2025年8月31日日曜日

12VからUSB PDの65Wを出力してみた。

 少し前にDC電源入力のUSB PD Charger基板を購入してみたんだけど、降圧しかできない仕様だったので65Wを出すには入力電圧が20Vより大きくないといけなかったのでフル性能がなかなか使えなかった。

たまたま昔購入した昇圧DC-DCコンバータを発見したので車のシガーソケットでノートPCを充電できないかということでやってみた。

注文履歴を見ると2013年10月ってなっていてなにに使ったかよくわからないけど5ドルで2つ購入していたうちの一つを発見。端子のネジも一個欠損していた。
OSKJの150W対応のDC-DCコンバータっぽい。コントローラICにはUC3843ANが乗っていた。これで12Vから22Vぐらいまで昇圧できれば、CKCS U1E互換基板で65Wまで出力できるようになるかな。Amazonで同じものを見つけたんだけど、12Vバッテリで19V 3.42A(65W)のノートPCを駆動させると温度が45℃ぐらいになるということだったので用途的にはちょうど良さそう。

端子のネジが一つないし、そもそもこの端子で大電流流すのはアレなので端子を取り外してケーブルを直結してみた。DC5521バージョンを購入したのに電源端子を外してしまってこっちも直結。

XPM52Cのほうの発熱が気になるので裏側にヒートシンクを装着できるようにはんだ付けの際はフラットにしておいた。ヒートシンク無しで65W出力すると100℃超えるらしいし。

昇圧電圧を22Vになるようにセットして、とりあえず12V 7.5Aヒューズを入れて12Vバッテリに繋いでみたけどちゃんとノートPCをつなぐとType Cからは20V出てるっぽい(モジュールの出力コンデンサをテスターで測定)

とりあえずあり物で12Vから65W(20V 3.25A)が出せるようになったので良いけども、アリエクとかで65W出力可能なシガソケ充電器が12-24V対応とかで売っているのでそっちを購入したほうが安上がりかも。Essager 120W Car Charger(FSJ-009)とかだと1500円ぐらいで、昇圧対応でPDは100Wまで行けるみたいだし。何よりアルミ製で放熱も安心だし…

このままでは実際に使いにくいのでケースに入れないと。

2025年8月25日月曜日

PCファンをUSB扇風機として使えるように整流板を作ってみた。

 以前余ったファンをUSBで使えるように、5Vから12Vに昇圧してファンガードを両面につけてUSB扇風機として使うようにしてみたのだけれども、やっぱり風量が足りない。ポータブルファンとかと比べると回転数に対しての風量が少ない気がする。

PC用のファンなので実は風量よりも風向きがあまり良くないのではないかということで調べてみると、AINEXから風の直進性を高めるアイテムが出ていたので試してみたかったのだけれども販売終了していたので同じようなものを作ってみた。

整流板としてはとりあえず形状は何でも良さそうではあるけどもオリジナルを忠実に再現してヘキサゴン形状にした。大きさもスペックから同じぐらいの大きさにしてみた。ファンと嵌合する部分の長さがわからなかったけど予想でこんな感じに。Onshapeフリープランなのでfan boosterで検索すれば見つけられるかも。

というわけで例によって3Dプリンタ持っている人にお願いしてプリントしてもらった。ファンと合わせるくぼみのせいで余計なサポートが付いてしまったようで申し訳ないけど。

これ実は反対面をサポートにしたほうが良かったのでは?と思ったけどもまぁとりあえずこれでも問題なさそう。

ファンに装着するとこんな感じ。オリジナルはきつかったみたいだけどそれを考慮してゆとりをもたせたおかげでいい感じに装着できた。
長さ方向はこんな感じ。オリジナルと同じぐらいの長さになってると思う。

効果の程は結構絶大で、ネジ止めせずにつけたり外したりして試してもかなり風の直進性が高まってることが感じられる。自分に風を向けていると今まではファンの回転数調整はいらないと思っていたが少し下げられるように回転数を調整したいぐらいに涼しい。このファンだと2mぐらいでも風が感じられるぐらいには直進性が増していた。

次は風量を調整できるようにしないと…

もう少し小さいファンで持ち手をつけてハンディーファンでも作れそう。

2025年7月13日日曜日

ATGM336HなGPSモジュールを買ってみた

 アリエクで安いGPSモジュールがあったので購入してみた。ATGM336HっていうシリーズのGPS。580円だった。

とりあえずアンテナは小さいやつがついているのにしてみたけども、感度はどうなんだろう?

