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衝突防止機能付きラジコンカーの自作

シャーシフレーム（駆動モータ付き）を購入して無線コントローラをはじめその他の部品を組み合わせて本格的なラジコンカーを製作してみた。

特徴的な点は、
　1)RC用送受信機をマイコンと無線通信モジュール使って設計製作
　2)障害物検出センサを使った衝突防止機能の追加
　3)エンジンの起動時や走行時の音声発生機能を追加



今回購入したシャーシ―フレーム
私には、シャーシを始め駆動機構の製作が不得意のため、写真のシャーシーフレームを購入し利用した。



その他の追加機能用モジュールを下記表に示す。



無線コントローラの外観と内部写真を下記に示す。



ラジコカーに搭載した各種モジュールを下記に示す。



障害物検出センサの取付状況を下記に示す。



障害物検知センサの取り付け方向を下記に示す。
前方のセンサ取付状況



後方のセンサ取付状況



各障害物検知センサの検知状況による操舵条件を下記表に示す。
センサON（●印）の組み合わせて操舵や走行モータを制御している。



終わりに

1)障害物に近づくと所定の動作をして障害物を回避するが、まだ多くの改善の余地が残っている。
センサーのON/OFF機能ではなく距離を入力することができれば、さらに自然な障害物回避が可能となるであろう。

2)電源スイッチを入れるとエンジン始動時の音が出たのちにアイドリング状態での音が出し、走行指示が入ると走行中の音を発生し、ゲームのようなリアル感が出た。また送信機のスイッチの指示によりクラクションを鳴らすことができる。

3)ボディの製作が残っており検討を進めたい。
ボディ完成に合わせて、マイコン2のI/Oポートにまだ余裕があるので、ヘッドライト、ストップライトあるいは方向指示器などを制御する機能を追加してみたい。

4)初めてラジコンカーの製作に挑戦してみたが、ラジコン本来の機能に加えて、マイコンを使うことで新たな機能を追加したりすることができ、楽しい経験ができた。

以上

タッチセンサによる車の盗難防止装置を試作してみた

1.はじめに

　車の電子化と盗難事件の現状としては、車メーカの盗難防止装置の進化にもかか　　　　
　わらず盗難事件が頻発　　　
　試作の概要としては、GitHubにホスティングされているマイコン用ライブラリ　
　を検索し静電容量の変化を検出するタッチセンサライブラリを見つけた
　このライブラリを利用し、車のボディに接触すると自動検知および通報するがで　
　きる盗難防止装置（仮称：オートアラーム）を試作したのでその概要をまとめる


2.測定原理

　GitHubでホスティングされているCapacitiveSensorライブラリ適用
　CapacitiveSensorの動作は、RC回路の充放電特性の変化を利用
　マイコンのSendPin①とReceivePin②間に高抵抗R（例えば数MΩ）を接続
　②に金属板を取り付けて人体とGND間の静電容量の変化を検知する方式（図1参照）





3.実験回路での動作確認

実験回路の構成と動作確認方法

　ARDUINOデジタルピン4を出力に設定し図2の①と抵抗10MΩを接続
　図2の②をGND間に0.001μFのコンデンサを接続し、ARDUINOからの矩形波①　
　と抵抗Rと容量CによるRC充放電特性②をオシロスコープで波形観測



　（図１と図２は、Capacitive sensing on Arduino – A better way（Capacitive sensing on Arduino – A better way – Charrette & Beget）の解説論文に記載の図を引用）

