Espressif ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化する (ESP8266、DRV8830、ADS1015、アナログジョイスティック等でミニ四駆をラジコン化する)

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・2017/11/10

Espressif ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化する

(ESP8266、DRV8830、ADS1015、アナログジョイスティック等でミニ四駆をラジコン化する)

Tags: [電子工作]

● ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

　モータ等で動く物を何か作ろうと思い立ち、ありがちな ESP8266を使用してスマホから操作できるミニ四駆を作ります。
　既に色々な人が作っているので、それらの記事を参考にして（マネて）作ります。

基礎からのマイコンモーター制御（2）：マブチモーターをArduinoで制御する (1/5)

ミニ四駆キット

1/32 フルカウルミニ四駆シリーズ No.17 Item No:19417 サイクロンマグナム TRF

タミヤフルカウルミニ四駆シリーズ No.17 サイクロンマグナムTRF (スーパーTZシャーシ) 19417
ASIN: B0152TP5BC
【基本スペック】 ●完成時の全長146mm ●全幅90mm ●全高40mm
【別にお求めいただくもの】 ●単3形電池2本 ●モーター

下記のステアリングシステムで使えるシャーシの中で一番耐久性のよさげな評価のスーパー TZシャーシの車種を選びました。

ミニ四駆グレードアップパーツ No.258 Item No:15258 ステアリングシステムセット
　MINI 4WD STEERING SYSTEM SET(VS/TZ/TZ-X CHASSIS)

タミヤグレードアップ No.258 GP.258 ステアリングシステムセット 15258
ASIN: B002CAO2GY
ミニ四駆界隈で「夢パーツ」と呼ばれるステアリングシステム
実用性はともかく、その心意気がすごい。
強引な作りで、内輪差と外輪差等の考慮が全く有りません。（そもそも単純な四輪駆動なので無理ですが）

※ 下記以外のシャーシの場合はステアリングパーツの「加工」が必要となります。

VSシャーシ
スーパーTZシャーシ
スーパーTZ-Xシャーシ

ミニ四駆用AOパーツ Item No:94380 AO-1001 FA-130タイプノーマルモーター
初心者やミニ四駆シャーシのブレークインには低消費の安心ノーマルモーターをお使い下さい。

AO-1001：FA-130ノーマルモーター
ASIN: B0092XICZQ

ＤＣモーター　ＦＡ－１３０ＲＡ－２２７０ [FA-130RA-2270]

マブチの工作用モーター - FA-130RA
性能表｜単3乾電池使用時
使用電圧範囲: 1.5〜3.0V
適正電圧: 1.5V
適正負荷: 0.39mN·m(4.0gf·cm)
無負荷回転数: 8,600r/min
適正電圧・負荷時の回転数: 6,500r/min
適正電圧・負荷時の消費電流: 500mA
シャフト径: 2.0mm
重量: 18g
外観寸法: 25.0×20.1mm

モバイルWiFiルーター対応モバイルバッテリー DE-RKJ4ACシリーズ
　電池定格容量: 1600mAh
　本体質量: 64g

ELECOM 充電式リチウムイオン電池 Pocket WiFi用 miniB AC充電器付ブラック DE-RKJ4ACBK
ASIN: B0056F3YFC

・DE-RKJ4ACBK あきばお～で 300円で売られていたので ESP8266用に買いました

DE-RKJ4ACBK あきばお～で 300円で売られていたので ESP8266用に買いました

　DE-RKJ4ACBKは miniBコネクタなので変換アダプタを使用して ESP8266開発ボードと接続します。
カモン　5M-MB USB(2.0) miniB→mircoB変換アダプタ

カモン　5MMB-015 USB(2.0) miniB(メス)-microB(オス)変換ケーブル 0.15m

ミヨシUSB変換変換アダプタ miniB端子をマイクロ端子に変換 USA-MMC
ASIN: B005OP1ABY

変換名人 USB mini5pin → microUSB 右L型変換アダプタ USBM5-MCRLF
ASIN: B00K1XDYV8

[変換名人] USB mini5pin→microUSB 左L型(フル結線） TFTEC　[USBM5-MCLLF]
ASIN: B00O2X25V8

ELECOM スマートフォン用Micro-USB変換アダプタ USBminiB端子用 10cm ブラック MPA-MFMB
ASIN: B00400ODN6

　下記は microBコネクタなのでそのまま直接 ESP8266開発ボードと接続できます。
スマートフォン対応モバイルチャージャー DE-RKJ2シリーズ
　電池定格容量: 1600mAh

