よろづ模型鉄道

Model Railroading Stuff

WI-Fi制御:ソフトウェア

Wi-Fiを使う利点はソフトウェアにもあります。
つまりTCP/IPより上のネットワークモデル階層において、良く知られたソフトウェアブロックを利用することができます。
ソフトウェアAPやWebサーバーやソケット関数やメールサービスがマイコンのROMに予め組み込まれています。
ユーザーのプログラムにおいては、たいてい一行のAPI呼び出しで事足ります。
ソフトウェアサンプル(SDK)が提供されており、それを参考にしながら作成します。
dwc-ccs-2.png
運転コントロールのGUIはどのようなWebブラウザでも使えるようにXMLになりますから、JavaScriptで書きました。
これもサンプルがあるのですが、書き方はJqueryの本を読んでようやく理解できて来ました。
プログラミングは本を読むに限ります。
ネットを探しても体系的な情報が出てきません。
demo-2-js-2.png
CC3200マイコンには1MBのフラッシュROMがついており、ユーザープログラムとブラウザのXMLファイルと無線の設定を書き込むことができます。
書き込みには専用ツール(UniFlash)を使います。
UniFlash-2.png

WI-Fi制御:バッテリィ電源

バッテリィはなかなか面倒な問題です。
無線制御ですから当然バッテリィ駆動を考えました。
ラジコンではあたりまえですから。
近年はいろいろ進歩しているので、Liイオン充電池というのはどうでしょうか。
いろいろ調査もし、前職の社内に充電回路の専門家もいたのですが、結局採用をやめました。

我が家でハンディな掃除機を購入したところ、Liイオンバッテリィが搭載されています。
掃除機は昼間に少し使って、夜はACアダプタを挿して壁にかけておきます。
これはやはり鉄道模型の遊び方の事情とは違うと思うのです。
機関車が動かなくなったらACアダプタを繋いで何時間も置いておくということがあるでしょうか。
さっさと予備のバッテリィと交換して続けて遊ばないと楽しくありません。
この時点で充電回路も頭から消えました。

私は専門外ですが、Liイオン充電池は1セルが3.7Vと決まっていて、高電圧を得るためにはスポット溶接でバッテリィパックを作らないといけないようです。
鉄道模型はサイズがいろいろなので、これはやっかいです。
また外部圧力で発火したり、過充電で発火したり危険度が高いのはニュースにもなっています。

対してニッケル水素(NiH)電池は流通も良く、安心です。
サイズもいろいろなものが出てきたので8本くらいまとめれば使えそうだとわかってきました。
下は無駄に買い集めた充電池です。
Liイオン電池は単三サイズに見えても頭に保護回路が入っていて大きさが違いますね。なんということでしょう。
また充電アダプタも怪しいものでした。
IMG_3669-2.jpg
電池フォルダーも無駄に買い集めました。
IMG_3668-2.jpg
006P型の充電池は最近知りました。
容量は200mAHと小さいのですが、8.4Vです。
狭い車内では有効だと思います。
ただし充電には6時間かかるとマニュアルに書いてあります。
IMG_3666-2.jpg

