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‘Railway Nゲージ’ カテゴリーのアーカイブ

CCDカメラ付き自走車両の自作 静岡HS 2012年版 Nゲージ

2012 年 6 月 24 日 コメント 2 件

引き続き静岡HSのモデラーズクラブ合同展対応のCCDカメラ搭載車輛 改修記録です
毎年3〜5月頃だけNゲージ関係を調べ、合同展終了後は翌年まで放ったらかし・・・がいつものパターンですが、このままじゃ進歩無いと思って今年は終了後もマジメに改善策を練りましたw
まずは過去を振り返り改善点をまとめます
1、CCD車輛導入の2010年、Bトレ2輛にそれぞれ動力とCCDカメラ/送信機を仕込んで走行。
低速走行が安定しない事と、走行時の画像ノイズが気になった。
2、翌2011年、ノイズ対策を練らねばと思いつつもほぼブッツケで会場入り。停止時は非常にクリアな映像が得られるのは解っていたので走行中の集電にノイズ発生の原因があると判断し、思い切ってCCDユニットは送信電源を切り分けてみる。純正に付属の充電池は5Vになっていたがテストしてみたら3Vでも問題無く動作する模様。合同展の当日に会場で買い求めた限定コンテナ貨車にタミヤの単三電池BOXを2個直列で積み、CCDユニットを丸ごとマスキングテープでくくり付けた応急処置。
これじゃ変なメカってダケで模型として落第なのはさて置き、目論み通りノイズ無しのクリアな映像を得る事が出来た。
気になる電池の持続時間は単三アルカリx2本でほぼ2日間(14時間以上?)問題無く作動出来る程。予想以上にバッテリ消費は少ない様です。
※ この年の車輛の画像が残ってないんでこれでガマンしてくらさい・・・(笑)
2011_layout
動力車は前年と同じBトレ+KATO動力ユニットです。Loco効果もあったのか、速度を落としても終日比較的スムースに走行していました。
さらなる改善点として外観をも少し何とかしようよ、ってのと単三電池2本の重量はBトレ動力車に牽引させるにはちょっとヘヴィー過ぎるかも。段差や僅かな上り勾配でも明らかにスピードダウンするのは何とかしたい点です。

そして2012年版が↓コレ
arduino+PWM
色々考えてレール集電に見切りをつけ、arduinoでコントローラを作って動力用のバッテリも丸ごと車輛に搭載してみる事にしたのですが・・・結果はイマイチでした。
画像左側はCCDユニット+動力車、中央が単五電池BOX3個直列、右が電池用コンテナ台車です。
arduino駆動用に4.5V必要なのと、PWM駆動の安定を狙って単三3本直列=4.5V仕様にしましたが、思ったより消費電力が大きく2時間程度しか持たない様です。
やはりモーターは電圧はそれ程必要としない割りに電力消費が激しい様です。
2日間使用する場合2日間で単五電池を36本程使う計算になり、電池入れ替えの手間を考えると実用とは言えず、結局HS当日の午後からは動力車はバッテリからの配線をカットしてレール集電、CCDはバッテリを電源としました。
しかし元々有ったレール集電の電気経路も生きているのでCCDユニット側にもレールからの電気が通ってしまい、結果的にノイズ発生の原因になった模様です。
最近覚えたニワカ知識でコンデンサ噛ませば改善出来るのかなとも考えますが、レール集電から切り離すのが確実&手取り早いと思います。

CCD HEAD
CCDカメラにはボールジョイントを組んで上下左右に首振り可能な仕組みにしました。
真正面向きだと線路ばかりで周りの作品が今イチ映らないので・・・
でも支点の位置が悪くて、あまり左右に振り過ぎると鉄橋等に干渉して止まってしまうので改善の要有りです。支点はなるべくカメラの中心軸に合わせる必要がありますね。

CCD Camera Train
本当はユニットくみ上げて何かの車輛に納めるつもりでしたが時間切れと、良い車輛が見つからなかったので相変らず「ナンか変な電車走ってる〜」状態でお見苦しいです。