裏面にはホットスタート用のバッテリとEEPROMらしきものがついている。以前UBX-G7020のGPSモジュールを購入したときはEEPROMがついてなくて設定が保存できなかったので設定が保存できるのは便利そう。

とりあえず動作確認をしてみた。適当なシリアル変換アダプタに接続して、GnssToolKit3で動作確認ができる。室内だと窓際で1個補足できたぐらいでFIXすることはできなかった。

バイク用にバンク角もログれるGPSロガーがほしいという知り合いがいたのでとりあえずNMEAのGPSなのであとは独自のセンテンスを追加してやれば一緒にログれそうな気がする。

あとはツール側でそれを表示できるかどうか?とりあえずはGPXSeeっていうフリーソフトで試してみようかな。
まずは適当にログれるようなやつをM5 Atomあたりで作ってみようかな。

2025年6月28日土曜日

タミヤのスリムタイヤキットを自作してみる

 BLDCモータをベクトル制御できるようになったところで、やっぱり車体に搭載して動かしてみたいのでタイヤを作ってみることに。
タミヤのスリムタイヤキットはモータへの負担が小さく駆動率が高いということで、こういったダイレクトドライブモータとの相性が良いと思うんだけど、今回使用したモータに取り付けるのに加工しないといけないので、ホイールごとプリントしてもらえばいいかなと。

ホイールだけプリントしてスリムタイヤのゴムの部分だけ使っても良さそうだけど、実は大きなOリングをそのまま使えないかと言うことでOリングでやってみることに。(大学の時研究室でもOリングをタイヤにしていたし)
Oリングみたいなタイヤはモデル化のときとかに接地面が安定するので…

ということでOリングを使えるようなホイールの3Dモデルを作ってみた。スリムタイヤは横幅3.5mmっぽいのでOリングでも良い所ありそう。P-48だと外経も55mmっぽいしタミヤのスリムタイヤと同じ感じにできそう?
小さいほうがトルクが出そう?ということでP-46のOリングでホイールを設計してみた。

見た目がめっちゃプーリー。

モータとOリングを取り付けるとこんな見た目に。外経が52mmぐらいの予定。Oリングとぴったりサイズで作るとゆるゆるになったりするんじゃないかということで少し大きめに作ってOリングを引っ張るように調整しないといけないかも?

アリエクで線経が4mmで外径が52mmという少し太めのOリングを見つけてしまったのでとりあえず取り寄せてタイヤを作ってみようかな。250円で10本入りっぽいし。

ちなみにこのタイヤをユニバーサルプレートに装着して何かを作ろうとしてもキャスターのサイズが合わないのでキャスターとかも高さを調整する必要がありそう。まぁタミヤのギアボックス用にできてるもんな…

2025年6月24日火曜日

BLDCモータドライバをCAN対応にしてみた。

 先日作ったFOC対応のBLDCモータドライバはCANトランシーバも積んでいるのでCANに対応させてみた。

こんな感じで電源とCANだけ接続してやればOK。I2Cみたいに束ねられるので配線が楽かも。マスター側のポートも1ポートで良いし。
基板設計時にもRS485かCANか迷ったけどとりあえずCANのほうがハードウェア側で色々やってくれるから楽なんじゃないかなということで。

とりあえずCANのプロトコルはOdrive風にしてみた。しかしOdriveとSimpleFOCだと単位が違うのが少し面倒。rpsとrad/sの変換を入れようとしてるけども、まずはSTM32F103でCAN通信をやりながらSimpleFOCでベクトル制御を動かせるかを試したいので値は変換しない状態でやってみようかと思う。

#include "SPI.h"
#include "SimpleFOC.h"
#include "SimpleFOCDrivers.h"
#include "encoders/MT6701/MagneticSensorMT6701SSI.h"
#include <EEPROM.h>
#include "stm32f103-can.h"