実験回路での動作確認

　矩形波の出力とRC回路による波形の変化（図3参照）
　入力矩形波①に対してコンデンサの充放電特性が観測された



　指を触れたときの波形の変化と課題（図4参照）
　人体の誘導磁界により波形が高速に変化している
　この状態では、タッチセンサとしての動作が不定となる




4.CapacitiveSensorライブラリの特徴

　1)CapacitiveSensorライブラリは、キャパシティブセンサの高速な変化を精度　
　良くで測定するためRC回路の充電と放電制御を高速で複数回充放電を繰り返す
　直接レジスタとビットを操作し、より高速なピン制御を実行
　2)周囲の環境変化や指で触れたときのキャパシタンスの変化を的確に捉えるた　
　め閾値を超える充電および放電にかかる時間（ナノ秒からマイクロ秒の範囲にな
　ることが多い）を各サイクルで計測
　capacitiveSensor のコンストラクタsenseOneCycleで各サイクルの充電および
　放電時間が測定、その平均値が判定基準とするアルゴリズムのようだ


5.タッチセンサ装置の試作(送信機)

　1)マイコンにARUINO NANOを適用
　2)デジタル出力ピンと入力ピン間に10MΩの高抵抗を接続
　3)デジタルピン２を車のボディにアクセサリソケットのマイナス側に接続
　4) 計測データの判定結果表示用にカラーLEDを搭載
　5)測結果を無線通信モジュール（ｎRF24）で受信機に送信
　6)タッチセンサ送信機の電源
　車のバッテリから直接電源を取るとバッテリ上りを懸念
　太陽電池パネル（DC6V1W）を充放制御モジュール（TP4056）経由でリチュ　
　ウムイオン電池に充電
　この電池にDC-DC昇圧モジュール（MT3608）によりDC５Vをマイコンの電源　
　として供給


6.送信部のブロックダイアグラム（図5-1）



　1)タッチセンサ送信機から送られてくる計測データを無線通信モジュールで受
　　信
　2)マイコン（ATMega328P）で判定後にOLEDディスプレイに状態を表示
　3)車に人が触れたと判定された場合
　　MicroSDに書き込まれた警報音(MP3方式の音声データを記録)を　
　　スピーカから発音する方式
　　OLEDにEMERGENCY！ほかの文字を表示（下記図を参照）


7.受信部のブロックダイアグラム（図5-2）







送信機の外観と内部の説明（図6-1、図6-2）





受信機の外観と内部の説明（図6-3、図6-4）






実際の動作状況
送信機の外観と動作状況（図7-1）



受信機の外観と動作状況（図7-2）





8.まとめ

タッチセンサによる盗難防止装置の有効性
　　　1)太陽電池による充放電制御によりバッテリ上りの心配がない
　　　2)LEDの移動点滅表示による威嚇効果がある
　　　3)離れた場所で音とLED表示機能により監視できる
その他の利点
　　　1)ライブラリ活用で効率の良いプログラム開発が可能
　　　2)必要機能部品をモジュールとして安価で短納期に入手可能　　　　　　
　　　3)製作時間および動作検証の短縮化に貢献
今後の改良点と展望
　　　1)動作の信頼性の検証および拡張性について検討を進める
　　　 （タッチセンサ受信機から別の個所にスピーカや照明を遠隔制
　　　　御するなどの拡張性も検討）
　　　2)WiFi通信の利用によりスマートフォンでの受信機能も検討

以上

アマチュア無線の移動局でハムログ（通信記録）を簡便に使うためポータブルタイプのロッガーを製作しました。


１．概要
①ハンディトランシーバ（ICOM ID-52）の設定や表示情報を利用
②必要な情報は、CI-Vインターフェース経由で受信
③周波数、GPS位置情報などを自動的にマイコンに転送
④交信相手のQRA,QTH、RSTレポート、その他メモなどをワイヤレスキーボードで入力


２．基本機能
①ID-52の運用状況の一部転送表示（図2）
②相手先のコールサイン（CALLER）、RST、ＱＲＡ、QTH、メモを記ボード入力（図3）
③MicroSDカードに記録
④シンプルで煩雑にならない設計





