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オーデオテスラコイル

こんにちは、Operaです。

最近は一般的な大学とは位相の遅れた夏休みをエンジョイしていてインターンに行ったりダラダラしたりアニメ見たりゲームしたり秋葉で拾ってきたテレビを直したり...

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背板が二枚あり大きい方がディスプレイ本体・バックライト点灯を担当しており、小さい方が液晶制御を担当している。カオス

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ジャンカーなら違うサイズのテレビを買ってきてニコイチするぐらい簡単だよね!!あとはテレビ置くためにお部屋整理したり

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園芸用だかの網を道具置きにすると網をペンチで加工することで引っ掛けられて非常に便利
なんてことをしても驚くべきことに時間が有り余ってしまい久しぶりにテスラコイルをいじっていたのでそれについての記事を書いてみようと思います。

テスラコイルと言っても、別にテスラコイル自体がメインではなく音声信号用インタラプタがメインです。
20kHzで音声信号をPWM信号に変換し、それでテスラコイルに変調をかけることでテスラコイルをスピーカーにしてやろうという目論見。

というわけで適当にブレボに回路を組んでF401RE Nucleoを使いテストしてみたところ、しっかりと動いてくれました。
音声信号をADCしてPWM出力に変換するという単純なものです。D級アンプの信号変換部分みたいな感じ。

まあうまいこと動くのは分かったのでユニ基に移してコスト上の理由からマイコンをLPC1114に変えてみたところ...

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ADCの性能が悪いのか音質が劇的に悪化してしまいました。STM32F401とLPC1114にはチップ単価にして10倍近くの価格差がありますがその差は単に処理性能だけってわけでもないそうです。
さすがに周波数のずれたAMラジオのような音質ではとてもじゃないがお話にはならないので最終的にケースの中にマイコンボードを押しこむという暴挙に。

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突然の仕様変更なのでかつてのICソケットから導線を生やす感じになってます。

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ほんじゃここらで動作動画でも。



しっかりと音楽が聞こえるので僕らは目指した感じになってますね。スマホで撮影したので音質が悪いですが体感としてはAMラジオ程度の音質は出ています。ただこれはPWM出力をそのまんまスピーカに突っ込んだだけなんで実際のテスラコイルでの音質とは違うますがね。
サンプリング周波数が20kHzで、HPFとして2kHzのCRフィルタをかましてるので帯域幅はかなり狭めです。とはいえ2kHzったってアナログフィルタはそんなに出来が良くないので実際は低周波の音声も拾えます。
わざわざHPFを入れている理由はノイズが入ってしまうせいです、これに関しては原因が良う分からんのでさっぱり。あなろぐはむずかしいなぁ。
ちなみにこちらのインタラプタにはオーディオインタラプタとしての機能だけでなく通常の可変Duty可変周波数のインタラプタとしての機能も実装されています。なんでもこなしちゃう万能型なのですね。

とりあえずオーディオインタラプタが完成したので次はSSTC Mk.IIIの話に移ろうかと。
まずはSteve大先生のMini SSTCをだいたい丸パクリして制御回路とハーフブリッジ回路を組みました。

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あらまぁなんとも雑な構成で。一応制御回路のアンテナフィードバック部分には20kHzほどのHPFがかかっています。テスラコイルの共振周波数を考えると本当はもう少しばかり高い周波数でかけても問題ないのですが、位相遅れの問題でこの程度に抑えています。
信号をフィードバックする回路での位相遅れは致命的な動作不良の原因となりかねませんので気をつけねばなりません。
また、制御回路のGDT駆動用のICはデッドタイムなしで数百kHzの信号をスイッチングするため非常にホットになるため熱伝導シールを使ってヒートシンクを貼っつけています。

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これあるとないじゃだいぶ変わるんで発熱するIC持ってる人は熱伝導シール貼っておくだけでも冷えるんでおすすめです。
あとは二年前に作ったSSTC試作初号機(だったっけな?)に使っていた電源を改修してノイズフィルタを入れました。