#define Protocol_Version 0x01
#define Hw_Version_Major 0x00
#define Hw_Version_Minor 0x00
#define Hw_Version_Variant 0x00
#define Fw_Version_Major 0x00
#define Fw_Version_Minor 0x00
#define Fw_Version_Revision 0x00
#define Fw_Version_Unreleased 0x00

#define NODE_ID_DEFAULT 0x000
#define NODE_BC 0x3F

uint16_t nodeID = 0x005;

#define MOTOR_POLE 7

#define CS1 PA15
#define SCK1 PB3
#define MISO1 PB4
#define MOSI1 PB5
#define DRV_EN PB12
#define TX3_SCL2 PB10
#define RX3_SDA2 PB11
#define CAN_RX PB8
#define CAN_TX PB9
#define V_CURR PA0
#define W_CURR PA1
#define U_CURR PA2
#define TEMP PA3
#define VOLTAGE PA4
#define LED_BUILTIN PC13

HardwareSerial Serial3(TX3_SCL2, RX3_SDA2);
SPIClass SPI_1(MOSI1, MISO1, SCK1);
MagneticSensorMT6701SSI sensor(CS1);
InlineCurrentSense current_sense = InlineCurrentSense(0.01, -50 * 4, W_CURR, V_CURR, U_CURR);
BLDCMotor motor = BLDCMotor(MOTOR_POLE);
BLDCDriver6PWM driver = BLDCDriver6PWM(PA8, PB13, PA9, PB14, PA10, PB15, DRV_EN);  //W V U EN

typedef union {  //IEEE 754 Float
  uint8_t uint[8];
  float value[2];
} FLOAT_BYTE_UNION;

uint8_t eepromRead(uint8_t reqID) {
  uint8_t lastData = 0xFF;
  for (uint16_t i = 0; i < EEPROM.length(); i += 2) {
    uint8_t dataID = EEPROM.read(i);
    uint8_t data = EEPROM.read(i + 1);
    //Serial1.println(dataID);
    if (dataID == reqID) {
      lastData = data;
      //Serial1.print("EEPROM Read:");
      //Serial1.println(i);
    }
    if (dataID == 0xFF | dataID == 0x00) {
      break;
    }
  }
  //Serial1.print("EEPROM Data:");
  //Serial1.println(lastData);
  return lastData;
}

