※自転車関係のテーマ掲載停止しました。
2020年夏以降、信州MAKERSのテーマとしてロードバイク関連の記事は、連載停止しました。
理由は、読者がついてこない点で、労力の割に効果がないテーマである点です。自転車関連テーマの来訪率がサイト全体の１％未満で、誰も見に来ないので、他のテーマに重点をおくことにしました。本記事は、ＹＯＵＴＵＢＥからのご来訪が多いですが、本記事を見てステップモーターをいじる読者はほとんど居ません。更に、
私もそうでしたが、自転車趣味では、暇な時間があれば、ロングライドしたり、ヒルクライムしたりして、電子工作に割く時間がほとんどない点があります。電子工作と自転車乗り趣味は両立しないというのが私の結論です。ですので、本記事を見て、電子工作しようとする自転車乗りは、皆無であるという結果です、自転車乗りを対象とした電子工作記事は停止しました。
右踏みのパワー値の補正方式と精度校正もほぼ終わりました。もう、ＭＦＴ２０１７用に必死でモノ作り開始しないと間に合わないので、左踏み、スタンディング、実走行での校正未実施で精度あやふやのままになります。残りの校正は、９月以降から再開します。さて、ＭＦＴ２０１７への展示ですが、苦労して得たパワー値を液晶パネルで表示するのも味気ないので、アナログ針式メーターを作ります。
※本メーターは、MFT2017の会場デモ用で、実際にロードバイク走行には使える代物では、ありませんので、
もし、アナログメーターを欲しい方は、海外で発表された製品がありますので探してみてください。
実用的なアナログメーターを制作するのは、電池寿命と振動・雨などの実装信頼性など難題が多いので、電子機器実装技術のプロ級の腕自慢の方ならできると思いますが、私のような素人だと無理だと思います。
スマホとか携帯電子機器の実装設計開発経験がないと実使用に耐えるパワーメーターは作れません。
＝＞今回のアナログメーター構想から工作で、正味で１２時間ｘ２０日＝２４０時間くらいかかってますので、
作れるのは余程暇な人です。
＝＞DIYでアナログメーターを作るトライをすることは、メカトロの基礎技術習得には非常に良い学習となります。
マイコン、モーター、プログラム作りで、自信がつきますので、数か月かけてトライしていただければ幸いです。
＝＞毎日が日曜日の私の経験でも、電子工作ＤＩＹとロードバイク乗り趣味を両立するのは、無理であることを体験しております。
ＤＩＹを優先するために、私のロードバイク活動は、ローラー台しか乗らない趣味になってます。
壁にぶち当たったら、この記事下部のコメント覧に記入するか、信州ＭＡＫＥＲＳ宛てにメールください。
ich48297@wd5.so-net.ne.jp です。
完成動画
●アナログ針式メーターの動機
①市販パワーメーターもそうですが、力を入れた直後にパワー値が上がらないと精度が悪いのではと感じてしまいます。パワーの精度感は、サンプリング周期と表示タイミングで、精度感があるかどうかが決まるように感じてます。しかし、レスポンスが良すぎると、数値がコロコロ変わるので煩い感じになるので、アナログ針式で±１０Ｗ程度のフレは気にならないようにすれば心地よいメーターになるのではないかと思って、試作してみることにしました。
②本シートチューブひずみゲージ貼り式（ＭｙＰｏｗｅｒＭｅｔｅｒ）は、多分、１０％前後の誤差が発生する場合があるので精度的にも丁度いいのかと考えてます。
③市販パワーメーターは、ＧＡＲＭＩＮ ＥＤＧＥにパワー値を表示する場合が多いと思いますが、MyPowerMeterは、ＡＮＴ＋プログラムが未だ作れないでいます。そこで、逆転の発想で、
パワー値をエンジン回転数にみたててアナログ的に表示したほうがＤＩＹ ＭＡＫＥＲ作品としてオリジナリティが発揮できると思った点も大きいです。
●文字盤デザイン
バイク趣味でアナログ針式メーターをＤＩＹしている方がたくさんいらっしゃいます。デザインを提供してくださる方もいらしてその中から、選びました。
https://blogs.yahoo.co.jp/xj750e2/GALLERY/show_image.html?id=29291423&no=6
これをPhotoshopで加工してＭｙＰｏｗｅｒＭｅｔｅｒ用にしました。
●アナログ針式パワーメーター<MyPowerMeter>概仕様検討
１：表示範囲
０Ｗ～５００Ｗまでセンター２５０Ｗ
角度範囲０Ｗ～５００Ｗ＝約２５０度
W/角度=２W/deg
最小目盛り：１２．５Ｗ
数値：５０Ｗ単位
３：回転速度
０～１００Ｗを0.3秒（50deg/0.2sec=250deg/sec)以内
１００W～４００Ｗを0.5秒（150deg/0.5sec=300deg/sec）以内
４：電池耐久時間
３時間以上
●ステップモーター選定
３種類のモーターを試してきて、最終的には、
コパル SPG27-1101に落ち着きました。
http://akizukidenshi.com/download/ds/copal/SPG27-1601.pdf
メリット１：分解能と速度のバランスが良い
＝＞１周１２０パルス（３度/パルス）
＝＞最小目盛り１０．２５度＝３～４パルスで表現
＝＞１step5msec周期で自起動可能なので加減速不要
メリット２：安い・早い 秋月で３５０円