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当時入れてなかったの高調波的にあかんかったことは秘密です。

んで回路はできたんで次はコイル系を。

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安定の塩ビ管にUEW。キャスター使ってコイル回す手動コイル巻き機は圧倒的なコスパでホント有能だからオススメ。

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一時間ほどせっせと巻いていたら巻き終わりました。あとは塩ビ管をぶった切って上にトロイドとしてアルミボウル乗っけて適当に一次コイルをIV線ででっち上げて接続すれば完成。

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以上サルでも作れるテスラコイル講座でした。もう慣れっこの回路なんで作るのは数日程度で終わりました。

それで最終的な動作テスト動画がこちらです。



ここには音楽がちゃんとある(音量はない)。一次コイルを適当に作りすぎたせいか放電距離と音量が出ないんですよねー、インタラプタの周波数が高いのも問題の一つのようです。後者に関してはどうにもならないですが一次コイルの改良は近いうちにやる予定です。
音としてはスピーカーとして十分聞き取れるレベルの音質で動いているのでひとまず成功ですが音量が上がらないと厳しいなぁと思います。
おまけで燃やしたのに関しては色々と事故があったからですが人為的ミスなので回路自体に問題はなさそうです。

まあそんなこんなでテスラコイルの放電でもスピーカーはできますよと。ただ現状の放電距離ではFBTスピーカなんかに負けてしまっているのでもう少しばかり放電してくれないとテスラコイルであるメリットがないですね。

とりあえずの試作は出来たので今後改良できたら良いなと思います。こちらのインタラプタを使用した場合に発生しうる問題は特に無いので、他のSSTCにも使えそうです。
文化祭もありますし、マルチコプターの部品も注文したのでそっちの方もそろそろ蒼穹へと翔び立ちたいなぁと思います。Li-poで爆発オチは勘弁で。ではまた今度。
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発振!未完のテスラコイル

こんばんは、Operaです。
なんかブログ記事書こうと思ったら下書きに保存されてたので投稿します。書かれたのが文化祭直前だったので、恐らく当時の僕はテスラコイル動いたしブログ記事にするぞーって思って帰宅中にスマヒョから記事を書いて、画像を載っけるのは家でやろうと思ってその工程を忘れて今発掘されたってとこでしょう。ということで、テスラコイル記事です。

やっとDRSSTCが動いたわけですよ、うれしいうれしい。
まずは放電写真でも。
図1

放電距離は40cmってとこです。急遽VU70の二次コイルとしたのでDRSSTCの規模の割に短いですが二次コイル巻き直したり共振周りの改造をすればさらに伸ばせると思います。

全景はこちら。

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一次コイルは平型になっています。土台部分は重量が13kgありますので貧弱者としては来るものがありますね。

フロントパネルは各種端子、スイッチ、計器など動作に必要なものが全て集約されています。ただパネルを2mm厚の塩ビ板で作ったのは失敗でしたね、若干きしみます。

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怒涛の4連+2連冷却装置は最大50Wのパワーを持ちます。駆動には降圧チョッパを用いていて無段階変速ができます。フルパワーで回すとうるさい

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カレントトランス周りは一度一次コイルから放電する不具合に見舞われたのもあって、一次コイルが絶縁テープが巻かれています。意味あるのかは知らん。

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一次コイルのタップはヒューズホルダーを使いました。これ最初に考えた人よく思いつきましたね、非常に使いやすいです。

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他にも突入電流防止回路やらコンデンサ電荷放出回路やら色々詰まっています。サイズは大きいですが、密度も高めです。

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ただ、これはまだ完成形ではなく二次コイルももらいものを使い回しています。元々の太さはVU100を想定してたし、その辺りは改良すべき点だなと思います。
とりあえず、ここ半年以上の結果が出て嬉しいものです。今後は回路をパワーアップして1m放電を目指しますかね。