void eepromWrite(uint8_t reqID, uint8_t data) {
  uint16_t lastID = 0xFFFF;
  for (uint16_t i = 0; i < EEPROM.length(); i += 2) {
    uint8_t eepromId = EEPROM.read(i);
    if (eepromId == 0xFF | eepromId == 0x00) {
      lastID = i;
      //Serial1.print("EEPROM Write:");
      //Serial1.println(i);
      break;
    }
  }
  if (lastID == EEPROM.length()) {
    lastID = 0;
  }
  EEPROM.write(lastID, reqID);
  EEPROM.write(lastID + 1, data);
}
void CANread() {
  if (CANMsgAvail()) {
    CAN_msg_t CAN_RX_msg;
    CANReceive(&CAN_RX_msg);
    uint16_t cmdID = uint16_t(CAN_RX_msg.id & 0x1F);
    uint16_t nodeIDrcv = CAN_RX_msg.id >> 5;
    CAN_msg_t CAN_TX_msg;
    memset(&CAN_TX_msg, 0, sizeof(CAN_msg_t));
    CAN_TX_msg.type = DATA_FRAME;
    CAN_TX_msg.format = STANDARD_FORMAT;
    CAN_TX_msg.id = ((nodeID << 5) | cmdID);
    if (nodeIDrcv == nodeID) {
      switch (cmdID) {
        // case 0x003:  //Get Motor Error
        //   break;
        // case 0x004:  //Get Encoder Error
        //   break;
        // case 0x005:  //Get Sensorless Error
        //   break;
        case 0x006:  //Set Axis Node ID
          if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
            uint32_t reqNodeID = CAN_RX_msg.data[0] | CAN_RX_msg.data[1] << 8 | CAN_RX_msg.data[2] << 16 | CAN_RX_msg.data[3] << 24;
            //Serial1.println(reqNodeID,HEX);
            if ((reqNodeID < 0x3F) && (reqNodeID != eepromRead(1))) {
              eepromWrite(1, reqNodeID);
              //Serial1.println("nodeID update");
            }
          }
          break;
        case 0x009:  //Get Encoder Estimates
          if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION output;
            output.value[0] = motor.shaft_angle;
            output.value[1] = motor.shaft_velocity;
            memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
            CAN_TX_msg.len = 8;
            CANSend(&CAN_TX_msg);
          }
          break;
        case 0x00C:  //Set Input Pos
          if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION input;
            memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
            motor.controller = MotionControlType::angle;
            target_angle = input.value[0];
          }
          break;
        case 0x00D:  //Set Input Vel
          if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION input;
            memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
            motor.controller = MotionControlType::velocity;
            target_angle = input.value[0];
          }
          break;
        case 0x00E:  //Set Input Torque
          if (CAN_RX_msg.type == DATA_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION input;
            memcpy(input.uint, CAN_RX_msg.data, 8);
            motor.controller = MotionControlType::torque;
            target_angle = input.value[0];
          }
          break;
        // case 0x014:  //Get IQ
        //   break;
        case 0x015:  //Get Temperature(FET IEEE 754 Float, Motor IEEE 754 Float)
          if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION output;
            output.value[0] = (1.43 - analogRead(ATEMP) * 3.3 / 4095) / 0.0043 + 25;
            output.value[1] = analogRead(AVREF);
            memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
            CAN_TX_msg.len = 8;
            CANSend(&CAN_TX_msg);
          }
          break;
        case 0x017:  //Get Bus Voltage and Current
          if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
            FLOAT_BYTE_UNION output;
            output.value[0] = analogRead(VOLTAGE) * 3.3 / 4095.0 * 4.0;
            output.value[1] = motor.current.q;
            memcpy(CAN_TX_msg.data, output.uint, 8);
            CAN_TX_msg.len = 8;
            CANSend(&CAN_TX_msg);
          }
          break;
        // case 0x01c:  //Get ADC Voltage
        //   break;
        default:
          break;
      }
    }
    if (CAN_RX_msg.type == REMOTE_FRAME) {
      switch (cmdID) {
        case 0x000:  //Get Version
          CAN_TX_msg.data[0] = Protocol_Version;
          CAN_TX_msg.data[1] = Hw_Version_Major;
          CAN_TX_msg.data[2] = Hw_Version_Minor;
          CAN_TX_msg.data[3] = Hw_Version_Variant;
          CAN_TX_msg.data[4] = Fw_Version_Major;
          CAN_TX_msg.data[5] = Fw_Version_Minor;
          CAN_TX_msg.data[6] = Fw_Version_Revision;
          CAN_TX_msg.data[7] = Fw_Version_Unreleased;
          CAN_TX_msg.len = 8;
          CANSend(&CAN_TX_msg);
          break;
        case 0x001:  //Heartbeat Message
          CAN_TX_msg.data[1] = nodeID >> 8;
          CAN_TX_msg.data[0] = nodeID;
          CAN_TX_msg.len = 8;
          CANSend(&CAN_TX_msg);
          break;
        default:
          break;
      }
    }
  }
}
float target_angle = 0;
Commander command = Commander(Serial3);
void doTarget(char* cmd) {
  command.scalar(&target_angle, cmd);
}

void doMotor(char* cmd) {
  command.motor(&motor, cmd);
}

void doAnalog(char* cmd) {
  if (cmd[0] == 'T') Serial3.println(analogRead(TEMP));
  else if (cmd[0] == 'V') {
    Serial3.print("Voltage: ");
    Serial3.println(analogRead(VOLTAGE) * 0.0032);
  }
};

void setup() {
  analogReadResolution(12);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  Serial3.setTx(TX3_SCL2);
  Serial3.setRx(RX3_SDA2);
  Serial3.begin(115200);
  SimpleFOCDebug::enable(&Serial3);

  sensor.init(&SPI_1);
  motor.linkSensor(&sensor);
  driver.voltage_power_supply = 8;
  driver.init();
  motor.linkDriver(&driver);
  current_sense.linkDriver(&driver);
  // control loop type and torque mode
  motor.torque_controller = TorqueControlType::foc_current;
  motor.controller = MotionControlType::velocity;
  motor.motion_downsample = 0.0;