ELECOM スマートフォン用モバイルチャージャー充電式リチウムイオン電池搭載 microUSB ブラック DE-RKJ2BK
ASIN: B004BXA47G

パナソニックモバイルバッテリー 1400mAh USBモバイル電源(スティックタイプ) ホワイト QE-QV201-W
ASIN: B007W0A30S

パナソニックモバイルバッテリー 1430mAh USBモバイル電源ブルー QE-QL102-G
ASIN: B007W09RPA
本体質量: 約 58g

　重量的にモバイルバッテリーは 1400～1600mAの物が良いです。

参考重量
単三電池,23g
ELECOM DE-RKJ4ACBK\n1600mAh,64g
※ミニ四駆は単三電池を 2本使用

●全部入りのキットはこちら、MKZ4 IoTミニ四駆改造キット

文系新卒でもIoTに入門できるのか?! 改造ミニ四駆製作キット「MKZ4」に挑戦

スマホで動く！MKZ4 IoTミニ四駆改造キットスペシャルパック（ニッサンテラノ '93 パリダカ仕様（チーム NOK JATCO））ワイルドミニ四駆改造ラジコン化
ASIN: B072KJYQKK
　ミニ四駆を改造するのに必要な商品が揃ったオールインワン・パッケージ
MKZ4スペシャルパックは、改造パーツ一式の「MKZ4」・プログラム書き込みキット「MKZ4WK」・ワイルドミニ四駆本体、これらの3点がセットになったオールインワンのパッケージです。半田ごてやテスター、ニッパーなどの工具があれば、すぐに製作に取りかかることができます。

●目標１

ESP8266モジュール単体でミニ四駆をワイヤレス化！（技適済みWi-Fiモジュール「ESP8266」で始めるIoT入門）

cerevo/techblog-ESP8266-3rd

　と同じ構成で作成する。

Ｗｉ－Ｆｉモジュール　ＥＳＰ－ＷＲＯＯＭ－０２ [ESP-WROOM-02]

ＥＳＰ－ＷＲＯＯＭ－０２開発ボード [AE-ESP-WROOM02-DEV]

NEW バージョン NodeMcu Lua ESP8266 CP2102 WIFI インターネット開発ボード Arduino [並行輸入品]
ASIN: B01LW038VO

KOZEEYV1.0 NodeMcu LUA WiFi ネットワーク ESP8266 開発ボード
ASIN: B01C2I7DZW

● ESP8266の I2Cの制御線
　ESP8266の I2Cの制御線は

GPIO 4	SDA
GPIO 5	SCL

　とし、ESPの Wireライブラリのデフォルトのピンアサインとしました。
　Wire.begin関数が引数無しで呼べます。

Wire.begin();
　の引数無しは
Wire.begin(4, 5); // (SDA, SCL)
　と同じになります。

　私の改造版のソースリスト。
FREEWING-JP/techblog-ESP8266-3rd - feature/mod_freewing Updated Nov 25, 2017 by FREEWING-JP

●モータードライバ
　DRV8830は I2Cでコマンド制御でモータへの出力電圧を調整できます。（面倒な PWM制御が不要）

ＤＲＶ８８３０モータードライバモジュール [AE-DRV8830]

DRV8830 1A、低電圧、ブラシ付き DC モーター・ドライバ、速度調整（I2C 制御）付き
　DRV8830は、2.75V～6.8Vの電源電圧で動作します。

●電源回路
　携帯用のモバイルバッテリーを使用して、+5Vを ESP8266開発基板と DRV8830モータードライバに供給します。
　ESP8266そのものは ESP8266開発基板上に載っている +3.3Vの定電圧レギュレータで動かします。
　※ モータードライバも +3.3Vで動作しますが、モーターが消費する電力を ESP8266開発基板の定電圧レギュレータでまかなえるかと電源に載るモーターからのノイズが心配だったので分離しました。
　※ 私の手持ちの ESP8266開発基板は AMS1117-3.3 1Aのレギュレータが載っています。
Advanced Monolithic Systems AMS1117 Voltage Regulator

　ESP8266は +5V Tolerant（+5Vトレラント）なの？
Is ESP8266 I/O really 5V tolerant?
　+5Vトレラントと言う結論を出しています。

● +5Vトレラントの意味は？

　+3.3Vで動く回路の I/Oピン（GPIOピン）に +5Vを印加しても大丈夫か？の意味で、つまり、+3.3V系の回路と +5V系の回路を混在できるかどうかの意味になります。
　ラズベリーパイは +3.3V系の回路となっており、+5Vトレラントでは無いので +5V系の回路との混在はできません。レベルシフタ等のレベル変換回路を間に入れるか、簡易であれば直列に抵抗を入れて +5Vの電圧を +3.3Vになる様にします。

　モータードライバ DRV8830に +5Vを供給し、I2C制御線のプルアップの電源は +3.3Vとチグハグですが、動くので良しとします。

●モーターのノイズ対策
　モーターのノイズ対策として 1000pfのセラミックコンデンサーを付けます。
セラミックコンデンサー　１０００ｐＦ５０Ｖ [RDDB102K1H5L1]