なんてことを2ヶ月前に書いていましたがその後鉄道模型やらクアッドコプターやらでテスラコイルにはノータッチで部室に眠っています。規模が大きい分テスラコイルっていじるのにすんごい気力いるんですよね、もう体力がなくてできませんわ。そのうち暇になったらいじって1m放電しようかなーって思いますがとりあえず目の前にタスクが山積みなのでそっち次第ですねー。最後にクアッドコプターの進捗画像を上げてから終わりにしたいと思います。

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では、今日はこのへんで。

アースを取るのは大事です

こんばんは、Operaです。
なんか夏休み終わっちゃって学校の文化祭が二週間後に迫っているとかいうクソみたいな状況で困ってるんですわな。
DRSSTCうまく動かんし、原因分からんしでまーどうしようかなと。

とりあえず気休めだったりコイルの試験用だったりで軽くSSTCを作って動かしてみたり。

簡単なSSTCの作り方

1, ハーフブリッジ回路を組みます

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2, それっぽい制御回路を組みます

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3, とりあえず合体させます

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4, GDTを巻いて接続します

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5, 一次コイルと二次コイルを適当に作って接続して電源を投入したら放電します

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参考 : Steve氏のMini SSTC

参考と言いつつ大体パクってるけどね。そもそもSSTCの回路自体どれも似たり寄ったりだけど。

ヒートシンクは大阪行った時にデジットで買ったやつですけど、そこそこサイズもあって非常に使いやすいです。みんなさんが重宝している理由がよくわかりました。我ながら適当に2日ぐらいででっち上げた割にはうまいことできたかな?
ただうまく放電しないね、回路的には一年前に作ったSSTCと同じはずなのに。

なんとなく突破口というか解決策というかとしてやっぱり接地が大事なんじゃないかなというのを思いました。明日にでも銅線地面にぶっ刺して部屋の窓から室内に持ってくるかね。あと一年前の二次コイル部室から持ってきて動かしてみようかと。実験で大事なのは比較検証だって偉い人が言っていました。

あと、こいつと平行してクアッドコプター作ってるんですけどまあ終わらないんだなコレが。共同でプロジェクト組んでるわけですが、自分の担当もなかなか終わらないし部品は届かねぇし文化祭までにはキツイかもね。いっくらプログラムがあってもモーターが無いんじゃ飛ぶわけねーわ。

そんなこんなでどうも進捗が悪いね。モノ自体は作ってるけど発表できる区切り?というのに達していなくてなかなかまともな記事がかけないというのをここ数ヶ月やってる気がする。
まあ文化祭を前にケツに火がついてるので頑張りますかね。また今度。

休みのない夏休み

こんばんは、Operaです。
うちの学校は特殊(笑)なので現在僕は絶賛夏休み中です。とはいえ、色々あって結局夏休み始まって以来週4,5のペースで学校に行っていますが...まあ大抵午後からなので朝の殺人的なラッシュに巻き込まれないだけ10^3倍ぐらいマシでしょう。

本日も例のごとく前置きのメイン化。この間家族旅行で千葉の某海水浴場に行ったんですが、千葉の海というのはなかなかきれいなもんですね。いくつかお写真を。

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岩場多し

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海水溜まり、底が透けて見えて美しい。

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岩場で定位置を確保しぼーっとするたそがれる。波の動きを見ていると時間の流れを忘れますね、ちなみに日焼け止めも忘れました。
海入って泳いだわけでもなく、横っちょで海見てただけでしたが焼けましたね、足にビーチサンダル跡ができてるのには笑うしかない。

これまた千葉なのですが、東京近郊区間を使った大回り乗車なんかもやりました。房総半島一周企画ということで、内房線外房線をフル活用しました。川崎の某駅を出発し、気付けば千葉駅に。

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一人旅の友、りんかるくん。男が一人でぬいぐるみ持って写真撮ってる姿滑稽だろうなぁ...