Circuit
PWMコントローラー部
こちらのサイトを参考に一般的?なモータードライバ(TA7291P)をarduinoでPWM制御しました。
前進/後退の設定を省いて可変抵抗の値を前進オンリー割り振った他はスケッチもマンマ流用です。
必要パーツはプログラムを書き込んだarduino(ATMega328P)の他に
積層セラミック発振子 16MHz
モータードライバ TA7291P
ON/OFFスイッチ
可変抵抗10kΩ・・・と、コレだけで済みます。
押し並べてそれなりに考えて改良した割りに今年はイマイチだったと反省しきりですが、来年は再びCCD車は車載バッテリで駆動、動力車はレール集電で駆動と切り分けるつもりです。
一つ解ったのですが今年は初めて高架をレイアウトに取り入れる事も有り、レールを設置する前にちゃんと水平器で展示卓のレベル出しをしました。
会場の展示卓にはアジャスタが付いているので用意したスペーサーは必要無かったのですが、テーブルのレベルを合わせるだけで想像以上にスムーズに走行する事が解り収穫でした。
考えて見れば尤もな事ですが、僅か数ミリのテーブルの段差でも勾配に換算すると結構な数値になりますもんね。
来年も頑張らねばw

PowerPack assy
と言う事で使わない予定の車載コントローラはプラケースに組み直してPWMコントローラとしました。
マイコン部分はそのままで、12VのACアダプタと100Vから12Vへの3端子レギュレータを噛ませ、電源ON確認用のLEDと進行方向の切り替えスイッチを追加しただけです。
ショート時の保護回路が無いですが、まぁ取りあえず必要ないかな?と言うコトで。
見てくれと安全性はともかく、買えば1万越えのPWMコントローラーが1000円ちょいのパーツ代で自作出来るんだから、やってみて損は無いですよね(笑)

PWM PP Sistem
その後の調べでarduinoのPWM出力周波数はPINに依って異なると言う事を知り、プログラムを書き直して周波数切り替えスイッチも追加。
arduinoのアナログ出力(PWM出力)は3.9番PIN、5.6番PIN、10,11番PINがペアになっていて周波数が一緒らしいですが、最初に指定した5,6PINは他のPIN(488MHz?)の倍の周波数(≒976MHz?)になっているそうです。
なので10番PINにもPINOUT指定をし、モータードライバの余った入力端子に接続して周波数を2種類で切り替えられる様にしました。
作ってみると確かに10PINの方は5PINよりもモーターからのPWM共振音が1オクターブ低く、より低速走行向けの筈ですがあくまで気のせい的なレベルで音以外は低速走行に劇的に変化は有りませんでした。
もっと低い周波数で効果がある様ですが、どうせなら低速走行用のパワーパック自作ももっと追求してみたいですね。
秒速数ミリで滑らかに進むディーゼル車輛とか、想像するだけで萌えますからね〜(笑)

Bトレ改造 車載CCDカメラと動力車 静岡HS 2010年版 Nゲージ

2012 年 6 月 17 日 コメント 2 件

気が向いたので過去の遺産で1投稿・・・
静岡HS用のNゲージ車載CCDも毎年試行錯誤と改良をしていますが、とりあえず2010年のCCD初年度verです。
2009年に初めてブースにNゲージを走らせましたが、これが思った以上に集客効果(特にお子様ですが)がありまして、次はもっと!と言うことで車載CCDで走行中のライブ映像をモニタに表示する事にしました。

1/144スケールの作品群を縫って走行する車輛からの映像は、まさにバーチャルなスミソニアン博物館・・・なら良いんだけど、まぁ解像度がVGAだし彩度低め、それなりにノイズも入るしから画自体は大したコトないんです。
しかし、特にゆっくり走らせた時の臨場感と言うかワクワク感は期待以上の物がありまして、自分の模型を景色として捉えられて楽しめると思います。

ではまず何が必要か?ですが、車載CCDと言うとTOMIXから既製品が出てましてかなり高価ですが、頑張ってコレ買えばOK!と言う訳にも行かなそうです。
カタログやWEBで調べただけで現物を確認して無いのですが、どうもCCD画像の信号もレールを介して送受信している様で、この為使えるコントローラやレール機材にもかなり制限がある様です。
車輛自体も見た事無い変な形ですし(笑)ググッても実際に持っているor使っている人がほとんど居なかったので却下。そのかわりTrain Scopeなるキットが売られているのを知ってこちらを購入しました。
これなら好きな車輛に仕込めるし、組み込みや改造の情報も豊富でなにより安いもんネ
普通のNゲージ用客車ならすんなり納まるし本来そう言う設計なんだけど、なんか勿体無いし、かわいく無いのでコンパクトなBトレインショーティーに組み込む事にします・・・って、最初から変化球に挑戦するから色々不都合を被るのは相変らずのパタ〜ンだよねぇ!(笑)