３．ハードウェア構成
①カラーLCD、2つのSerialポート、多くのI/Oポート、多くのメモリ使う
　　　→マイコンは、ARDUINO Mega2560を適用



②表示する情報を直感的に把握
　　　→320×240の分解能2.8インチ・カラーLCD表示を採用



③PCレスで簡易にキーボード入力
　　　→ワイヤレスUSBインターフェイス利用



④LCD にビルトインされたmicroSDドライブを内蔵　　　　　　　　　　　　　
　　　→CSV形式でログを記録　　　
　
⑤項目選択スイッチ
相手先のコールサイン（CALLER）、RST、ＱＲＡ、QTH、メモなどの情報は、スライドスイッチをM→Lにすると入力画面に切り替え
それぞれの入力希望項目のスイッチを押してからキーボードで入力
CALLサインは、シフトキーを押さなくても大文字に自動的に変換

４．ソフトウェア（CI-Vインターフェイス）
ICOM無線機のCI-Vフォーマット
メーカ提供のCI-Vの基本フォーマット（ICOM ID-52取説より抜粋）



CI-Vコマンド


受信周波数の読込
ID-52に　　FE,FE,RX_address, TX_address, E0,03,FD　　
を送ると図に示す周波数データが戻ってくる



GPS情報の読込


ログの内容
ポータブルロッガーの内容をMicrSDカードにCSV形式で記録




モバイルハムを運用する場合にノートPCは使いづらい場合がある！
簡単にログを記録できないか？　→　PCレスの「ポータブルロガー」で解決

今後は、さらに小型化、キーボードの替わりに
タッチパネルを使うなど機能改良を検討予定です。

車のOBD-IIコネクタは、CAN通信インターフェイスを介してマイコンと通信することで、車から様々なデータを取得表示することができます。
そこで、 Seeed Studioで販売のマイコン「Wio Terminal」とシリアル「CAN-BUSモジュールキット」を使って、車にPIDを送出し情報を取得LCD表示してみます。
OBD(On Board Diagnosticsの略）
PID (Parameter Identification Dataの略)



１．OBDⅡモジュールの選定

シリアルCAN-BUSモジュール（MCP2551）とマイコンとの通信モジュール（MCP2515）が搭載されたキットをスイッチサイエンスさんより入手しました



コネクタのピン配置を図に示します。



２．OBDⅡ用マイコンの選定

Seeed StudioのWi-Fi/Bluetooth機能搭載のマイコン「Wio Terminal」を使ってみました。
ARM Cortex-M4F 32bitCPUコアを実装したマイコン「ATSAMD51P19」をメインに、2.4インチのカラー液晶ディスプレイ、加速度センサー、マイク、光センサー、赤外線送信用ランプ等のデバイスが一体化されています。Arduino IDEにボード設定とLongan-Labs/Serial_CAN_Arduinoのライブラリーをインクルードして使いました。





３．CAN-BUSモジュールとマイコンの接続

マイコン「Wio Terminal」とシリアルCAN-BUSモジュールを専用ケーブルで接続します。
専用ケーブルは、コネクタのすべてのピンが接続されていますが、6ピンと14ピンおよびグランドピンしか使いません。
コネクタの電源ピンは、常時電源が接続されておりバッテリ上りを防ぐため、ACC電源をシリアルCAN-BUSモジュールに接続しました。
電源ラインが取り出せるようになっているケーブルをamazonで見つけました。

４．ソフトウェア

ライブラリ（Longan-Labs/Serial_CAN_Arduino）の中にsampleプログラムが提供されているので、IDE（統合開発環境）でアレンジしてマイコン「Wio Terminal」に書き込みました。
表示したいデータを決定しLCDに表示するプログラムを作りました。
数値データだけでは分かりずらいため、スピードとエンジン回転数は、直観でわかるようにバーグラフ表示も追加してみました。

LCDとCAN通信のライブラリをインクルードして

#include"TFT_eSPI.h“
#include
下記の4つの情報を定義する
#define PID_ENGIN_PRM       0x0C　　// engin speed, 0-999
#define PID_VEHICLE_SPEED   0x0D　　// speed, 0-200
#define PID_COOLANT_TEMP    0x05　　//　cooltant temp: 0-999
#define PID_INTAKE_TEMP     0x0f　　//　intake temp: 0-999

