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汎用ヒト型決戦遊具はじめました。
零電完全理解(01)LEDとデータシート
2012年06月28日 (木) | 編集 |
(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)


電子工作の基礎を改めて学ぶべく、ニコニコ動画の「零からの電子工作」シリーズを
学んでいこうと思います。
自分用の復習ノートを兼ねるため、疑問点や内容詳細を他で調べつつ補完していき、基礎の完全理解を目指したいと思います。



完全理解:零からの電子工作 第1回:LED

http://www.nicovideo.jp/watch/sm12618919


【 LEDを点ける 】

zdk1_1.jpg


1)電池が6Vということだけ分かっている。
2)10mA流すことを意志で決める。


Q:なぜ10mAにしたのか?

A:そもそも、LEDは絶対最大定格を超えると壊れる。
  LEDのデータシートを参照すると、DC Forward Currendの30mA。
  定格の半分以下で使うのが望ましいので、2)で10mAと決めた。

zdk1_2.jpg
zdk1_3.jpg


3)電流が10mAの時、LEDに加わる電圧を調べる。
  結果、2Vであることが判る。

Q:なぜ、データシートでの推奨電圧が20mAの時、2.0Vとあるのに、
  10mAで2.0Vとするのか?

A:曲線グラフを参照すると、5~20mAでの電圧は1.9~2.1Vとなり、
  ほとんど差がないため。

zdk1_4.jpg


4)電源が6vなので、LEDと抵抗を合わせた部分にかかる電圧は6Vになる。

5)LEDに2Vの電圧をかけるので、抵抗は4Vの電圧になる。


zdk1_5.jpg


6)抵抗に4V、10mAなので、V=IRより → R = 4V / 0.01A → R = 400Ω

7)抵抗値は400Ωだが、売っている単位の390Ωや470Ωで代替する。


ここでブレッドボードの説明。
左がウラ面で、右がオモテ面。
オモテ面に配線やパーツを指して使う。
ウラ面の銀色の金属部分でつながっており、つながっている穴に刺したものが通電する仕組み。

zdk1_6.jpg


8)LEDは足の長い方(アノード)をプラス極、
  足の短い方(カソード)をマイナス極に配線して使う。

zdk1_7.jpg


9)配線すると無事LED点灯。

zdk1_8.jpg


10)実験1:1mA流すには4KΩ、5mA流すには800Ωとなる。
       各LEDを並列に繋いでみると、1mAは暗いが、
       5mA、10mAは明るさがほとんど変わらないことが判る。

11)実験2:LEDを抵抗なしで6V電源に繋ぐと、
       電流が制限なく流れ、結果壊れる。






【 重要:LEDのデータシートの英語の意味まとめ 】

Absolute Maximum Rating (Ta=25℃) = 絶対最大定格(温度25度の時)
→Ta=25℃とはLED自体の発熱込みでの周辺温度。

DC Forward Current / IF / mA / 推奨動作電流(直流順方向電流) 単位mA
→順方向に流して良い電流値。これ以下の電流値で使う。

Pulse Forward Current / IFP / mA / ピーク順方向電流(パルス順方向電流) 単位mA
→パルス状にオン、オフを繰り返して使う場合に流して良い電流値。
 この値以下で使う。

Reverse Voltage / VR / V / 逆方向電圧 単位V
→逆電圧にどこまで耐えられるか。これ以上かけると壊れる。

Power Dissipation / Pd / mW 単位mW 許容損失
→部品の性能を維持できる温度を超えない最大の消費電力

Operating Temperature / Topr / ℃ / 動作温度 単位℃
→動作する温度。この温度内での動作を保障するので、この温度範囲内で使用する。

Storage Temperature / Tstg / ℃ / 保存温度 単位℃
→この温度内で保管する。

Lead Soldering Temperature / Tsl / ℃ / 半田付け温度。
→この温度以内で半田付けする。

※Pulse width Max.10ms Duty ratio max 1/10
→ピーク順方向電流を流す場合は最大でも10ミリ秒以内とし、
 繰り返す場合、流す時間は流さない時間の比が1:9(全体として10)
 を越えてはいけない。


■Electrical-Optical Characteristics (Ta=25℃) = 電気光学特性(温度25度の時)

DC Forward Voltage / VF / IF=20mA / Min./Typ./Max/Unit 順方向電圧
→順方向に電流が流れる最小値と、流して良い最大電圧値。
 20mAの時の/最小値/典型値/最大値/単位

DC Reverse Current / IR / VR=5V /μA / 逆方向電流(直流逆方向電流)単位μA
→5Vの時に逆方向に流して良い電流値。単位が小さい=逆に電流を流すとまず壊れる。

