IrLED テスト

サンプル取得した広指向赤外発光ダイオード(RLD224)のテストを行ないました。
問題があることがわかりました。


実験は赤外線標識(IrBeacon) テストその１で使ったPICをそのまま使い、赤外線標識用回路は今回用に新たに作成しました。
この回路の電源は9V-1.2AのACアダプターを使い、赤外発光ダイオードをドライブするためのFETには余っていた75AmpsのパワーMOSFETを使いました。MOSFETはオーバースペックですが、問題ないと考えています。
赤外発光ダイオードを沢山ドライブすると、ACアダプターの瞬間最大電流が厳しい可能性があるので、1000μFの大容量コンデンサをかましてあります。
2.2Ωの抵抗とRLD224を３つ直列にテストボードに接続して、テストしました。
結果：到達距離5cm
予想より到達距離が小さいので、スペックを再度チェックしてみると、広指向赤外発光ダイオード(RLD224)の発光波長は910nmなことがわかりました。
今使っている受光素子(NJL74H380A)の受光波長は940nmとずれているのです。
次に、今もっている送信機用の赤外発光ダイオード(SLR931A)でテストする為、LEDを３つだけ抜き出してみました。
一番右の列の下から３つを抜き出してテストボードに接続しています。
結果：到達距離30cm
　有効角度：＋－２０度

この実験結果から、RLD224にあった受光素子を探す必要があります。しかも、RLD224と同レベルの出力パワーであるSLR931Aでも到達距離が小さいので、RLD224で実験を進めるのは好ましくないと結論しました。
早速、 motoショップから赤外発光LED(QED234)注文することにしました。
QED234は指向特性である半値角が＋－20度と狭いので、数多くのLEDを半球状に装着してテストする必要があると考えています。

広指向赤外発光ダイオード 入手

広指向の赤外発光ダイオードを岡谷電機産業からサンプル入手しました。


赤外線標識(IrBeacon)、標識方向センサー(BeaconDirectionSensor)を使った位置認識に適した赤外発光ダイオード(IrLED)とは、出力が大きくて広指向のものです。
一般に家電のリモコンに使っているものは、動かしたい家電をねらってリモコンします。つまり、指向性の強いIrLEDが採用されています。これは、ユーザが意図しない家電の誤動作を避ける意味でリーズナブルです。
この指向性の強いIrLEDを赤外線標識に使うと、数多くIrLEDを装着しないと死角が出てしまいます。（数多く装着すると大仏の頭みたいになるかも）
そこで、次にマウスのトラックボールなどに使われている光学認識用のIrLEDは広指向なのですが、出力が弱すぎて使えません。
とにかくインターネットでIrLEDを検索してみたところ、いくつかのメーカで、広指向で高出力のIrLEDがあることがわかりました。
そのメーカの１つ「岡谷電機産業」にサンプルをお願いしたら快く応じてくれました。

赤外線受光素子 入手

4/25 motoショップに行きました。しかし、欲しい部品の１つが見つからなかったのでe-mailで直接注文してみました。
motoさんの素早い対応　感謝です。
今日届きました。


注文リスト
赤外線受光素子 NJL21V380A 38.0kHz 18個　x 130 = 2340円
金属皮膜 抵抗 2.2Ω 1/4W 1% 　　20個　x 3 = 60円
送料　200円
合計２６００円

