micro:bitでDCモーターやRCサーボをドライブする時の電源関係のメモ
micro:bitで動く模型が面白くて，いつのまにかDCモーターやRCサーボをドライブするのが増えました(^^)。さすがに還暦も遥か昔に過ぎると体力や思考力は衰えますが，子供心は復活するようです (^^;;;;;;DCモーターやRCサーボをマイコンに接続してコントロールする時はコマンドとともに電源関係の取り扱いも大切になってきます。頭が混乱しないように，自分なりに整理したことをリンクとともにメモしておきます。１．micro:bitの電源入力は３種類 micro:bitは扱いやすいマイコンで，電源入力も３種類用意されていて，それぞれ少しずつ性質が違います。1) マイクロUSB(3.3Vを供給） まずはプログラムをmicro:bitに入れる時にお世話になる入力端子です。 電源としてはKL26インターフェイスが3.3Vを作って最大120mAを供給しますが，本体が30mA使用するのでエッジコネクタから外部に出せるのは90mAになります。2) PHコネクタ（3.6V以下の電源を供給） 逆流防止ダイオードBAT60のみを経由して電源をそのまま供給するので，最大3.7V(-0.1Vされる)までにしておかないとセンサー類が壊れる可能性があります。Li-Po電池は初期値で4.2Vの時があるので直接は使用不可。 供給電流は電源次第ですが，エッジコネクタにはBAT60の最大値3A未満を供給。3)エッジコネクタ（3.6V以下の電源を供給） PHコネクタと同様に電圧をそのまま供給するので3.6V以下で，電流量は供給側まかせなので制限なし。ただし，micro:bit.org のStudent Safety Advice では100mAまでが安全としている。[参照リンク]・micro:bitの電源供給について・micro:bit:developer community Power Supply・microbit.org Student Safety Advice２．小型DCモーターのドライブ基板1) sparkfun moto:bit board 2個のDCモーターをドライブでき，RCサーボやセンサーが接続可能なボードです。タミヤのカムプログラムロボットに積んでいます。micro:bitを横に挿すタイプなので，高さを気にしなくて良いのがメリットです。 今のところ9Vの電源を供給していますが，少々危なっかしいです (^^;;;; 。1.5V乾電池３本か4本のタイプに変更した方が良いですね。 というのが，カムプログラムロボットのDCモーターはノーマルの130型なので推奨電圧は3Vです。DCモータードライバは入力電源の電圧そのままを最大出力にするので，100%の出力は出せません。今は30%を最大にしています。 また，回路図を見るとサーボへの供給電圧も電源電圧が直接出るようなので，手持ちのサーボは最大６Vなので今のままでは使えません，，。センサーの接続は3.3V供給になっているので大丈夫です。 で，以下の注意書きになります。 このmoto:bitが使用しているDCモータードライブICはTEXASのDRV8835で，モーター制御回路の最大電圧は11Vです。ボードの印刷だけが間違っているのではなく，回路図から17Vになっていますね，，。またmoto:bitの説明文章では見つかりませんでしたがこのICの出力電流は２モーター制御なら１チャンネルにつき1.5Aです。 moto:bitのプログラムブロックなどは本当に良くできていて，各モーターのCWかCCWを指定し，それぞれの出力をパーセントで入れて終わりという分かりやすいものです。 ただ，この提供されているブロックの内面ではI2Cなどを使って結構面倒な操作がされているようです。[参照リンク]・SparkFun moto:bit の I2C 操作と MicroPython からの利用２) keyestudio Motor Drive Breakout Board for micro bit Ks0308 このボードもmoto:bitと同様に2個の小型DCモーターをドライブでき，RCサーボやセンサーも接続可能なボードです。kyosyoEggの戦車の駆動部に積んでいます。micro:bitを横に挿すタイプなので，駆動部から上に突出しないで収まります。 戦車の底にある単３を６本！使った9Vの電源からボードに供給していますが，どうもモーター駆動時にmicro:bitへの電源供給が不安定なようで異常な動作が頻発しました。現在micro:bitにはPHコネクタ側から電源供給しているので安定して動いています。 取り付けた戦車のギアボックスが開かずの箱なので (^^;;; ，ま，９Vで動いてきたし，稼動時の電流も0.7Aぐらいだからこのボードで十分使えると思っています。 このボードのモータードライブICはTB6612FNGで，モーター制御回路の最大電圧は15V，出力電流は1.2Aです。ボードの電源入力が6-12Vなのは多分電圧のレギュレーターの関係なのでしょう。 RCサーボやセンサーが接続可能なピンも3.3Vと5Vでそれぞれ８つずつ用意されているので使いではありそうです。 なお，このボードでは専用のプログラムブロックは特に提供されていないので，ドライブICの端子に直接コントロール信号を送るイメージです。CW,CCW,ブレーキ，空転などを制御信号の1,0を組み合わせ表をみながら送り，pwmに割り当てたられた端子に出力の数値を送ればモーターへの出力がコントロールされます。 複雑な手順はいらないのですが，左右のモーターそれぞれを制御するので，綺麗好きな方はCW,CCWなどという関数ブロックを作っていくのでしょう (^^) ちなみにこのドライブICが使いやすかったので，単独のモータードライバキットでいろいろとやってみようかと思っています。なにしろ直径６mmとか４mmとか小型ではありますがモーターはたくさん持っています(^^;;;;;。[参照リンク]・サヌキテックネット /DCモーターを制御する3) micro:Maqueen DCモーター２台をドライブしています。