Domi. Wavelength / λR / nm / ドミナント波長
→人間の目が感じる波長。"λ"はラムダとよみ通常"波長"を意味する。

Luminous Intensity / Iv / IF=20mA /mcd 光度 単位mcd(マイクロカンデラ)
→光度。LEDの光は直進するので、一番明るい方向での明るさ。

50% Power Angle 2θ 1/2 / IF=20mA / deg 単位 度
→明るさが50%になる角度。

mA:ミリアンペア=1/1000A
μA:マイクロアンペア=1/1000000 A
nm:ナノメートル=1/1000000000 m
mcd:マイクロカンデラ=1/1000000 cd

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ROBOXERO(32) ゼロタンク出撃
2012年06月24日 (日) | 編集 |

本日、ロボサバにお邪魔しました。

th_CIMG0901.jpg



先週から思ったより本業が忙しくなってしまい、出社前に1工程だけ作る、みたいな感じで前日の作業を圧縮できるよう頑張っていたのですが、結局徹夜作業になりました。
下手にいじって全く動かなくなったらどうしようという、逃げ出したくなるような不安との戦いでしたが、無事ロボサバの末席に加えさせていただきました。

th_CIMG0886.jpg
(前列左から二番目の三角キャタピラが我が「ゼロタンク」こと「汎用ヒト型決戦遊具 RX-7.5」。この場に腕つきで参加するのはナメているようにしか見えませんが、今後の系譜的にどうしても必要な形態です。今後の系譜ってなんだよ自分。)



まがりなりにも、移動、被弾センサ(arduino版)、砲塔、レーザーポインタ、カメラの基本アイテムを搭載した機体で参加することができました。
当日の朝までほとんど動かなかったのに、現場で動いたのは奇跡的な話です。
実は、コントローラーのVS-C1と無線USBカメラの相性が非常に悪く、VS-C1の発信器とカメラを隣り合わせで設置したことでコントローラーばほとんど効かなくなっていました。
コンバットシューティングという、最初試技のようなコーナーでこの無線干渉での操作性の悪さを披露しましたが、
gonsさんよりアナログカメラをお借りし、操作性が復活。参加の体裁が整ったのでした。gonsさん本当にありがとうございました。

th_CIMG0893.jpg
(目が2つのかわいい顔になったアナログカメラ搭載のゼロタンク。)



ちなみに現場はこのような雰囲気の場所です。(浅草 模型塾
会場のオーナーさんにも大変よくしていただきました。
th_CIMG0892.jpg


多脚や戦車がこんな感じにうごめいています。
射撃ゲームにしてはフィールドが小さすぎるようにも見えますが、私のような初心者が画面越しに遊ぶ分には十分な難易度があります。
th_CIMG0889.jpg



数ヶ月間の制作における電気的な悩みのほとんどは、結局、電源電圧をあげることで強引ながら解決できてしまいました。
ちゃんと動かず投げ出しそうになった前日でしたが、秋月電子で単三8個ホルダーを買って来て、なるべくチャージ済みの電池を使用することで解決できたのでした。
この辺はまた時間のあるときに改めて書きます。



書きたいことがいっぱいありますし、参加者の皆さんにお伺いしたいことも山ほどあったのですが、仕事も溜まっている上にネムじにしそうなので死ぬ前にまず寝させていただきます。
ロボを持ち寄ってあれこれやるっていうのは、本当に面白い体験でした。
主催の田中さまをはじめみなさま本当に楽しい時間をありがとうございました。ぺこり。

ROBOXERO(31) レーザーポインタアジャスタ
2012年06月20日 (水) | 編集 |

さて、全部を組み込んでいざ動かしてみると、様々なトラブルが一斉に発生することとなりました。
ロボサバに間に合わない勢いです。
最悪、「動く」「撃つ」だけは間に合わせたいので、先にアジャスタを作ることにしました。
ミニガンの着弾点をピンポイントでレーザーポインタで示すべく、レーザーポインタを微調整する機能です。



微調整はネジとナットの動きを使えばよさそうなので、あとはどうやって組み込むかです。
図面を書いてもよく分からない&図面通りの寸法に加工できた試しがないので、いきなりプラ板を切って作りながら考えることにしました。



結果、このようにしてみました。

th_CIMG0872.jpg

1)砲身との平行は、プラ板に△棒を貼ったもので確保。
2)左右は、レーザー本隊の後ろに浅い穴を開け、そこにトゲを指して左右回転の軸に。
  先端のネジで左右を微調整する。
3)上下は、上部に板バネを配置し、ネジを下から突き上げて微調整。