赤外線標識 部品入手

4/25 秋月電子Ｗｅｂ通販にオーダーした部品が今日届きました。


購入商品===================================================================
　◆ 注文 1 ◆
　　[K-00200] ＰＩＣプログラマーＶｅｒ．４『バージョンアップキット』
　　・定価　1台 \1,500.
　　ご購入数量： 1台 ￥1,500
　◆ 注文 2 ◆
　　[P-00090] 積層セラミックコンデンサー　０．１μＦ　５０Ｖ（１０個入）
　　・定価　1パック \100.
　　ご購入数量： 2パック ￥200
　◆ 注文 3 ◆
　　[P-01212] 電解コンデンサ　１０００μＦ １６Ｖ（１０個）
　　・定価　1テープ \180.
　　ご購入数量： 1テープ ￥180
　◆ 注文 4 ◆
　　[R-16334] カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗）１／６Ｗ 330KΩ（１００本入） [RD16S 330K]
　　・定価　1パック \100. 10パック \650.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 5 ◆
　　[R-16202] カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗）１／６Ｗ 2KΩ（１００本入） [RD16S 2K]
　　・定価　1パック \100. 10パック \650.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 6 ◆
　　[R-16102] カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗）１／６Ｗ 1KΩ（１００本入） [RD16S 1K]
　　・定価　1パック \100. 10パック \650.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 7 ◆
　　[I-00985] ４回路入りコンパレータ　ＬＭ３３９（６個入） [LM339]
　　・定価　1パック \100.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 8 ◆
　　[I-00120] 超音波センサ（送受信セット） [T40-16/R40-16]
　　・定価　1個 \600.
　　ご購入数量： 3個 ￥1,800
　◆ 注文 9 ◆
　　[I-00222] パワーＭＯＳ－ＦＥＴ　２ＳＫ３１６３ [2SK3163]
　　・定価　1個 \200. 10個 \1,800.
　　ご購入数量： 3個 ￥600
　◆ 注文 10 ◆
　　[I-00034] パワーＭＯＳ－ＦＥＴ　２ＳＪ４７１ [2SJ471]
　　・定価　1個 \200. 10個 \1,800.
　　ご購入数量： 3個 ￥600
　◆ 注文 11 ◆
　　[P-00006] ＩＣソケット　１４Ｐ（１０個入）
　　・定価　1パック \100. 24パック \1,440.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 12 ◆
　　[P-00008] ＩＣソケット　１８Ｐ（１０個入）
　　・定価　1パック \100. 19パック \1,425.
　　ご購入数量： 1パック ￥100
　◆ 注文 13 ◆
　　[P-00186] 両面スルホールガラス・ユニバーサル基板　１.２７ｍｍピッチ（７２ｘ５１ｍｍ） [AE-3M]
　　・定価　1枚 \150. 10枚 \1,300.
　　ご購入数量： 5枚 ￥750
　◆ 注文 14 ◆
　　[I-00567] ＰＩＣマイコン　ＰＩＣ１６Ｆ８８－Ｉ／Ｐ [PIC16F88-I/P]
　　・定価　1個 \230.
　　ご購入数量： 2個 ￥460
　　□商品合計　　 ￥6,690.(税込)
　　□送料　　　　 ￥500.(1ケ口になる予定です)
　　□代引手数料　 ￥300.
　----------------------------------
　　■代引金額　　 ￥7,490.(税込)

赤外線標識(IrBeacon) テストその１

赤外線標識(IrBeacon)、標識方向センサー(BeaconDirectionSensor)を使った位置認識が可能かどうかの基礎実験を行いました。


赤外線標識
��ｏｋｏさん設計の赤外線発信装置が手元にあるので、これを改造して赤外線標識用実験装置を作成することにしました。
この装置にはＰＩＣ12C５０９Ａが使われています。今回の目的用にプログラムしたPIC12F675を差し替えて赤外線標識を作成しました。
この赤外線発信装置は体育館全てに赤外線が到達するようにIrLEDを数多く装着しています。
赤外線発信が強力すぎると、壁に反射した赤外線が受信してしまうと、発信方向が測定できなくなります。
かと言って、弱すぎるとその標識が認識できない場所が発生してしまいます。ですから、体育館のサイズにあった赤外線標識の発信強度を実験求める必要が出ます。
今回は、家の中で受光素子が方向センサーとして使えるかを確める為、IrLED１個のみが発信されるように、残りのIrLEDをマスクして実験しました。ちなみに、マスクしないで、家のなかで発信させると壁や天井に反射した赤外線を受信してしまうので、受光素子がどの方向を向いていても受信してしまいます。
標識方向センサー
以前Tokoさんから譲ってもらった、3.3Vタイプ赤外線受光素子が2個あったので、それを方向センサー用受光素子として標識方向センサー用実験装置を作成しました。
本来は受光素子８個装着してその受信情報から方向を測定しますが、今回は２個使って発信元の方向が測定可能か検証しました。