幼少時、ばあちゃん家に行くとき乗ってた湘南電車が思い出の車輛なんで、165&113系と言うのを買ってみた。
このシリーズはホトンドが先頭車と中間車の2輛セットだから、先頭車が2輛欲しければ2箱買わないとカッコつかないです(j_j)
トコロで鉄道車輛の○○○系とか○○○○番台とか、クモハなんとかってメチャ解り辛くね?
F-16C/D block52 とかってのも同じなんだろうけど、要するに慣れかな(笑)
東海道線じゃなくて湘南電車と覚えたのはどしてかな〜
オレンジと濃緑と言う配色のダサさ加減、と言うか渋さ?加減が大戦日本機に通じる如何にもなテイストだわねぇ(^^)
Motor
どうせ可愛いBトレ使うなら構成はミニマルにしたいので動力車とカメラ車の2輛編成。
動力車は専用だけあって何の問題も無く使えるからただ組めばOK。Bトレ用動力車って最近の奴はバンダイ製みたいだけど当時のはKATO製です。
30年前のNゲージしか知らなかったので、これを見るとモーターも小さいし静かに滑らかに走るのでちょっと感動しました。
問題はカメラ車輛用にも動力車が必要な事。ナゼ?ってカメラ車輛の集電が出来ないから・・・(j_j)
普通のN車輛なら室内灯など用に集電台車や配線関係も手に入るのでしょうが、Bトレ用となると無いんですね〜
シャーシにも通電用のバネや切り欠きが要るから台車だけ集電用のに差し換えてもダメなんです。
1台動力車を買った後でこれに気付き、仕方無くもう一台動力車買いました。

TrainScope
問題のカメラ車、取りあえずカメラと基板、バッテリの一式は工夫すればボディーにギリギリ納まりそうです。
基板に絶縁用の被覆が被ってますがかさ張るので取り去り、コネクタも恐る恐る切り飛ばしてハンダで直結。縦積みだったバッテリを横積みにして全長を詰めればなんとか納まります。
もちろんBトレパーツの組立て用ダボやピン関係も切り飛ばし、パーツは瞬椄で接着しました。

Gear
カメラ車用の集電台車、ギア関係は要らないし邪魔なので切り飛ばして外します。もちろんモーター関係も外して通電経路だけ残す様にね(^^)

Setting
テープで仮止めしてなんとか納まったの図。狭いからこれだけ細い配線のテンションでも結構障害になりますね・・・

CCD base
CCDカメラ取付け用の土台をプラ版で接着、貫通ドアの中心にレンズが来る様にしました。
ドア部分だけくり抜いてなるべくカメラが密着する様に内側を削ります。こうすればカメラをボディー色に塗ってしまえばあまり目立たないし、ボディーの改造も最小限で済みます。

Weight
ここで試しに試験走行させてみた所、動力車はスイスイ走る物のCCDの画面はノイズが酷くて見てられません・・・
軽い車体の為に集電が不安定になっているのが原因と思い、残った空間(と言っても屋根裏と床下に追加したプラ板BOXで精一杯でしたが)に粒鉛を詰め込んで瞬椄流し込んで硬化スプレーで固めました。一気にやると硬化反応の熱で煙が出たりパーツが熱変形するから注意です(笑)
持ってみるとさすがに重いしこれでバッチリか?と思いましたが実際は・・・かなり改善されたとは言え、少々ノイズとチラツキがあります。停止している時のクリアな画像と比べると惜しいんですが、レール集電なのでしょうがないのかな。
その後の調べによると天井裏にウェイト積むと高重心になるので、カーブや段差部では集電性低下にも繋がるらしいのでご注意ください。この湘南電車も飛ばすと脱線しますw

Coloring
カメラを塗り分けて納めたの図。この時点でドアの切り口はまだ塗装していませんが、結構自然に納まってませんか?
レンズ部をマスキングする時は慎重にしませう・・・うっかり塗っちゃって何も写らんぞ!とか無い様に(笑)
ボディーに干渉するのと密着度アップの為にカメラ本体の左右角部を削り落としました。CCDの前面側は樹脂パーツでピント用の雌ネジになってるだけなので問題ありません・・・それでもクリアパーツ裏面にCCDカメラが密着する位置関係なので、クリアパーツの厚み分だけ隙間が出来ます。
ま〜走ってしまえば解らないだろうと言う事で無問題・・・ただ、塗っちゃうとピントが変えられなくなりますので、あらかじめ一番良い位置にピントを合わせておくのが良いでしょう。