基板というより本体そのものですが (^^)。とても作りやすくて，超音波センサーや赤外線センサーが使えるようになっているのですぐに遊べます。 電源は単四３本の4.5Vで，3.3Vを供給しています。 モーターはN20型でいろんな種類がありますが，３Vタイプなら0.45A，６Vで0.6Aぐらいの消費電流ですね。ギアードタイプなので，車輪は直結です。ドライブICは8pinのが各モーターに接続されているようです。品種は分かりませんがこのタイプのドライブICで一番対応電圧が低いので7V，1Aですから十分ですね。 センサー類がすぐ使えるので便利ですが，micro:bitのどのピンがまだ使えるのかが心配になります (^^;;;;; でもどうやら案外残っているようなので，モーター制御などをI2Cなどのシリアル系でコントロールしているのでしょうかね。そうすると少々複雑な事を知らないと自分で直のコードが書けないですけど，，ま，課題ですね。 でもこのMaqueen君，なにしろ良くできています。あれしろこれしろとうだうだ言わずにすっと動かせて，プログラミングが動作に反映できるのを体験するのは楽しいですねV(^^)。[参照リンク]・Micro Metal DC Geared Motor (6V 50RPM 250g*cm)(Speficications)・フルブリッジドライバ ７Ｖ ＢＤ６２１１Ｆ－Ｅ２4)おまけのBreakout Board マイコンからDCモーターを動かすのが面白くなったので，ブレイクアウトボードでいろいろと試そうと，パーツも購入してみました。小さいブレッドボードとケースが付属しています。micro:bitのピンが種類別になっていたり，3.3Vと5Vの電源がとれたりと最近のは多彩ですね。ただ，パーツを集めるより，それなり機能を持った既製ボードのほうが安価な事もあるという事実には気付かされます (^^;;;;;;;;;;３．RCサーボのドライブ1) MOVEミニバギー連続回転型のRCサーボに車輪を直結したバギーです。小さくてきれいなデザインです。組み立ては部品も少なく簡単に，，，と思いのほかナットを固定してのネジしめが難しく，老人性不器用を思い知らされます。micro:bitのUSB端子はボードに挿したままではスペースが少なく，薄手のマイクロUSBコネクタしか使えません。私はそんなものは持ってないし，ねじ止めされていてボードから抜くのが面倒なので，普通のUSBコネクタのプラスチック部をリューターで削って薄くしました ，，。良い子は真似しないでください (^^;;;;;;;;このバギーではServo:Lite Boardというドライブ基板が使われています。電源は単四３本の4.5Vで，回路には3.3Vを供給しています。FS90Rという連続回転型サーボはお尻を合わせて，周りから固定されています。プログラムは専用のブロックが提供されていて非常に簡単で，すぐに動かせます。動きもスムースですが，直進が少し曲がります。実はサーボのトリムがサーボの底についているので，組み立てるとバラさないと直せなくなります。どうも苦情が多かったようで，会社も「プログラムで中立の値を90から動かして調整しなはれ」とWebに書いてありました。またこのバギーで疑問に思ったのが，4.5Vの電源から3.3Vは作っているが，サーボの定格の4.8V−６Vという電源はどうしているのか？です。結論はこのバギーでは3.3Vで動かしている，でした。サーボモーターと言っても普通のモーターなので，電圧が少々下がってもゆっくりめで回るのです。はい。[参照リンク]・Trim A Continuous Rotation Servo With Code・FEETECH RC Model FS90R specs 250520182) RCサーボをドライブする時の電気系統のメモRCサーボはデジタルな電気信号で制御できるのでコンピュータと相性が良いし，安価で手に入りやす動力です。回転角度を制御する普通のRCサーボに加え，連続回転型で速度制御ができるものも市販されています。（昔は普通のサーボを改造して連続回転型にしていましたね，，）電源系統を自分なりにまとめてみると・RCサーボモーターは＋ー電源と信号線の３本で動く・RCサーボモーターの電源はモーターを動かすので小型のものでは4.8V-6V，最大負荷時で300mA程度を考えておく。・信号線は電気的にはインデペンデントであり，モーターの電圧に合わせる必要はない。3V，0.5mA程度でコントロールできるので，micro:bitの出力でも十分である。miniバギーではサーボモーターの電源も3.3Vで動いていますが，，，何が最低電圧かというのは分かりません。推奨電圧ではなく，実用的に動く範囲は実験しないと分からないのではないですかね。なお，サーボ内でサーボ電源から自分の制御回路に電源を供給するための最低電圧である3Vあたりが最低電圧の一つの目安にはなりそうです。ちなみにminiバギーで使われているRCサーボの普通版のSG90の性能表ではElectrical characteristics:Stall torque - 1.8kg/cm (4.2V).Operating speed - 0.3s/60 (4.2V).Operating voltage - 4.8V-6V.という，あれ，，4.2Vでトルクやスピードを測るんだ，，の記載があります。[参照リンク]・Kitronik Servos – A Brief Guide・Mini 360 Degree Continuous Rotation Servo FS90R・Mini 180 Degree Resin Gear Servo SG90・サヌキテックネット サーボモーターを制御する・吉野のロボット ＲＣサーボモーターについて・サンおやじの工作室 １０ｍＳ周期で８個のＲＣサーボを制御するふむ，電子工作は少しでも分かるところが増えると楽しいですね。ステッピングモーターも触っていきましょうかね。