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直通列車はここまで、君津駅で乗り換え待ち。

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内房線に乗ること数時間、終着安房鴨川駅に到着。次の外房線は...一時間後。

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夢のボックスシート占領。以前友人らと京急線で三浦半島に行った時もやりましたが、一人で占領するのはまた格別。

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選ばれる、旨み。

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千葉まで行ってはルール違反(同じ駅を複数回通ってはいけない)なので大網にて乗り換え。ここからは色々乗り換えて我孫子経由したり武蔵野線使ったりしておうちに帰りました。ちなみに改札入場時間が9:11→改札出場時間が20:56という。ほぼ12時間使い一日を潰した旅でした。
実は日帰りとはいえ一日を使った一人旅というのはこれが初めてで、最初は不安もありましたがまあなんとかなったなぁと。無計画に飛び出したため、いくつかトラブルもありましたが他人に迷惑をかける心配をしなくてもいいのもメリットの一つかなと思います。他人といることはいくら気の知れた相手でも楽しさと同時に制約がつきますからね、たまには何にも縛られずに動いてみるのもまた一興です。


さて、本題のMake活動についてはテスラコイルに進捗があり、ZCSインバータとしての動作を確認しました。というのも、制御回路内のロジックに設計ミスがあったんですわ。まあ通りで動かないわけです、下手にSteve氏の回路を引用して思考が停止していたことにより気づきませんでした。

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ということでNOTを増設、元々GDTドライブ用に作った増設基板の端っこにつけてみる。

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ZCSインバータとしての試験稼働には成功しましたが適当にドライブしてたらヒューズが逝きました。このサイズのヒューズになると飛ぶときの光が部品飛んだのかと思ってしまって怖い...

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完成形(仮)。ちゃんと周波数測ってなかったんで放電はまた今度にお預け。
そういえば、DRSSTCは一次からフィードバックをしてコイルのインダクタンスを可変にすることで二次の共振周波数に合わせるようなことをしていましたが二次フィードバックのほうがいいんじゃないかなんて話が出ていますね。どうもそこら辺の話の理屈が理解できないというか理解しようとしないので学校の先生に聞きたいところです。
なかなかテスラコイルは規模が規模なので一日フリーな日がないといじる気になれず、そういう日が何故か土日ぐらいしかないので進みませんね。再来週になれば学校関連が一旦落ち着くから平日もフリーなはず...

その点プログラムをゴリゴリするクアッドコプター開発は数時間でもできるので進みますね、送信機やら受信機やらのプログラムを書いています。今までプログラムというのには苦手意識、というか好きになれないといった感情がありましたがそんなものはどこへやら寝る前にちょくちょく書いています。いまいち理解できなかった部分も最近理解できるようになり、思い通りのプログラムを組めるようになってきました。

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送信機と機体側の受信マイコンをいじいじ。スティックの状態を送ったりぐらいまではできるようになりました。

最近はmbedにも興味あり、クアッドコプターの制御にはmbed互換であるSTM32 Nucleo Boardを使おうかと思っています。演算能力に長けていますね、使うことにしたのはSTM32F401ですが、決め手は単精度浮動小数点演算機搭載でした。クアッドコプターの制御には不可欠だと思いますのでね。
まだ実装はしていませんが、飛行機体との無線通信ということで通信エラーに対する対策というのは不可欠ですね、これがズレるとデータの受信時にデータの格納される位置がズレて間違った内容を受信することになってしまいます。ノーコン=死である飛行機体では絶対にあってはありません。安全面をより一層考えた設計ということで、慎重な制御が要求されます。まあなんというか思っていたよりも大変。
こちらは僕一人で動いてるわけでもなく、共同プロジェクトとして動いているので9月中には自分の担当箇所を終わらせたいです。納期、大事。

今日はここらへんで、最近日記調になっていてろくに製作報告できてない気がする...