Case
最後にケースも自作してやります。
TOMIXの別売り透明ケースにスチロールカッターでくり抜いた黒発砲を入れてラベルはTOMIXのデザインをパクって自作しました。
ALPSプリンタで印刷、便利そうだけど実はホトンド使い道の無いゴールドミラーを惜しげも無く使って高級感アップです(笑)
と言う訳で、取りあえず使える状態にまとまりました。
キットだけなら安いんだけど、台車や動力を買うと当然それなりの金額になりますね。
台車だけでも全交換したいのがNな人達の心情でしょうけどね〜・・・

あと、画像はありませんが大事なモニタの話。
ちょうどこの頃は地デジ移行の真っ最中で、アナログチューナしか無い液晶テレビが格安で沢山あったので(新同品がオクで¥5000以下)助かりましたが、イマドキのテレビにもアナログ端子付いてるデスかね?
このトレインスコープもいずれはデジタルビデオ信号とデジタル無線って組み合わせになるかもですが、現行の製品ってアナログの利点を上手く使って価格/性能的に必要十分な非常に優れたシステムだと思うんですよね。

Dust
合同展が無事に終了した後のレポ
さすがに2日間ぶっ通しで走行させるとホコリがすごいです。
両日とも夕方にはノイズや走りがガタつく様になったので、急遽会場でレールクリーナーを買って車輪とレールをクリーニングしましたが・・・
帰って来て台車をバラしたら軸の中心にホコリとカーボンが溜まってすごい事になってました。
ググってみたら集電が不安定だとスパークで加速度的にカーボンが溜まるらしいですが、なるほど。
人混みの中なのでホコリ&雑菌も結構すごいでしょうし、仕舞いっぱなしだと翌年箱開けたらカビが生えてた!とか言う話も聞きます(笑)

Cleaning
クリーナよりも集電効果の上がるケミカルが無いかと探して、評判の良いLocoなる商品を買いました。
10mlで2700円!と香水並に高価で、謳い文句も怪しげな通販アイテムっぽいのですが、使ってみると確かに言われるだけの効果はある様です〜
1滴垂らしてしばらく走行させておけば全体に馴染んで走行がスムーズになりました。
でもネットで情報集められなかったら買わなかっただろうなコレわ。
主成分は導電性のオイルらしいのですが、CRC556とかじゃ絶対代用出来ないんだろな〜(笑)

↓Train Scopeはイマドキ尼で扱ってるんっすね〜

Nゲージ用の自作パワーパック >PWMでVVVF音を再現

2012 年 5 月 5 日 コメント 20 件

みなさまGWは如何おすごしでしょか?
前半雨ばっかで鬱気味だったけど今日はいい天気!こどもの日。
模型の方はまぁまぁ進めてますけど、ここで上げる程の情報は無し・・・と言うか試行錯誤ばかりで先は見えて来たけど形にはなっていない。
要はいつもの通り妄想に終始って事か?w

でもあと2週間で静岡だしぃ〜、今年も勿論P144で展示するので色々準備しとかないといけない事はあるですよ。
例年のNゲージ+CCD車載カメラってのは子供受けも良いので今年も持ち込むんですが、arduinoでパワーパックの自作方法を紹介しているサイトを見つけ、動画を見たら「うぉォ・・・ホンモノと同じ音が出てる!」ってゾクっと来まして、いつも通り丸ごとコピってみました(笑)
相変らず鉄道には疎い私ですが、このパワーパックの凄い所は駆動制御の方式を実車に似せる事でリアルな走行音が再現出来るって部分。
普通のNゲージ用コントローラはレールに流れる電圧を加減してスピードを制御していますが、これだと低速(≒小電流)の時にギクシャクしたり、急に走り出したりしてダサい(笑)訳です。
そこでarduinoでPWM(パルス幅変調)を制御して、高電圧(≒大電流)を流す時間を小刻みに変化させる訳です。たぶん・・・
要はスイッチを目に見えない程速くON、OFFさせ、見た目はなめらかな変化に見せているイメージ?・・・ですかね。
で、PWMと言うのはパルス幅変調と言うだけに周波数も変化させる訳ですが、これを実車同様の周波数になる様にプログラムを書いてやるとNゲージのモーター車も同じ様な音=周波数を出すと言う事らしいです。
実車同様の仕組み(=モーター駆動)に加えて実車同様の音(VVVF音と言うらしい)が出る!てぇのは模型的には大変シビれる部分なんで、思わず真似しちまったってコトですよ(笑)
あと、この周波数も不快な音(主に高周波でしょうね)にならない様にして考慮してあると読み、なるほど!と思いました。
今まで偶然だと思ってた京急線のドレミファ駆動音はわざとだったのか!
模型で内燃機関の再現てのはかなり難しいですが、こう言うのは電車の模型ならではの楽しい部分と思いませんか?
Nゲージで蒸気機関動かす人も中には居るらしいですけどね・・・

