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。）

● 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 0.2Ω
　酸化金属被膜抵抗器(小型品) 1W 0.2Ω±5%

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

・千石電商の実店舗のタクマン酸化金属被膜抵抗 0.2Ω

・千石電商の実店舗のタクマン酸化金属被膜抵抗 0.27Ω

　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２

　サーボモータと「夢パーツ」ステアリングシステムを追加して曲がれる様にする。

●サーボモータ SG90

　PWM端子に Hパルスの信号を加える事でサーボの角度を制御します。
　'H'の間は 0.5～2.4msで、20ms周期でパルスを与えます。

サーボ角度、'H'パルス幅
-90度	0.5ms
0度	1.45ms
90度	2.4ms

　計算式： 'H'パルス時間 ms = 1.45ms + 0.01056ms * サーボ角度（-90～90度、丸め誤差有り）

マイクロサーボ９ｇ　ＳＧ－９０ [SG-90]
・ＰＷＭサイクル：２０ｍＳ
・制御パルス：０．５ｍｓ～２．４ｍｓ
・制御角：±約９０°（１８０°）
・配線：茶＝ＧＮＤ、赤＝電源［＋］、橙＝制御信号　［ＪＲタイプ］
・動作電圧：４．８Ｖ（～５Ｖ）
☆Ａｒｄｕｉｎｏ　標準ライブラリ＜Ｓｅｒｖｏ．ｈ＞にて動作確認済み
Servo library

デジタル・マイクロサーボ SG90

ASIN: B016FKJJ8M

SG90サーボ用 2軸カメラマウント 2軸アングル FPV 空撮にも (マウント+2個 SG90)

ASIN: B01E2SLESW

※ SG90には偽造品が有るので注意
Tower Pro 商品の侵害品（偽造品）の判定について
　偽物は商品説明の写真のラベル部分の「Tower Pro」の箇所が違う名称だったり、ケーブルで隠して見えないか、黒く塗って有ります。

●目標２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

※ステアリング用にサーボモーター SG90を GPIO 14に接続しています。
※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。
※ 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３

　操作用に ESP8266をもう一つ用意して、アナログジョイスティックで自由に操作できるようにする。

●アナログジョイスティック
　PS3や PSPのコントローラの保守部品として単品で売られているアナログジョイスティック部分を使用します。

アナログジョイスティック [JT8P-3.2T-B10K-1-16Y]

PSP3000 アナログスティックホワイト（白交換修理部品

ASIN: B005EEBYA2

PSP3000 アナログスティックアナログコントローラージョイスティックブルー青色

ASIN: B00E3AIMI0

●A/D変換回路
　ESP8266の I/Oピンには A/Dコンバータが無いので I2C接続の ADコンバータ

※ ESP8266には A/Dコンバータが無いの補足、実際には TOUTピンを使用する事で 0～1Vの範囲で 10bitの ADコンバータとして使用できますが、使い勝手が悪いので「無い」と書きました。
　もちろん、入力電圧が 0～1Vの範囲で 1ch欲しい場合は十分に使用できます。

　ADC（Analog to Digital Converter）として ADS1015モジュール基板を使用しました。理由は I2C接続で 12bit分解能で 4chと十分な性能で、eBayで安かった（US$ 1.95）からです。
　下記のアマゾン価格では ADS1015の上位版の ADS1115の方が安いです。

　入手が困難な場合は SPIインターフェースですが、秋月のこれ。
１０ｂｉｔ　２ｃｈ　ＡＤコンバータ　ＭＣＰ３００２－Ｉ／Ｐ [MCP3002-I/P]

　ESP8266の SPIの制御線は

GPIO 12	MISO
GPIO 13	MOSI
GPIO 14	CLK
GPIO 15	CS

　となります。
　※ I2Cと SPIを同時に使用する場合は I2Cの CLKに GPIO 5を使用できない問題が有るそうです？（未確認）

Lovoski ADS1015　 12ビット　精度　アナログ to デジタル　コンバータ　ADC開発ボード

ASIN: B06ZZ3F54R

Rasbee ADS1115 4チャンネル 16ビット I2C ADC モジュール with 増益放大器 Arduino Rpiと互換 1個 [並行輸入品]

ASIN: B06XXDZ4SQ

KOZEEYArduino　ラズベリーパイ2用　ADS1115　ADC　4チャネル　16ビット　I2C　PGA　低消費電力

ASIN: B01ER6FK6G

● ESP8266 NodeMCU DEVKIT V1.0

・ESP8266 NodeMCU DEVKIT V1.0

NodeMCU Documentation
nodemcu/nodemcu-devkit-v1.0

● ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

・ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

・ESP8266開発ボード

・ミニ四駆

●目標１の写真、ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

　目標１の写真、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。
・ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

・ESP8266を使ってミニ四駆をラジコン化して遊ぶ

Tags: [電子工作]

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