4/29 arduinoでオシロスープ＆サーキュレータ用DCモーターの調査

珍しく、修理以外の記事です。うまくいってうれしかったので。

ちょっと調べたいことがあって、とうとうオシロスコープが欲しくなり、2週間ほどネットオークションを物色して何件か入札掛けてみたのですが、なかなかお手軽な値段では落とせない。
ちょっといいスペック・状態の物は、やっぱりそこそこの値段まで上がってしまう。まあ、当然だよね～。
やっぱりデジタルオシロでないと。デジタルでもブラウン管のヤツはブラウン管が逝ったらおしまいだから、やっぱりデジタルオシロで液晶モニターがいいなぁ…。
使い方に慣れるまでは、スタンドアローンよりもパソコンにつないで使うUSBオシロの方がいいかしら…。
最低でも20MHzは欲しい。27Mhzのラジコン電波が見れた方がいいかしら。100MHzぐらいあれば文句ないけどなぁ…。

秋月のキットは、カラー液晶でかっこよくて￥3,780だけど200kHzまでのと、1MHzまで測れるけど白黒液晶で￥4,700のとあるけど、どっちもどっち。果たして出費に見合う性能だろうか…。

と、長らく悩んでいましたが、ふと、「arduinoで簡単にUSBオシロができる」という話があるのを思い出しました。「オシロが欲しい」の検討の中で、arduinoは所詮クロックが16MHzなので、測定可能な周波数も限られるし、スタンドアローンが欲しかったので眼中になかったのですが、目前の調べたいことに対しては役に立つかも。

で、調べてみると、やっぱり簡単そう。
九州工業大学の情報工学部（飯塚キャンパス）さんが作ってくれたプログラムです。
（https://www.iizuka.kyutech.ac.jp/faculty/physicalcomputing/pc_kitscope）

arduinoはとりあえず持ってないけど、事実上「Rxduino」のGR-SAKURAが1台ある。クロックが違うけど、移植できるかしら…、と妄想を膨らましていたらば、arduinoはunoじゃなくてnanoでも行けるとの事。
だいぶ前にaitendoで買ったnano互換品を1個持ってるじゃないか！

という事で、家にある部品だけで、構想・製作：半日、長らく悩んでたオシロスコープが、あっという間に出来ましたｗｗ。

こちらのサイト→Arduino講座 1000円で作れる簡易USBオシロスコープも参考にさせてもらいました。（参考というより、そのまんまですｗｗ）
ブレッドボードで試作せずに、いきなりユニバーサル基板で作っちゃいました。
nanoの取付には、手持ちであったピンソケットを使いました。ちょっと不必要に背が高くなって見栄えが悪いですが。
トリガー機能用の1μFコンデンサと100kΩ抵抗は、nanoの下に隠れてます。

任意周波数の矩形波生成がついてるので、作ってすぐ動作確認もできます。
どうやら、100kHzあたりが限界の様で、波形がだいぶなまってしまいます。

画面もオシャレかっこいいです。上記画像が、自分（nano）で生成した100kHzを測った結果の画面です。

さて、オシロができたので、早速調べたかった物を調べてみよう。
調べたかった物は、ブログ題名の通り、サーキューレータ用DCモーターの制御信号です。

話せば長いのですが…、「8×8×8 LED-CUBE」に続くLED工作第2弾として、「LED GLOBE（又はLED Sphare）」なるものを作ってみようかと。
円周状に並べたLEDを高速で回転させると、残像で球状に見える。LEDを高速で点滅制御させて、地球儀の様な表示をさせる物です。（「バーサライター」という分類名の装置の一種になるらしい。）

どうやって回転させようかしら…。マブチのRE-280ぐらいじゃ力が足りなそう。RS-540ぐらいならどうかしら。でも、減速機が必要かしら。プーリ・ベルト駆動かしら…。
でも、模型用モーターはブラシの耐久性が問題。ディスプレーで何時間も回すと、すぐダメになりそう…。

耐久性で言えば、ブラシレスDCモーターがいい！でも高い！
ホビーユースでも、コントローラと合わせて1万円ぐらいする…。
そうだ、回転軸に直接磁石くっつけて、ブラシレスモーターを自作してしまおう！と、いろいろ調査＆勉強。しかし、なんだかんだで結構お金かかってしまう…。

そうだ！扇風機とかサーキュレーターファンとかの家電のモーターを使おう！
と、ネットオークションを漁ってたら、いいのが出てました！
「サーキュレーターが動かなくなったので直そうとしたけど直らなかった」という、バラバラにしたサーキュレータが￥199で出てました。そのまま最初の価格で落札出来ちゃいました。（送料が1300円掛かりましたが。）

落としたサーキュレータの基板・メインモーター部が下の写真。

ほとんどの線がぶった切ってありましたｗｗ。コンセント（電源コード）もついてませんでした。

首振りモーターの線はぶった切って、基板確認して電源コードつなげて、切れてたモーター行きの線3本を色の通りに繋いで、コンセント差してみると、ちゃんとモーター回りました。速度も5段階、ちゃんと切り替わりました。
ラッキーでした。モーターのコイル（外磁）だけ使おうというつもりで購入しましたが、モーター生きてれば、駆動回路を手作りしよう。
でも、駆動回路も生きてるなら、電源IN・速度切り替え等の制御をなんとかすれば、そのまんま使えるわ～。

速度切り替えやタイマー・首振り等は、写真右下：緑の操作基板の方に乗ってるマイコンがやってます。操作スイッチは静電容量式の？タッチスイッチなんですね。
メインの方の基板には、８ピンのFETの様なICが３つ乗ってます。

ブラシレスDCモーターの3相のON-OFFの為かと思いきや、型番調べたらトライアックでした。DCモーター制御なのに何故トライアック？と思ったら、この３つは、左右首振り用の交流シンクロナスモーターと、上下首振り用の交流正逆回転シンクロナスモーターの駆動用でした。

DCモーターの中身は、こんなんなってました。

モーター巻き線からは「U,V,W」の３本線が出ており、３相ブラシレスDCモーターには違いないようですが、モーターへの線３本は、黒がGND、赤がDC24V、黄色は制御線の様です。
センサーレスと思われますが、モーターについてる基板上のICが、各相のON-OFFも含めた制御全てをやってる様です。
メイン基板の回路を起こそうかと思ったものの、結構複雑で無理でしたが、どうやらメイン基板はＤＣモーターへの24V電源供給しかしてないようです。

黄色の制御線は、DMMで測ると2.4Vと出ます。PWMかしら…。でも、速度切り替えても電圧変わらない。PWMならDMMでの測定電圧変わると思うんだけど…。

で、このたび、arduinoオシロ作って測定しました。180～700Hzぐらいの、Max約5V、DUTY50%の方形波が出てました。（だから、DMMで2.4Vだったんですね。）
左が「速度4」、右が「速度5」の測定結果です。
　
測定画面、下にFFT結果を表示できます。拡大してカーソルを合わせると、周波数が出せます。
速度1～5で、180,350,450,510,700Hzぐらいの周波数の様です。速度設定を切り替えると、ゆっくりと周波数が変わる様になってます。
速度5の時のFFTでカーソルを合わせたときの表示が、こんな感じ。

九工大さんの作品、なんて便利！方形波ジェネレータも付いてるので、制御のテストもできちゃいました。
SWとかのついてる制御基板を外しちゃって、arduinoからの方形波出力を直結して、150～700Hzを出すと、ちゃんと速度制御でモーター回せました。
これで、LED Globeに向けての準備着々です～！