配線&パーツ
上記サイトを参考にブレッドボードで組んでみました。
中級者向けとあるだけにかなり試行錯誤しましたが何とか動作する様になりました。
回路図しか無いのでパーツの端子を調べたりするのが大変だったです。
でもまぁ表示用の7セグLED用の配線が複雑に見えるだけで、慣れた人にはそれほど複雑な回路じゃ無いのかな・・・と想像する。
通販のパーツが届いてからこれだけ組むのにまる1日かかったヨorz
実はまだショートした時の表示LEDが点灯しないけど、保護回路働いてないのか配線ミスか不明・・・VVVF音を再現するって目的は果たせてるのでイマんトコ放置してます。

arduinoと全体図はこんな感じ・・・
とりあえず動作は確認出来たので、後はケース買って来て基板に組めばこれよりずっとコンパクトになります。
回路全体図

実際どんなモンなの?って興味有る方は是非動画見て下さい。
あ〜、こう言う事かって解って頂けると思います。
家が散らかってて広い場所で撮れなかったので走らせてませんけどw
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編集適当でミスってるトコあるけどそのままUPしました。
サンプルスケッチにはプリセットで10種類のパターンが入っていますが、その中から3種選んで撮影してみました。
最初に個人的にも馴染みのあるJRの中央線や京浜東北線、ドレミファ音が特徴の京急線とJR西日本の223系です。
こう言うサイトを見て勉強しながら京王線のスケッチでも書いてみるかな・・・イヤ無理かな(笑)

ちなみに↓こちらに作者さんの走行画像がありますヨ
わたしぁこれを見てトリコになっちまったんすね(^^)
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最後にこれも丸ごと引用になりますがパーツリストと参考価格?
ほぼ全て秋月で買えるんですが、arduinoを持っていれば3000円しないで全部揃います。
私はスイッチ類やFET等、持ってないパーツだけを予備用含めて2台分購入しましたが、送料込みでも4000円弱でした。
もしも既製品を買えば恐らく1万以上するでしょうから、こう言うのは自作の強味ですね。

パワーMOS-FET 2SK2232 ¥100
トランジスタ 2SA1015Y×2 ¥100(20個入り)
電解コンデンサー 470μF ¥50
積層セラミックコンデンサー 0.1μF×3 ¥100(10個入り)
セラミックコンデンサー 470p ¥200(10個入り)
カーボン抵抗 1kΩ×15 470Ω×7 2.2kΩ×2 10kΩ 各¥100(100本入り)x3=¥400
ロータリースイッチ(1回路12接点ストッパー付)¥150
小型ボリューム 10kΩBカーブ×2 ¥50×2=¥100
トグルスイッチ1回路2接点 ¥80
トグルスイッチ2回路2接点中点OFFあり ¥100
LED 緑 赤 各1 ¥100(10個入り)x2=¥200
7SEGLED アノードコモン×2 ¥100(2桁赤)
整流用ショットキーダイオード 1S4 40V1A ¥30
汎用小信号高速スイッチング・ダイオード1N4148×3 ¥100(50本入り)
ポリスイッチ0.65A(1.3Aで遮断) RXEF065 ¥30
2.1mm標準DCジャック ¥40
ピンヘッダ(オス)2列 (省略可)
ユニバーサル基板 ¥60(72x48mm)
ゴム足 適宜
つまみ 適宜プラスチックケース 適宜ACアダプター12V1.5A ¥750

以上パーツ代合計 ≒ ¥2400 (参考価格=秋月電子通商)

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