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-11839/
デメリット１：サイズが大きい φ２９ｘ２９ ６０ｇ
デメリット２：電圧高く（７Ｖ以上）電力を食う7V0.2A=1.4W
デメリット３：ユニポーラ駆動なので、効率が悪い、線が多い
●モーター駆動テスト
ステップモーターを回転させるのに駆動電圧可変が必須なので超小型スイッチング電源仕入れました。LMR62421便利です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-07608/
ドライバーは、ＵＬＮ２００３というダーリントンアレイＩＣ
http://www.tij.co.jp/product/jp/ULN2003A
基板とモーターセットでアマゾンで格安で売ってたものを流用しました。電圧は５０Ｖ以下電流500mA以下です。
この基板は電子工作で多く使われてるので検索たくさんあります。
http://dd647.blogspot.jp/2016/02/arduino-5v-28byj-48.html
●結線（備忘録）
http://www.instructables.com/id/BYJ48-Stepper-Motor/
●動画の動作サンプルプログラム 参考にしてください
相切り替えと累積誤差の処理でバグ取りに数日かけた貴重なプログラムです。mbed NucleoL432KCで動作
ライブラリーはなしですので、下記ＴＥＸＴをコピペすれば動作します。
パワーメーターからシリアルでパワー値が入ってきたら動作する単純な仕様です。
GoWB(paraW);//W数入力で針移動 関数でＷ数動作させてます。
初期化でHOMESEEKが面倒でした。
バックラッシュをとる工程がある点でややこしいです。
メカトロの学習にはちょうどいい教材ですが、私は40年メカトロやってきたのでもういじりたくないです。
| #include “mbed.h” Serial pc(USBTX, USBRX); Serial nucleo(PB_6,PB_7); DigitalOut myled(LED1); DigitalOut step_a(PA_0); DigitalOut step_b(PA_1); DigitalOut step_c(PA_3); DigitalOut step_d(PA_4); //AnalogOut monitor(PB_4); InterruptIn Homeken(PB_4); //Ticker timer1; //———-hari ——- int step50w=9; int tStep=0; int parasu; int W_Home=0; float SpW=0.18;//step50w/W_Home; float WpS=50/9; //—————- float step_deg=0.3333333; //3deg/w float target_pw; int zeroten=20; int i=0; int j=0; int k=0; int n=0; int x; int mode =0; int mode_1=0;//1個前のmode int phNoT=0; int Edge=0; int Edge_1=0; int flagW_CW=0; int flagW_CCW=0; int RedgeNo_CW=0; int FedgeNo_CW=0; int RedgeNo_CCW=0; int FedgeNo_CCW=0; int BackLush=0; int RedgeM=0; int FedgeM=0; int ndir;//現在 int rdir_1;//1回前 int stepNoT=0; int tWatt; int nWatt; int bWatt; int stepsuuGo; int slow_pw; int flagw; int ini;//ini=1 初期化中ini=0初期化終了 // serial parameters char buf[10]={};//10文字ｘ10string float para[10];//**********************Watt間移動******************* int wattGo(int targetW,int nowW,int beforeW){ int direction0,direction1; int bucklush; int stepW; int stepGo; if (nowW-beforeW>=0){direction0=-1;}//CW if (nowW-beforeW<0){direction0=1;}//CCW if(nowW-targetW>0){direction1=1;}//CCW if(nowW-targetW<=0){direction1=-1;}//CW if(direction0==direction1){bucklush=0;} if(direction0!