画像をクリックすると動画（4M）がオープンします。
画面が鮮明ではないですが、ノートPCディスプレイのデバックモニターに、受信したデバイスコード（１）が表示されています。
デバックモニターには受光素子８個分を想定して表示しているので、真ん中の２つに受信したデバイスコードが表示されているわけです。
受光素子を光源から角度を持たせていくと角度が急な受光素子が受信しなくなったのが確認できます。
これで、基本的にこの方式で標識方向の測定できることが確認されました。次は体育館テストです。

第58回 横田スローフライヤークラブ飛行会

第58回　横田スローフライヤークラブ飛行会に加しました。
1. 高度自動制御飛行機のテスト飛行
を行いました。


1. 高度自動制御飛行機のテスト飛行
画像をクリックすると動画（13M）がオープンします。
飛行会にPICライターまで持って行っていたのですが、マザーシップの調整に手間取り、制御ロジックの変更など踏み込んだテストはできませんでした。
動画は、自動制御ONの状態での飛行です。送信機のスロットルスティックはローのままでPICがスロットルコントロールして飛行しています。

高度自動制御　基本コンセプト　　　　　　　　　関連エントリー
センサを使って高度を測定する。その情報を元に、スロットルを制御して目標高度で飛行する。
センサ：飛行機の胴体に下向きに固定された超音波送信機から発信された音波の反射時間から、高度を測定する。
高度情報は、前回測定結果も保存し、その差分で上昇、下降も判断している
制御ロジック
高度情報から「目標高度」、「高高度」、「低高度」の３ケースに分け制御している
目標高度：高度維持
　　上昇ならスロットル下げ、下降ならスロットル上げ
高高度：下降
　　降下していなければスロットル下げ
低高度：上昇
　　上昇していなければスロットル上げ
問題点
��．センサは胴体に固定されているので、飛行姿勢に影響されセンサの方向が変化することになる。その影響は加味しなくても良いのか？
調整項目
��．測定間隔は現在スリープを入れて、約０．５秒毎に測定しスロットルコントロールしている。この測定間隔はどのぐらいが最適か？
��．目標高度と見なす範囲を「許容高度」と呼んでいる（目標高度が２ｍで許容高度が50cmなら、高度が1.5m～2.5mの時、PICは目標高度と判断することになる）
「許容高度」の大きさはどのぐらいが最適か？
��．制御ロジックに従ってスロットルを上げ下げするが、その制御サイズはどのくらいが適切か、またケースによって制御サイズを変える必要があるか？

首振り装置作成

画像をクリックすると動画（1.8M）がオープンします。
横と立てに首を振るようにサーボを取り付け、そこにPingを取り付けました。
このことで、３方向の障害物までの距離が測定できることになります。
これを使って、壁を回避する自動操縦が可能か検討してみました。


結論から言うと、現在の飛行機に搭載して壁を回避することは厳しいようです。
動画を見てわかるとおり、右、左、下と３方向計測が完了するのに約０．８秒必要です。
今回搭載予定の飛行機にこの装備を搭載した場合の予想飛行速度は約５ｍ／ｓです。
障害物発見が一番遅れるケースは、計測可能距離に接近して０．８秒後と言うことになります。
この飛行速度だと、４ｍ飛行することになります。このＰｉｎｇの計測可能距離は３ｍなので、壁に衝突するまで、障害物が発見できないケースが出てきます。
このＰｉｎｇを使った場合、もう２つＰｉｎｇを購入するしかないようです。

高度制御装置のPIC変更

高度制御装置のマイコンをPIC12F675からPIC16F684に変更しました。


PIC12F675はプログラムメモリが1024wordsで今回の目的には小さ過ぎます。また、I/Oピンが６つしかなく、今後の制御、センサーを考えるとこれも少な過ぎてました。
そこで、PIC16F684に変更することにしました。
PIC16F684はプログラムメモリが2048wordsでI/Oピンが12個と余裕があります。
制御プログラムも高度だけでなく、上昇、下降を判断して、スロットル制御するように変更しました。
I/Oピンは次のように計画しています
RA0：汎用サーボ出力
RA1：汎用サーボ出力
RA2：ESC出力
RA3：RCシグナル入力
RA4：エレベータサーボ出力
RA5：ラダーサーボ出力
RC0：高度Ping
RC1：右方向壁Ping
RC2：左方向壁Ping
RC3：デバックモニター
RC4：ロール傾きセンサー
RC5：ピッチ傾きセンサー