・そ・ぼ」おもちゃ病院様 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
赤外線リモコンで操作する汽車のおもちゃ(トイザらス)

メーカーの商品ページ
BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)外観

2.症状
①全く動作しない。

3.診察(依頼元で実施)

①リモコンからは赤外線信号が出ている。

②本体の赤外線受信モジュールからは送信側と同じ信号が出ている。

③赤外線信号のデコード、音楽演奏、モーターとLEDの制御は1チップのCOBで実装されていて、これが働いていない。

④COBへの電源供給と赤外線信号の入力を確認して、COBの不良と判断した。

4.治療
【方策】
①不良となったCOBをPICで換装する。

【要件】
依頼元から提示された要件は以下のとおり。

①電源は単三乾電池3本(標準4.5V)

②モコンの操作ボタンと本体の動作の定義

・前進ボタン押下で前進し、離すと停止する。
・後進ボタン押下で後進し、離すと停止する。
・前進、後進の動作中はLEDを点滅し、停止で消灯する。
・音楽ボタン押下で電子オルゴールの1曲を演奏する。
・電子オルゴールは5曲を収容し、ラウンドロビンに演奏する。
・演奏中に音楽ボタンを押下すると、演奏を中止する。
・電子オルゴールの収容曲は演奏順で以下のとおり。
 1.ミッキーマウスマーチ
 2.犬のおまわりさん
 3.ぞうさん
 4.ぶんぶんぶん
 5.どんぐりころころ

③信号の定義

・赤外線信号は負論理で入力する。
・前進信号と後進信号はそれぞれのポートから正論理で出力する。
・LED信号は1ポートに正論理で出力する。
・音声信号(PWM)は正極性で出力する。

④電源制御

・外部の電源SWで電源供給を制御する。
・省電力設定は不要。

⑤赤外線信号のプロトコル

・フレーム
BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)フレーム

・機能コード
BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)機能コード

【設計】
ファームウェアの開発は つつじが丘おもちゃ病院(当院) で実施した。

①電子オルゴールVer5_6をベースに、固有の処理を追加する。

②ターゲットデバイスの選定

・必要ポート数は5本で少ないが、メモリはオルゴールエンジン部で1kワード、5曲分の曲データで1.3kワード、初期化や固有処理等で0.3kワードを見込むと合計2.6kワード程度が必要であり、最廉価な16F1705(@100円、2017年秋月)を採用する。

③ポートの割り当て

;RA0:COG1A出力(負極性)、ICSPDAT
;RA1:ICSPCLK
;RA2:PWM3出力(正極性)
;RA3:Vpp
;RC0:IR信号入力(負論理)
;RC1:前進出力(正論理)
;RC2:後進出力(正論理)
;RC3:LED出力(正論理)
;RC5:TX(デバグ用)

④赤外線信号のデコード

・PWM周期(TMR2)の割込みで赤外線信号をポーリングする。PWM周期は32usであり、赤外線信号のパルス巾に対して十分な分解能を持つことができる。

・赤外線信号のオン、オフ共に128us以上のレベル継続で有効とする。

・赤外線のオフのパルス巾を評価してデコードを行う。

 5ms以上でフレームの開始とする。
 3~5msでビット値を1とする。
 3ms以下でビット値を0とする。

・8ビットを受信した時点で機能コードと照合し、該当の機能を実行する。

⑤モーターの制御

・前進、または後進の機能コードを受信すると前進、または後進のモーター制御信号を出力し、100ms後に出力を止める。フレームの繰り返し周期が約90msであるので、前進ボタン、または後進ボタンを押し続けると、モーター制御信号は途切れることなく出力される。

・前進と後進が切り替わるときは、10msのデッドタイム(全停止)を設ける。

⑥LEDの制御

・前進、または後進のモーター制御信号を出力している間は、1.2s周期 デューティ50%でLEDを点滅する。

⑦電子オルゴール演奏の制御

・演奏の機能コードを受信すると、非演奏中の場合は曲番号を進めて演奏を開始し、演奏中の場合は演奏を中止する。

【ダウンロード】
開発したファームウェアと設計資料は ここから ダウンロードできる。

プロジェクトは BRUIN_PIC1705.X
ソーズコードは BRUIN_PIC1705.asm
TX はテスト用のリモコン側のファームウェアである。

【ファームウェアの解説】
オルゴールエンジンを使えば、アプリケーションの固有の処理のみをコールバック関数として記述するだけで、簡単にファームウェアを開発することができる。

このおもちゃの機能要件では電子オルゴールの演奏、赤外線信号のデコード、機能コード対応の制御、モーターとLEDのタイマー処理、およびそれらのコンカレント実行を実現する必要がある。

これらをゼロから作り始めると相当な開発期間が掛かってしまうが、今回の開発規模はたったの100ステップで、数時間で完成させることができた。その内容を以下に解説する。

①赤外線信号のデコード

・エンジン部のPWM周期(TMR2)の割り込み処理から固有の割り込み処理をコールバックすることを宣言する。

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説1

・固有の割り込み処理(コールバック関数)で赤外線信号をデコードする。

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説2

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説3

②機能コード対応のおもちゃの制御

・固有の処理(コールバック関数)で受信した機能コードに対応する処理を行う。

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説4

③モーター稼働のタイマー制御

・前進または後進の操作が切れたときに100ms後にモーターを停止する。

・固有の処理(コールバック関数)の続きで処理を行う。

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説5

④前進または後進の動作中のLED点滅制御。

・デューティ50%周期1.2秒でLEDを点滅させる。

・固有の処理(コールバック関数)の続きで処理を行う。

BRUIN(Licht und Sound Lok)(マイコン換装)解説6

【評価】
依頼元で評価をしていただいた。

・要件通りに機能を確認した。

・実際におもちゃのCOBに換装して、動作確認した。
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  2. マイコン換装
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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。

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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