=direction1){bucklush=1;} stepW=int(0.5+(0.1867*abs(nowW-targetW)-0.1667)); stepGo=int((stepW+bucklush)*-direction1); return stepGo; }//*********相切関数 rdir=1 CW rdir=-1 CCW rdir>1 Ｒｕｓｈ時間 rdir=0電源オフ********* void add_step(int rdir) {//modeは、次のtarget modeになっている __disable_irq(); // 禁止 //static int mode=0; if (rdir==1){phNoT–;} if (rdir==-1){phNoT++;} //逆転時補正 //rdir：-1=>1だと(0=>3=>2=>1)減算を加算に変更targetモードmodeを0=>1,3=>0,2=>3,1=>2 (mode+1)%4 //rdir：1=>-1だと(0=>1=>2=>3)減算を加算に変更targetモードmodeを0=>3,3=>2,2=>1,1=>0 (mode+3)%4 if (rdir!=rdir_1 && rdir_1==-1){mode=(mode_1+1)%4;}//ridri:CW-1=>CCW1の場合に進めたmodeを1個戻す if (rdir!=rdir_1 && rdir_1==1){mode=(mode_1+3)%4;}//ridri:CCW1=>CW-1の場合に進めたmodeを1個戻す if (rdir!=0){ rdir_1=rdir; //pc.printf(“>>add_step:rdir_1=%d,rdir=%d,mode_1=%d,mode=%d,phNoT=%d\n\r”,rdir_1,rdir,mode_1,mode,phNoT); switch (mode) { case 0 : mode_1=0; step_a=1; step_b=1; step_c=0; step_d=0; if(rdir==1){mode=1;} if (rdir==-1){mode=3;} if (rdir>1){wait_ms(rdir);} //mode=1; break;case 1 : mode_1=1; step_a=0; step_b=1; step_c=1; step_d=0; if(rdir==1){mode=2;} if (rdir==-1){mode=0;} if (rdir>1){wait_ms(rdir);} //mode=2; break; case 2: mode_1=2; step_a=0; step_b=0; step_c=1; step_d=1; if(rdir==1){mode=3;} if (rdir==-1){mode=1;} if (rdir>1){wait_ms(rdir);} //mode=3; break;case 3: mode_1=3; step_a=1; step_b=0; step_c=0; step_d=1; if(rdir==1){mode=0;} if (rdir==-1){mode=2;} if (rdir>1){wait_ms(rdir);} //mode=0; break; }//switch }//if else { step_a=0; step_b=0; step_c=0; step_d=0; }// else myled=!myled; __enable_irq(); // 許可 } void Go(int ndir,int steps,int pw){ for (i=1;i<=steps;i++){ add_step(ndir); wait_us(pw); } } void GoB(int ndir,int steps,int pw){//BackLush自動補正 __disable_irq(); // 禁止 int steps_1=steps; if(rdir_1!=ndir){ steps=steps+BackLush;} for (i=1;i<=steps;i++){ add_step(ndir); wait_us(pw); } pc.printf(“GBnd=%d,st=%d\n\r”,ndir,steps); __enable_irq(); // 許可 }void flip(){//Rise if (Homeken.read()==1){//CC(-1)回転で立ち上がりエッジが出た=>左エッジ検出 Edge=1; //pc.printf(“Rise:Edge=%d\n\r”,Edge); } } void flipd(){//flipは HomeSeek専用にするInitialize時にしか使わない,Run時は、flipがかからない if (Homeken.read()==0){//CW(-1)回転で立ち上がりエッジが出た=>右エッジ検出 Edge=0; //pc.printf(“Fall:Edge=%d\n\r”,Edge); } } void HomeSeek_R(){ int n=0; Edge_1=Edge; while(1){ Go(1,1,slow_pw); __disable_irq(); // 禁止 if (Edge!=Edge_1 && Edge==1){//CWでrise Edge_1=Edge; RedgeNo_CCW=phNoT; RedgeM=mode; pc.printf(“CCW<Reverse:Redge>RedgeNo_CCW=%d,phNoT=%d,RedgeM=%d mode_1=%d\n\r”,RedgeNo_CCW,phNoT,RedgeM,mode_1); } //pc.printf(“Center:Edge=%d,Edge_1=%d\n\r”,Edge,Edge_1); if (Edge!