WI-Fi制御:Wi-Fi接続方法

この話を先に書くべきだったかもしれません。
模型が出てこなくて恐縮です。

例えばご家庭で無線Wi-Fiを使うときの構成はこのようになります。
アクセスポイント(AP)という機械を買ってきて光回線の箱(DSUとか)に繋ぎますね。
PCパソコンで設定プログラムを実行して、APの名前とパスワードを決めたりしますでしょう。
タブレットやスマートフォンでは、「Wi-Fi設定」という項目があり、APを探してパスワードを打ち込みます。
このとき、(意識する必要はないですが)、APから端末(パソコンやスマートフォン)にはIPアドレスを割り振ってそれぞれを区別するのが一般的です。
AP(アクセスポイント)に対して端末のことをSTA(ステーション)と言います。Wi-Fi用語です。
クリップボード01
これを踏まえて、タブレットから機関車/列車の制御を無線Wi-Fiで行うことを考えます。
下の図ではPCが機関車に置き換わっています。
機関車はPCと同じようにアドレスを取得する必要があります。
そうなのですが、ちょっと待ってください。
模型機関車にはキーボードもディスプレイも付いていません。
どうやってWi-Fi接続の設定をすればよいのでしょうか。
実はこのためのツールをTexas Instruments社が用意しています。
SmartConfig(賢い設定)という登録商標です。
クリップボード02
タブレットはすでにアクセスポイントとつながっています。
つまりアクセスポイントの名前もパスワードも知っています。
ここで、タブレット上で特殊なアプリを実行します。
そのときに機関車はアクセスポイントの名前とパスワードを知ることができます。
少し詳しい人ならば、そんなことができるのかと思うでしょうが、規格のデータフォーマットの中で、ユーザーに解放された部分をうまく使って実現しています。
この設定ツール「Wi-Fi Starter」はApple用とAndroid用が無償で提供されています。
また、これを備えた製品(オーディオですが)も世に出ています。
下の図では光回線を省いています。模型の制御には必要ありませんからね。パスワードも必要ありません。
クリップボード04
今やアクセスポイントの機械はそこかしこにあるのが当たり前ですが、それを買わなくても機関車の制御をする方法はあります。
機関車の中でソフトウェアアクセスポイントを作ってしまえばよいのです。
ソフトウェアAPとは、Wi-Fiの世界で既に確立された技術です。
これを使うと機関車/列車と一対一でタブレット/スマートフォンから制御ができます。
これをSTAモードに対してAPモードと言います。
クリップボード05

WI-Fi制御:マイコンボード

何気なくネット検索していて見つけたのが上のボードです。
ボードの裏に別のCPUが搭載されており、Arduinoと同じようにプログラム開発ができるのですが、私には使い辛いものでした。
また、パターンアンテナであり、日本向け試験は通っていないようです。
IMG_3670-2.jpg
下側の一回り小さいボードは更にシンプルで安価です。
これを見たときにはとても模型に使い易そうだと思いました。
銀色の箱は「モジュール」と呼ばれ、郵便マークのようなものは日本の電波法を通した印です。
中にはマイコンICとクロックとシリアルフラッシュメモリが入っています。
たくさんのスルーホールは電源ラインや汎用I/Oポートになります。

ハードウェアの全体構成は下図のように単純です。
モータードライバはパルス二本で前後進と速度制御できるものを選びました。
kousei.jpg

Wi-Fi制御:最初の試作

ブログカテゴリの名前ですが、そもそもWi-FiはDigitalではないのか、と思った人はそのとおりです。
Digital Wireless Controlとしたいところですが、前項のようにWi-Fiで無いものが既に存在します。
ここはWi-Fiを強調したいし、DCCにもちょっと対抗したい。
今現在はゴロが悪いなあと思うようになり、どうしようかなというところです。暫定です。

ちなみに本家はWi-Fiと書いてますが、WiFiと書かれる場合もしばしばです。
さらにWi-Fiという単語は何のことか?というと、オーディオのHi-Fiに対抗したキャッチーなコピーで、あまり意味は無いようです。

赤い回路ボードがTexas Instruments社のCC3200というWi-Fi付きマイコンの開発ボードです。
とにかく機能を確認したかったので、Oゲージの真鍮機関車のテンダーに載せています。
黒い小さい電池箱がマイコン用で、その下の箱がモーター用の5V電源です。
そろそろと走り出したのですが、モータードライバの制限電流が小さくて保護回路が働き、勝手に急停車したりしました。
一応の成功を見ましたが、この大きさではこの先どうしようかと思ったことを理解してもらえると思います。
プログラムは1ヶ月くらいで集中して書いたと思います。
IMG_3210.jpg
次にめぐりあったのは、前職で付き合いのあったボード屋さんが、拡販用に作ったこの基板を持ってきたのです。
私はちょうどこんなのを欲しかった旨を伝え、右下のコネクタが小さすぎるので、電源とモータードライバを乗せたアダプタボードを作るように頼みました。
ところが、レイルから充電したり昇圧回路などの図面を欲張ったあげくに製作が遅れ失敗してしまいました。
また、電波法の試験を通していないのでこのままでは大手を振って使うわけにはいきません。
そのうち、そのボード屋さんの引き合い商品がBlueToothのほうに移ってしまい、そのボード屋さんのWi-Fiは現在も日の目を見ていません。
IMG_3667-2.jpg
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まとめ