という風です。
プラ板に固定したいナットは、プラリペアでガッチリ保持。
板バネはあぼ電気で買った1枚190円のリン青銅版。なんとハサミで簡単に加工できるので、とても便利です。



th_CIMG0874.jpg
パーツの組み立て途中。

th_CIMG0876.jpg
パーツが箱に収まりました。

th_CIMG0877.jpg
ミニガンの砲身に両面テープとビニールテープで固定。
ミニガンの振動に耐えられる強度かどうかは不明。



th_CIMG0879.jpg
ガンの全容です。(拡張弾倉は外した状態です。)

1)外部からの電気的な合図をリレースイッチで受け、ガンを作動させる機能。
2)レーザーポインタとそのアジャスタ。
3)独立した電源。
4)ノイズキラーコンデンサ

と、これらの機能を盛り込んでみました。
・・・ちゃんと動くかどうかは別。

ロボゼロブログ
2012年06月16日 (土) | 編集 |

ロボゼロの塗装について、簡易塗装ならすでに塗装された面に重ね塗りしてもよいのかな?
と思い立ち、ネットを調べましたら、すばらしいページにたどり着き、他にも有益な情報がないかと、ロボゼロを特集しているブログを検索してみました。(他にもあるかもしれません)

ロボゼロ魔改造『サーボノイドあいたん』
ロボゼロをベースに動くフィギアをものすごいレベルで作り込んでいる方。
改造の参考になる情報が盛りだくさん。

ROBOMIC
OSX用のロボゼロ制御ソフトなどを自作してしまわれる神サイト。

YUJIの、とろくさい日記
組み立ての基礎情報が満載。

ノリの模型道楽
ロボゼロを2つお持ち。

noanoa 日々の日記
ロボゼロを組み立てつつ、プログラミングの基礎も学べそう。

ROBOXERO(30) 被弾フレーム3
2012年06月15日 (金) | 編集 |

被弾センサの方針が定まってきたので、実際に組み込んで行きます。



まず、作ってみたものの扱いが分からず断念中のソーラーパネルバージョン。

th_CIMG0860.jpg

th_CIMG0864.jpg

見た目は人工衛星っぽくてとてもいい感じにできたのですが、私の電子工作レベルが低くて手に負えませんでした。



ということで、選手交代で照度センサを使います。
照度センサは、人間の可視光線に近い光の成分を検出できるセンサだそうで、今回の目的にはぴったりです。

th_CIMG0865.jpg
まず、タミヤのユニバーサルアームの穴を6mmちょいまで広げ、センサの台座にしてみました。
こうすれば、箱の中に置いても真上を向いてくれそうです。



th_CIMG0870.jpg
センサケースの内側はアルミを張っています。これで、光が散乱し、小さな穴からの光でも感知しやすいはずです。



th_CIMG0867.jpg

肩にボリュームを設置。
照度センサは並列につないでいるのですが、この状態で微量な光量を計測するには、
いくつか試した結果1MBの可変抵抗がちょうどよい結果を得られました。
可変抵抗についているAとかBの記号の意味ですが、調べたところボリュームに応じたカーブの違いだそうです。
初めての電子回路より)ふむふむ。



最低限のプログラム&シールドの再構成も一応完成しており、
被弾センサが働くとガン&移動の機能を失い、2機のLEDがチカチカと点滅するようにできております。



ハードウェア的に残すところは、
・グチャグチャになってしまった配線コードの整理
・ガンサイトのアジャスタ機能
・てんこ盛り状態で本当に移動できるかどうかのバランス調整
・被弾センサのアルミ箔による通信障害検証
などです。
ソフト的には、
・上半身の動きプログラミング
・走りながら射撃できるように改良
・よく転ぶようなら起き上がりモーション(地面に手が届いてませんが・・・)
などであります。



シールドの配線関係の自分メモ。
書いたメモをよくなくすのでブログにメモ。
意味が分からないメモですみません。

シールドを上から見て、ソケット12コ側(arduino主電源側)を右、ソケット6コ側を左にしたとき、上から順に。

(差し込み口→)
・ガン信号マイナス(GND)
・ガン信号プラス(D12)
・ROBO-XEROボードからの信号(D0)
・被弾センサ信号(A0)
・被弾センサプラス(5V)
・被弾センサマイナス(GND)

・モーター主電源1(モータードライバ)
・モーター主電源2(モータードライバ)
・被弾LED1プラス(D4)
・被弾LED1マイナス(GND)
・被弾LED2プラス(D5)
・被弾LED2マイナス(GND)

反対側
(←差し込み口)
・(不使用)
・右モーターマイナス(モータードライバ)
・右モータープラス(モータードライバ)
・左モーターマイナス(モータードライバ)
・左モータープラス(モータードライバ)
・(本体信号(D0))