=Edge_1 && Edge==0){//CWでFall FedgeNo_CCW=phNoT; FedgeM=mode; flagW_CCW=FedgeNo_CCW-RedgeNo_CCW; pc.printf(“CCW<Reverse:Fedge>FedgeNo_CCW=%d,phNoT=%d,FedgeM=%d,flagW_CCW=%d,mode_1=%d\n\r”,FedgeNo_CCW,phNoT,FedgeM,flagW_CCW,mode_1); break; } //pc.printf(“Bottom:Edge=%d,Edge_1=%d\n\r”,Edge,Edge_1); __enable_irq(); // 許可 Edge_1=Edge; n++; //if(i>120){break;} } x=0; }//HomeSeek開始 void HomeSeek(){ int n=0; Edge_1=Edge; while(1){ Go(-1,1,slow_pw); __disable_irq(); // 禁止 if (Edge!=Edge_1 && Edge==1){//CWでrise Edge_1=Edge; phNoT=0; n=0; RedgeNo_CW=n; RedgeM=mode; pc.printf(“************************CW:<Redge>RedgeNo_CW=%d,Reset>>phNoT=stepNoT=%d,RedgeM=%d,mode_1=%d\n\r”,RedgeNo_CW,phNoT,RedgeM,mode_1); } //pc.printf(“Center:Edge=%d,Edge_1=%d\n\r”,Edge,Edge_1); if (Edge!=Edge_1 && Edge==0){//CWでFall FedgeNo_CW=n; FedgeM=mode; flagW_CW=FedgeNo_CW-RedgeNo_CW; pc.printf(“CW:<Fedge>FedgeNo_CW=%d,phNoT=%d,FedgeM=%d,flagW=%d,mode_1=%d\n\r”,FedgeNo_CW,phNoT,FedgeM,flagW_CW,mode_1); HomeSeek_R();//CCW方向でHOMESEEKしてフラグエッジphNOを比較 BackLush=FedgeNo_CW-RedgeNo_CCW;//逆転直後のエッジ位置でバックラッシュ量が判る pc.printf(“BackLush=%d\n\r”,BackLush); Go(1,zeroten+BackLush,slow_pw); Go(-1,BackLush+2,target_pw);//ゼロ点の微調整をここで pc.printf(“<<<<<Stanby:zeroten=%d,phNoT=%d\n\r”,zeroten,phNoT); break; } //pc.printf(“Bottom:Edge=%d,Edge_1=%d\n\r”,Edge,Edge_1); __enable_irq(); // 許可 Edge_1=Edge; n++;//if(i>120){break;} }} void GoW(int W){//6W以上の差がないと動かない //bWatt=nWatt; //nWatt=tWatt; tWatt=W; //tWatt=getsuu(); pc.printf(“getsuu tWatt=%d\n\r”,tWatt); stepsuuGo=wattGo(tWatt,nWatt,bWatt);//wattGo(wsuuGo,nowW,beforeW) pc.printf(“stepsuuGo=%d,tWatt=%d,nWatt=%d,bWatt=%d\n\r”,stepsuuGo,tWatt,nWatt,bWatt); if (stepsuuGo<0){ndir=1;}//CCW if (stepsuuGo>=0){ndir=-1;}//CW pc.printf(“GoW:W=%d,nWatt=%d,bWatt=%d,ndir=%d,stepsuuGo=%d\n\r”,tWatt,nWatt,bWatt,ndir,stepsuuGo); Go(ndir,abs(stepsuuGo),target_pw); } void GoWB(int goW){//バックラッシュ付GoBを使う __disable_irq(); // 禁止 int dstep=0; int ndir=0; // bWatt=nWatt; dstep=int(goW*SpW+0.5)-int(nWatt*SpW+0.5);//shishagonyu if (dstep<0){ndir=1;}//CCW if (dstep>=0){ndir=-1;}//CW //pc.printf(“>>>GoWB>>:ndir=%d,dstep=%d,goW=%d,nWatt=%d,phNoT=%d\n\r”,ndir,dstep,goW,nWatt,phNoT); GoB(ndir,abs(dstep),target_pw); nWatt=goW; __enable_irq(); // 許可 } //******Getstep from Key Board *********************** int getsuu(){//カンマ区切りのデータをＣＲがくるまで最大10文字ｘ10パラメータ受信 int i=0;//カンマかCRがくるまで記憶 int j=0;//カンマ区切り int k=0; pc.printf(“*******Input Watts X/X/X/CR********** \n\r”); while(1){ buf[i]=pc.getc();//monitor用 //buf[i]=nucleo.getc();//1789通信用 //pc.putc(buf[i]); if (buf[i]>=45 && buf[i]<=57){ i++; for (k=0;k<=i;k++){pc.printf(“%c”,buf[k]);} pc.printf(“\n\r”); } if (buf[i]==72){HomeSeek();}//’H’=HOME SEEK if (buf[i]==82){HomeSeek_R();}//’R’HOME SEEK 逆転 if (buf[i]==13){ //CR //pc.printf(“<<CR(13)>>:buf char=%d,%d,%d\n\r”,buf[0],buf[1],buf[2]); para[j]=atof(&buf[0]); for (k=0;k<10;k++){buf[k]=0;} pc.printf(“<<CR(13)>>:j=%d,para=%4.1f\n\r”,j,para[j]); break;//CR(13)でWhile終わり } } return j; }//<<<<<<<<<<<<<getsuu 高速化>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> void getsuuH(){//カンマ区切りのデータをＣＲがくるまで最大10文字ｘ10パラメータ受信 int i;//カンマかCRがくるまで記憶 int j;//カンマ区切り i=0; j=0;//pc.printf(“*******Input Watts X/X/X/CR********** \n\r”); while(1){ buf[i]=pc.getc(); //buf[i]=nucleo.getc(); pc.putc(buf[i]); if (buf[i]==13){break;//CR(13)でWhile終わり } i++; if(i>=1000){i=0;} } para[0]=atof(&buf[0]); }void memoriTest(){ int i=0; int n=0; int steps=9; int paraW=0;while(1){ n++; if(n>=100){break;} for (i=1;i<=10;i++){ GoB(-1,steps,target_pw); pc.printf(“CW:W=%d\n\r”,steps*50*i); wait(0.2); } for (i=1;i<=10;i++){ GoB(1,steps,target_pw); pc.printf(“CCW:W=%d\n\r”,steps*50*i); wait(0.2); } } } int main() {//stepNoTで針座標を表現する pc.baud(115200); nucleo.baud(19200); Homeken.rise(&flip); Homeken.fall(&flipd);target_pw=4000; slow_pw=8000; ndir=1; ini=1; int paraW=0; int paraW_1=0; //setting // action wait(0.5); //int memori[]={50,100,150,200,250,300,350,400,450}; } |
●ステップモータを回転させるための管理項目
相切り替えのプログラムだけなら簡単にできてしまいますが、
ステップモータは、動作させる条件の組み合わせで回転しますので条件を管理しないとまともに回転しません。ポイントは
①相切り替え順序がきちんとしているか
②結線がきちんとしているか
③４本の信号がきちんと入っているか
④モーターのコイル抵抗値を確認してあるか
＝＞数オームか数十オームかで扱いがぜんぜん違う
⑤プルイン（自起動）周波数でまわすことができるか
＝＞ステップモーターをいじるには、電圧を自由に調整できる電源が必要です。自起動周期と電圧が密接な関係があるので、その周期で回転しなかったら電圧をあげてみて何Ｖで回転するかを記録していくことが重要です。
⑥目標の速度トルクが明確なこと
＝＞どこまで回さないといけないのかで、速いと加速減速のプログラムを開発しなければなりません。遅ければ加速減速なしで普通のプログラムでできます。
●以後
パワーメーターのケースと針を設計して３Ｄプリントします。
針の運針動作が実際見ながら修正しないとまともにならないので早めに針とケースを試作しておきます。