  // velocity loop PID
  motor.PID_velocity.P = 0.2;
  motor.PID_velocity.I = 20.0;
  motor.PID_velocity.D = 0.0;
  motor.PID_velocity.output_ramp = 1000.0;
  motor.PID_velocity.limit = 8.0;
  // Low pass filtering time constant
  motor.LPF_velocity.Tf = 0.01;
  // angle loop PID
  motor.P_angle.P = 20.0;
  motor.P_angle.I = 0.0;
  motor.P_angle.D = 0.0;
  motor.P_angle.output_ramp = 0.0;
  motor.P_angle.limit = 40.0;
  // Low pass filtering time constant
  motor.LPF_angle.Tf = 0.0;
  // current q loop PID
  motor.PID_current_q.P = 1.5;
  motor.PID_current_q.I = 15.0;
  motor.PID_current_q.D = 0.0;
  motor.PID_current_q.output_ramp = 1000.0;
  motor.PID_current_q.limit = 5.0;
  // Low pass filtering time constant
  motor.LPF_current_q.Tf = 0.005;
  // current d loop PID
  motor.PID_current_d.P = 1.5;
  motor.PID_current_d.I = 15.0;
  motor.PID_current_d.D = 0.0;
  motor.PID_current_d.output_ramp = 1000.0;
  motor.PID_current_d.limit = 5.0;
  // Low pass filtering time constant
  motor.LPF_current_d.Tf = 0.02;
  // Limits
  motor.velocity_limit = 200.0;
  motor.voltage_limit = 5.0;
  motor.current_limit = 2.0;
  // sensor zero offset - home position
  motor.sensor_offset = 0.0;
  // general settings
  // pwm modulation settings
  motor.foc_modulation = FOCModulationType::SpaceVectorPWM;
  motor.modulation_centered = 1.0;

  motor.useMonitoring(Serial3);

  motor.linkCurrentSense(&current_sense);
  current_sense.init();

  motor.init();
  motor.sensor_direction = Direction::CW;
  motor.initFOC();

  command.add('T', doTarget, "target angle");
  command.add('M', doMotor, "motor");
  command.add('A', doAnalog, "analog read");
  motor.monitor_downsample = 0;
  //motor.monitor_variables = 0;

  Serial3.println(F("Motor ready."));
  Serial3.println(F("Set the target angle using serial terminal:"));

  bool ret = CANInit(CAN_250KBPS, 2);//PB8,PB9
  nodeID = eepromRead(1);
  if (nodeID >= 0x3F) {
    eepromWrite(1, NODE_ID_DEFAULT);
    nodeID = NODE_ID_DEFAULT;
  }
  CAN1->FMR |= 0x1UL;
  CAN1->FMR &= 0xFFFFC0FF;
  CAN1->FMR |= 0x1C << 8;
  CANSetFilter(0, 1, 0, 0, ((nodeID << 5) << 21), 0xFC000004);
  CANSetFilter(1, 1, 0, 0, ((NODE_BC << 5) << 21), 0xFC000004);
  CAN1->FMR &= ~(0x1UL);

  _delay(1000);
}

void loop() {
  motor.loopFOC();
  motor.move(target_angle);
  motor.monitor();
  command.run();
  CANread();
}

Odriveのほうもバージョンによってコマンドが変わっていたりするけどとりあえず使いそうなところだけ有効にしてみた。ノードIDはEEPROMに記録するようにした。同じファームを書いてあとからCANでノードIDを書き換えられる。ODriveではモードを切り替えないと現在のモード以外でのコマンドは受け付けないけど、モード切替なしにデータを受け取ったモードに自動で変更するようにしてみた。

CANのライブラリは以前フィルタを試したときに使わせてもらったスケッチと同じように元ネタのstm32f103.inoのsetupとloopを削除して"stm32f103-can.h"として別ファイルにして使用してみた。

いちいちCANでコマンドを入力するのが面倒なので簡易的なPythonツールを作成しようかなと思う。もしくはESP32で直接やってしまったほうが早いかなぁ?

あと通信が切れたときのためにモータの動作を止められるように通信Watchdogをつけておいたほうがいいかもしれないかなぁ。モータが回りっぱなしになってしまうし。