ROBOXERO(29) 被弾フレーム2
2012年06月12日 (火) | 編集 |

せっかくarduinoを積んでいる機体なので、
被弾センサの機能をarduinoにまかせ、私には少し難易度の高い基盤づくりをショートカットという作戦が続きます。



太陽電池パネルを使った場合、発生する電流を0~5Vのarduinoでも読み取れる電圧にする方法がいまいち理解できず、
このままゼロから勉強すると時間切れになる恐れがあります。



そこで、照度センサ(NJL7502L)を代用してみることにします。



照度センサは、2個のセンサを並列につないだ場合、
片方のセンサを真っ暗闇にしても電圧計が反応することがわかりました。

あとは、どうやって0~5Vの電圧を取り出すかです。



「分圧」というのを利用する必要がありそうですが、
建築発明工作ゼミのサイト
のCdS光センサの例を参考に、
該当図の10kΩ抵抗の場所に100kAの可変抵抗をつないでみました。
さらに、該当箇所の光センサを2個の並列に。

スクリプトは以下のとおりシンプルなものです。



int value = 0;
void setup()
{
Serial.begin(115200UL);
}

void loop()
{
int value = analogRead(0);
Serial.println(value);
delay(100);
}





結果は良好!
センサが光を受けた場合、arduinoは低い数値を示すようになり、閾値もある程度ボリュームで操作できているようです。
光センサの感度もよく、近くで手を動かしただけでも反応します。

実は被弾フレームができるだけ暗室の方がいいと思い込んでいたので、
プラ版の壁にサーフェイサーを吹いたり、遮光と差し込んだ光の乱反射を期待して内側にアルミテープを
貼り付け済みだったりします。
この早とちりも光センサであればいい方に作用するんではないかと期待しています。



センサさえ何とかなれば、重量や機体のバランス、レーザーのアジャスタやプログラミングなどの調整に時間が使えます。
ロボゼロの全パーツもそろってしまうので、ガンタンクモードは早々に卒業しなくてはなりません。
ロボでサバゲへのデビューをもって次のステップへと進みたいと思います。

ROBOXERO(28) 被弾フレーム1
2012年06月03日 (日) | 編集 |

ロボでサバゲに参加するには、「被弾センサ」というものを用意する必要があるそうです。
フレームを作ってアルミ箔を貼り、穴が空いたら光の量を検知、という方式だそうです。
ロボの頭に磁石でピンポン球をくっつけて、ピンポン球が落ちたら負け、ぐらいの方がシンプルでよいと思うのですが、いろんな議論と歴史の積み重ねて決められてきたシステムのようですし、がんばって作ってみます。
電子的な測定機構がなくても、初心者はフレームさえあれば目視で被弾判定も可ということで、
とにかくがんばって作ってみます。



フレームの鬼門感、この苦手意識。
なんとか克服したいです。

まず、立方体を組むというのが難しいです。
角材は木材でもプラスチックでも簡単に手に入りますが、
組んだときにピシッとなるように直角に切るのが素人には本当に難しいです。
ソーガイドも一応持っていますが、結局手作業なので、細かな作業でうまくいくとも思えません。
どうしたらよいでしょう。



でもうちにはプロクソンサーキュラーソーテーブルがあります。
「1畳フローリング化計画」の時に使って元をとった気分でしたが、いまこそこれを使いこなす時です。



棒を並べて板状にする → セロテープでガッチリ固める → 切る。
この作戦でいきます。



th_CIMG0779.jpg

サクサク切れて超たのしいです^^
私の機体の場合は、「分散型被弾センサー」というタイプで、
6cm × 4cm × 7cmの立方体フレームを2コ作ります。
設計者のご親切のためか、5mmの角棒を使うと、

・6cmの5mm角棒 → 16本
・4cmの5mm角棒 → 8本

という2種類の長さだけで組めるので、とてもよい感じです。



th_CIMG0780.jpg

接着剤に関しては悩んだあげく、ごく一般的なプラモデル用のタミヤセメントを使いました。
BB弾が当たるものなので、ある程度の強度が必要ですが、瞬間接着剤よりも樹脂を溶かして接着するタミヤセメントの方が最終的な強度は高くなる、というような事が調べたら書いてありました。

はじめはピンバイスで穴を開け、金属の心棒で補強しようと思っていましたが、その必要もなさそうな強度になったので、そのままでいきたいと思います。



次回は設置。
そろそろ、重量オーバーっぽいです。。。
使わないサーボだらけの無用な上半身がさすがにアレになってきましたが、
残すは被弾センサーの基部と支え、くみ分けようの旗棒ぐらいなので、
一気に完成までいきたいと思います。