５．LCD表示結果

プログラム上でデータを設定しシミュレーション表示させ確認しました



SPEED、は100km/h以下のため数値とともに青色バーグラフ表示
RPMは、3000ｒｐｍ以下のため青色バーグラフ表示



SPEEDは、100km/h以上では数値とともに赤色バーグラフ表示
RPMは、3000ｒｐｍ以上では赤色バーグラフ表示

６．走行状態でのOBDモニタの表示結果

走行状態での車の速度計とOBDモニタの表示を比較してみました



TOYOTAのPRIUSに今回製作したOBDモニタを取り付けて、高速道路での走行状態で表示させ比較してみました。

PRIUSの速度表示は、OBDモニタの表示よりどの速度でも5km/h高めに表示されていました。
タイヤの空気圧の違いによる誤差やその他の設計意図により高めのスピードを表示しているように推察されます。

エンジンの回転数は上がらず、またエンジンが停止している時間も長いため、燃費が良いという事を、今回の実測から実感できました。　　さすがハイブリッド！でした。

クラウンスポーツに入れ替えたのを機にUHF帯アマチュア無線機（ICOM ID-5100D）を搭載









１．コントローラは、運転室付近に取付
1)コントローラは、無線機本体と分離設置可能、停車時に手元操作
2)不使用時は、サイドのコンソールボックスに収納



２．無線機本体は、トランクルーム床面下に収納

1)トランクルームの床面下に無線機本体を収納
2) ACC電源で無線機本体の電源を制御
3)エンジンOFF時、無線機本体電源を供給OFF



３．無線機の冷却

1)床面カバー下に収納のため温度上昇を懸念
2)本体冷却ファン近傍の吹き出し温度をセンサ（LM35）で検出
3)温度に比例した電圧をマイコン（ATtiny85）で検出しＰＷＭ制御
4)DC12V冷却ファン(φ120)を床面に取り付け
5)ファンは、マイコンの５V PIO信号で直接制御可能タイプ



４．モニタースピーカの取付と機能追加

1)運転席付近でモニター用のスピーカを取付
2)新たに信号線を配線せずに無線機と相互通信できる　　
3)CI-Vのインターフェース経由でコントローラに表示された情報を
　　マイコン(ARDUINOnano)で取り込みLCD(ST7789)表示





５．アンテナ基台の取付

1)テールランプが容易に外れ、同軸ケーブル貫通用穴あり
2)市販アンテナ基台の改造
3)テールランプの上部のフラットな部分にアンテナ基台取付





６．アンテナ用同軸ケーブルの配線経路

1)線径小，低損失同軸ケーブル使用（外径2.53φのRG-316/U）
2)樹脂製テールランプはアンテナ基台部分に直接アース配線不可
3)アンテナの機種によりラジアル要否を切り替える必要あり
4)トランクルーム内でラジアルの入り切りスイッチを取付



７．アンテナの比較

アンテナ選定にあたり、仕様にラジアルの要否が記載されている
3本のアンテナについて、SWRの相違点を調査



８．アンテナの仕様比較



９．アンテナインピーダンス特性の測定
ＮａｎｏＶＮＡにＰＣを接続



１０．アンテナインピーダンス特性の測定例



１１．常用アンテナの選定

1)AZ504FXは、ラジアルを付けるとスミスチャート上で145MHzと430ＭＨz帯ともに3本の中で最も50+ｊ0Ωに近接した値を示す
2)AZ504FXは、電気的特性に加えてアンテナ長が短くフレキシブルであり立体駐車場との干渉がしくい
3)高速走行時の風の影響を受けにくい
AZ504FXを常用とし他の2本は、必要に応じて取替

測定結果は、(無保証)特定条件下のものでメーカの値と相違していることに注意