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2014年2月 8日 (土)

ナノトラッカーのコントローラの置き換え

今日は朝から雪か降り続き、首都圏は大雪です。

ベランダの手摺りには、10cmくらい積もっています。

割とさらさらの雪で風か強く屋根の雪は吹き飛ばされて、それほど積もっていません。

20140208_24447

部屋に閉じこもっていて、ナノトラッカーのコントローラを置き換えのための準備中です。

構想は、ArduinoをベースにL6470ステッピングモータドライバでコントロールし、ピリオディックモーション分の回転補正を加えれるようにしてみようかというものです。

まず、Arduinoは、既製品を購入すると3000円近くしますので、秋月電子の互換基盤で作ります。

USBシリアル通信モジュール以外では、1000円以下でできるのが味噌です。

Unoこの写真をとって気づいたのですが、三端子レギュレターの型番が7806になっています。

これは明らかに間違いで、7805を買って付けたはずなんですが、なぜか7806でした。

組み立てた時のチェックで6Vが出ているのでおかしいとは思っていたのですが、まさか部品がまちがっているなんて思いもしませんでした。

なお、写真のATMEGA 328P-PUは、Arduino用ブートローダ書き込み済のものですが、その後は、書き込み方法も習得できましたので、自分で書き込みもできるようになりました。

なお、X3等の端子は、この目的には使用しないので、デフォルトで短絡またはピンヘッダーを立てていません。

これに、LCDキャラクタディスプレイ、操作スイッチとL6470モジュールを接続するための基盤をArduino用ユニバーサル基盤を使いワイヤ配線したものを載せ、さらに秋月電子製のL6470ドライバーキットを載せました。

L6470

今回使用した秋月電子製のL6470ドライバーキットは、前に使ったストロベリー・リナックス製とほとんど同じですが、大きさが大きいこと、値段が1800円と安くなっています。

このL6470ドライバーの使い方は、赤道儀の自作で概要はわかっていたつもりだったのですが、今回、あらためてマニュアルを読み直し、試行錯誤した結果、その多機能ぶりに改めて驚かさせられましたし、間違った理解をしていたこともわかりました。

さて、肝心のナノトラッカーの内部構成ですが、

Nano2写真のように、バイポーラステッピングモータとギヤボックス、ウォームギア+ウォームホイールでなっており、モータからは4線が直接コネクタに出ています。

コントローラ側は、

Nano4

PIC18F1220を中心としたもので、バイポーラステッピングモータをコントロールしています。

ですから、簡単にコントローラを置き換えることができる構成です。

さて、ウォームギア+ウォームホイールのギア比が1/50であること、モータの駆動電圧が3~4.5V程度であろうこと、以外公表されていませんから、駆動するための諸元を探ることになります。

試行錯誤した結果、必要な諸元は、次のとおりと推測できました。

モータ 20ステップ/回転 18度/ステップ

ギアボックスのギア比 1/560(推定)

モータ駆動電圧は最高でも4.5Vと考えられますが、L6470ドライバーのモータ駆動電源の電圧は8V~45Vですので、高すぎるようですが、そこは、L6470の多機能さ、駆動電圧を設定できるので、コントロール用レジスタの値を、

KVAL_HOLD(停止中の電圧設定)

KVAL_RUN(定速回転中の電圧設定)

KVAL_ACC(加速中の電圧設定)

KVAL_DEC(減速中の電圧設定)

を0x40~0x60程度に設定すれば、モータ電源電圧12Vの時で、4.5V以内で駆動できます。

実際の駆動でも、脱調したり、熱を持つことなく駆動可能でした。

駆動方法は、回転速度の補正が可能でなければなりませんので、Arduinoからステップパルスを出力し、そのパルスで駆動するステップクロックモードし、パルスは、MsTimer2を使った割り込みで発生させます。

なんとかこの方法で可能なパルスの周波数は50Hz程度と想定し、このパルスで目的の回転数を得るようにしました。

1436min/day ×1/50 × 1/560 × 60 sec/min = 3.077秒/モータ回転数

モータ1回転には20パルス必要ですから

20 p/回 ÷ 3.077sec/回 = 6.500p/sec

これを50パルス/sec程度にするマイクロステップは

50 ÷ 6.500 = 7.692 ですので、1/8マイクロステップで動作させる

としました。

すると、

20 × 8 = 160pを3.077秒となるので、

160p/回 ÷ 3.077 秒/回 = 52.00p/秒 = 19.2msec/p

のパルスを出せるように設定することとしました。

割り込み時間を9msecで駆動すると若干早くなりますが、あとは、パルスを中抜きすることで調整・補正する余地をのこすことにしています。

あとは、実際に撮影、補正値の設定を繰り返し詰めていけばいいのではないかと思っています。








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