TOCOSの無線モジュは強い(雑記)

おはようございます、Operaです。
清々しい朝ですね、早起きは三文の徳といいますが眠気もなくまさにことわざ通りです。個人的には6-7時間睡眠が一番疲れがとれて後に眠気も残らない最適な睡眠時間かと思います。
というのも、前回の更新から三週間ほど課題とか試験とか課題とか課題とか部活とかでろくに寝れていなくって、それで遅くまで起きている癖がついてしまい夏休みに入っても続いていて昼夜逆転気味なのです。まあ逆転まではいってないし、位相が90度ぐらい遅れた感じかな?
夏休み前の一週間はほんと辛かったです、試験終わって満身創痍なところにさらに各種課題やらなんやらコンテストやらが積層して力尽きた。実際夏休み初日は疲労困憊で倒れてました。
ちなみにその積層した課題の一つに増幅回路設計があったんですが、そこで新たに部活で導入したオシロスコープを使ってみました。秋月に最近入荷された、OWONのSDS5032Eなんですがこれは便利ですね。

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まあデジタルオシロなら常識ですが、波形の各種値をパッと表示できて非常に便利です、操作も直感的にできて画面も大きくて見やすく値段的にもお手軽なのでおすすめです。
おっと秋月の回し者になってしまった、まあなにはともあれなんだかんだでやっと夏休みに入ったもんで趣味に時間を使えるってわけです。昼間は場所が確保できるからテスラコイルを、夜は無理なので今度はクアッドコプターの制御回路関連をいじっています。

テスラコイルはなんとなく新しい二次コイルを巻いてみました。

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VU100にφ0.5を1200ターンです、共振周波数は340kHzと高くなってしまいました。もう少し巻けばよかった...

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こちらのコイルは二層に巻いてあり、それにより直流抵抗が半分、浮遊容量が倍になって結果的に共振周波数が単層巻きの時よりも落ちるはずだったんですが、どうも二重巻きによる効果の後者の方がなかったようで落ちなかったです。前回作ったコイルでは予想通りそれが見られたので、恐らく巻き方の問題かと...うーんこれは痛い。ホームセンターに行ってアルミダクトを買わねば。

そうそう、この前秋葉に行った時に開いてないことで有名なaitendoでTOCOSの無線モジュのうちわ配ってました。

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この普段使いもできる感じなデザインでピンアサインが書いてあるという超実用的うちわ。暑い夏でもこのうちわを片手に無線通信回路の設計ができるわけです(?)。こんな感じに。

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今回使用したのはTOCOS TWE-Lite DIP(トワイライトと読むらしい)です。お値段1.6k。こちらの無線モジュールでクアッドコプター用の無線UART通信を試してみました。こちらのモジュールは買ってからそのままのファームだとUART通信に色々制約があるっぽいので、シリアル通信用のソフトに書き換えたほうが使いやすいです。というかそれやらんと使えなかった。やり方は全て公式サイトに書いてありますが、PCと通信するためUART-USB変換ケーブルがないとできないです。
TWE-Liteは使いやすいですね、自分でソフトを作ることもできるらしく、お手軽さをアピールしていますが上級者向けの機能もありよくできています。こういう取っ付き易くて奥が深いモノ大好きです。
あとはLCDをいじいじしたり。

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20文字で2行あると余裕があっていいですね、ここでは右上で電源電圧の表示をしています。aだかΩは加速度だったり角速度です。まだセンサーからの値を読む機能が実装されていませんがね。

まあ適当に作っています、いい加減テスラコイル動かせという話が各所から出ていて耳が痛いので頑張ります。また今度。
プロフィール

おぺら

Author:おぺら
強電から弱電まで狭く浅くやっています。
強電:コイルガン(充電&発射部)、テスラコイル
弱電:コイルガン(制御)、鉄道模型版PRC&CTC、マルチコプター
最近はエンジン回して遊んでいます。

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