　モーターのノイズ対策用の 1000pfのセラコンはモーター側に半田付けします。
　（モータードライバ基板側に付けている例が有りますが間違いです。）

　また、モーターの端子とモーターの外側の金属部分にもノイズ対策用の 1000pfのセラコンを半田付けします。（下記の回路図のモーターの左右のセラコン）

● DRV8830モータードライバの電流制限設定用の電流センス抵抗
　DRV8830モータードライバの電流制限設定用の抵抗（ISENSE 電流センス抵抗）を付けます。
　他の作例では 0.2Ω = 制限電流値 1Aが多いですが、0.2Ω抵抗は秋月の 100本パック（カーボン 1Wで 220円、金属皮膜 1Wで 470円）でそんなに沢山要らないので千石電商で 1本単位で購入できる下記にしました。
　また、1Aは不要と考え、最終的に 0.27Ω = 制限電流値 740mAに決定しました。
　計算式 0.27Ω = 200mA / 740mA
　※ 0.5Ωで制限電流値 400mAだとモーターが止まる事が有ります。

タクマン　RLF1SJ 0.27Ω
　酸化金属被膜抵抗器(小型品) 1W 0.27Ω±5%

　千石電商は小回りが効くから助かる！（1個単位で買える）

●目標１の回路図
　でき上がった回路図は下記の様になります。

・ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化の回路図

※モーターのノイズ対策用の 1000pfのセラコンはモーター側に半田付けします。
※また、モーターの端子とモーターの外側の金属部分のケースにもノイズ対策用の 1000pfのセラコンを半田付けします。（下記の回路図のモーターの左右のセラコン）
※ DRV8830の 0.1uFのセラコンは DRV基板側に最短で取り付けます。（回路図の図では見易い様に位置を離しています）

●目標１の組み立て方法

●まず、モーターホルダーを加工してモーターの端子に配線ができる様にします。

・モーターホルダーを加工してモーターの端子に配線ができる様にします

・モーターホルダーを加工してモーターの端子に配線ができる様にします

●モーターの端子に配線とノイズ防止のコンデンサ 1000pFを半田付けします
・モーターの端子に配線とノイズ防止のコンデンサ 1000pFを半田付けします

・モーターの端子に配線とノイズ防止のコンデンサ 1000pFを半田付けします

※ モーターの外側と接続するセラコンは省略しています。

●モーターをモーターホルダに取り付けます
・モーターをモーターホルダに取り付けます

・モーターをモーターホルダに取り付けます

・モーターをシャーシに取り付けた所

● DRV8830モータードライバ基板に ISENSE抵抗を取り付けます（0.1uFのパスコンも）
・DRV8830モータードライバ基板に ISENSE抵抗を取り付けます

・DRV8830モータードライバ基板に ISENSE抵抗を取り付けます

　ついでに、電源端子部分に 0.1uFのパスコン（ノイズ防止）を半田付けしています。
　チップコンデンサのサイズは 1608（1.6mm * 0.8mm）です。

● ESP8266基板に I2C信号用のプルアップ抵抗を取り付けます（0.1uFのパスコンも）
・ESP8266基板のピンヘッダを取り除き、基板モジュールを平らにします

・ESP8266基板に I2C信号用のプルアップ抵抗を取り付けます

　チップ抵抗のサイズは 1608（1.6mm * 0.8mm）です。

・ESP8266基板に I2C信号用のプルアップ抵抗を取り付けます

　チップ抵抗の片側に +3.3Vの電源ラインを接続します。

・ESP8266基板の Vin電源端子に 0.1uFのパスコンを取り付けます

　チップコンデンサのサイズは 1608（1.6mm * 0.8mm）です。

● ESP8266基板と DRV8830基板を配線します
・ESP8266基板と DRV8830基板をスポンジタイプの両面テープで貼り付けて

・ESP8266基板と DRV8830基板の電源ラインを配線します

　ついでに、DRV8830の I2Cアドレス信号を GNDに配線しています。

・ESP8266基板と DRV8830基板の電源ラインを配線します

・ESP8266基板と DRV8830基板の I2C信号線を配線します

　ついでに、DRV8830の FAULT信号を ESP8266の IO 0に配線しています。
　↑これは間違いです。
　※ ESP8266の IO 0は特殊な意味が有るので、FAULT信号は LEDを駆動するだけにしました。

● DRV8830基板とモーターを配線します
・DRV8830基板とモーターを配線します

・DRV8830基板とモーターを配線します

● モバイルバッテリーを取り付けてミニ四駆のラジコンが完成
　車体が小さすぎるかなぁ？
　電源供給の変換コネクタが邪魔だなぁ。
・モバイルバッテリーを取り付けてミニ四駆のラジコンが完成

・モバイルバッテリーを取り付けてミニ四駆のラジコンが完成

● ESP8266 NodeMCU DEVKIT V1.0

・ESP8266 NodeMCU DEVKIT V1.0

Tags: [電子工作]

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