ステッピングモーターその１ モーターとドライバ（L6470）を試す
ステッピングモーターを試します。
モーター、ドライバー、ネジをセットで変えるストロベリーリナックスから購入しました。
L6470 ステッピングモータ・ドライバキット - L6470 - ネット販売
L6470/42x34mmステッピングモーター用ネジセット - ネット販売
別に、ネジを使用する予定はないのですが、買ってみました。
ドキュメントがしっかりしているのが決め手でした。
https://strawberry-linux.com/pub/l6470-manual.pdf
モーター
そもそも、ステッピングモーターの、１相、２相など、コントロールの種類に関しては、事前に勉強が必要。
仕様 ・２相バイポーラ ステッピングモータ ・推奨動作電圧：ＤＣ１２Ｖ ・ステップ数：２００ステップ（１．８度） ・電流：０．３３Ａ／相 ・シャフト径：５ｍｍ ・シャフト長さ：２４ｍｍ（方軸） ・コイル抵抗：３４Ω ・重量：２００ｇ ・保持トルク：０．２３Ｎ・ｍ ・絶縁抵抗：１００ＭΩ以上（５００ＶＤＣ） ・サイズ：４２（Ｗ）ｘ４２（Ｈ）ｘ３４（Ｄ）ｍｍ
モータードライバ
仕様 コントローラ STMicroelectronics L6470 対応モータ バイポーラ（２相）ステッピングモータ モータ電源 DC8V～45V ロジック電源 DC3.3V～5V 最大モータ電流 3A rms （ピーク7A） インターフェース SPI（４線式） マイクロステップ数 1/1～1/128の間で設定ができます。 自己消費電流 約5mA（3.3V 動作時） 約1mA（5V動作時） ※実測値 その他機能 3.0Vレギュレータ内蔵，パワーダウンモード，オシレータスリープモード サイズ 約４０ｘ４０ｍｍ ※このドライバは基本的にモータ電源とロジック電源の２系統の電源を必要とします。 ※製作・使用にあたり巻末の使用上の注意をよく読んでお使いください。
SPI の準備
raspi-config から、SPI を有効にします。
9 Advanced option > A5 API から、設定します。
$ lsmod | grep spi spi_bcm2835 7286 0 $ ls /dev/spidev* /dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1
配線
GPIO 9(SPI MISO) 3(SDO) GPIO11(SPI SCLK) 5(SCK) GPIO10(SPI MOSI) 6(DSI) GPIO 8(SPI CE0) 7(~CS)
なお、CN1インターフェースに、RPIの3.3vとGNDだけをつなぐと、配線した際にOSが落ちました。
モーター電源に電源をつないだ状態で抜き差ししても、落ちません。
配線してある状態でモーターへの給電を止めても、落ちません。
なんとなくですが、ジャンパー設定が「3.3vを給電可能」モードと共通なので、
モーター電源が来ていない場合、その辺がゴニョゴニョしているのかなーと思います。
wiringPi を準備する
インストール
$ git clone git://git.drogon.net/wiringPi $ cd wiringPi/ $ ./build
コーディング
慣れない C です。
こちらを元に、書き換えました。
起動、加速、減速、解放・・・のつもりです。
http://junkroom2cyberrobotics.blogspot.jp/2012/09/raspberry-pi-spi.html
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <wiringPi.h> #include <wiringPiSPI.h> #define L6470_SPI_CHANNEL 0 // 関数プロトタイプ。 void L6470_write(unsigned char data); void L6470_init(void); void L6470_run(long speed); void L6470_softstop(); void L6470_softhiz(); int main(int argc, char **argv) { int i; long speed = 0; printf("***** start spi test program *****\n"); // SPI channel 0 を 1MHz で開始。 if (wiringPiSPISetup(L6470_SPI_CHANNEL, 1000000) < 0) { printf("SPI Setup failed:\n"); } // L6470の初期化。 L6470_init(); while(1) { for (i = 0; i < 10; i++) { speed += 2000; // 30000 位まで L6470_run(speed); printf("*** Speed %d ***\n", speed); delay (1000); } for (i= 0; i < 10; i++) { speed -= 2000; L6470_run(speed); printf("*** Speed %d ***\n", speed); delay (1000); } L6470_softstop(); L6470_softhiz(); return 0; } return 0; } void L6470_write(unsigned char data) { wiringPiSPIDataRW(L6470_SPI_CHANNEL, &data, 1); } void L6470_init() { // MAX_SPEED設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x07); // 最大回転スピード値(10bit) 初期値は 0x41 L6470_write(0x00); L6470_write(0x41); // KVAL_HOLD設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x09); // モータ停止中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF); // KVAL_RUN設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x0A); // モータ定速回転中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF); // KVAL_ACC設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x0B); // モータ加速中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF); // KVAL_DEC設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x0C); // モータ減速中の電圧設定(8bit) 初期値は 0x8A L6470_write(0x40); // OCD_TH設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x13); // オーバーカレントスレッショルド設定(4bit) L6470_write(0x0F); // STALL_TH設定。 /// レジスタアドレス。 L6470_write(0x14); // ストール電流スレッショルド設定(4bit) L6470_write(0x7F); } void L6470_run(long speed) { unsigned short dir; unsigned long spd; unsigned char spd_h; unsigned char spd_m; unsigned char spd_l; // 方向検出。 if (speed < 0) { dir = 0x50; spd = -1 * speed; } else { dir = 0x51; spd = speed; } // 送信バイトデータ生成。 spd_h = (unsigned char)((0x0F0000 & spd) >> 16); spd_m = (unsigned char)((0x00FF00 & spd) >> 8); spd_l = (unsigned char)(0x00FF & spd); // コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir); // データ送信。 L6470_write(spd_h); L6470_write(spd_m); L6470_write(spd_l); } void L6470_softstop() { unsigned short dir; printf("***** SoftStop. *****\n"); dir = 0xB0; // コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir); delay(1000); } void L6470_softhiz() { unsigned short dir; printf("***** Softhiz. *****\n"); dir = 0xA8; // コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir); delay(1000); }
gcc -o wir wir.c -I /usr/local/include -L /usr/local/lib -l wiringPi
最後のsoftstopは、意味ないですし、whileも意味ないですが、
動作差テストには成るかなと。
softstop/hardstop の状態は、トルクを維持しますので、電磁石はONの状態。
発熱します。
HiZ します。
データシート曰く、softhiz は、 10100000 なので、１６進数に直すと、A8 に成ります。
wiringpi2 を Python で使う
インストール
$ sudo pip install wiringpi2
動作チェック
$ sudo python Python 2.7.9 (default, Mar 8 2015, 00:52:26) [GCC 4.9.2] on linux2 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> import wiringpi >>> wiringpi.piBoardRev() 2 >>> wiringpi.wiringPiSetup() 0 >>> quit()
コーディング
wiringpi wiringPiSPIDataRW が、２つの引数のみを受け付けるのだが、一体何を渡せばいいのかわからず、調べた。
ソースを読むと、Cにそのまま第２変数を投げているだけに見える・・・。
Gadgetoid commented on 2 Apr 2013 Amazingly late to the game here, but I have started maintaining WiringPi again in the form of a new version which you can find here: https://github.com/WiringPi/WiringPi2-Python The function wiringPiSPIDataRW now takes two arguments, pin and the string. Length and conversion to the correct datatype is handled internally. You should be able to call it thus: wiringPiSPIDataRW(1,'badger') I am the sole maintainer of this package, and had more pressing distractions. I'm tremendously late in getting it updated and offer my apologies. I'd love to see you guys come back to WiringPi2-Python and test it out; I'll be around to attempt to fix any problems you might have.
Pin, String らしい。
別のスレッドも探してみたら、
Python 2.7 なら、 (Int Pin, Str Data ) もしくは （Int Pin, Chr Data ）で、
Python 3 なら、（Int Pin, Bytes Data）
らしい。
2.7 系で、 Str Data とうことだが、255 = 0xFF を Strで渡すというのは、"0xFF" を渡すのか、 "FF" を渡すのか、、、。
試行錯誤の結果として、
とりあえず、0xFF (int型）を、struct.pack で、ununsigned char型に変換して投げるようにしたら、動いた・・・。
これで正しいのだろうか。
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- import wiringpi as wp import time import struct L6470_SPI_CHANNEL = 0 L6470_SPI_SPEED = 1000000 def L6470_write(data): data = struct.pack("B", data) wp.wiringPiSPIDataRW(L6470_SPI_CHANNEL, data) def L6470_init(): # MAX_SPEED設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x07) # 最大回転スピード値(10bit) 初期値は 0x41 L6470_write(0x00) L6470_write(0x41) # KVAL_HOLD設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x09) # モータ停止中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF) # KVAL_RUN設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x0A) # モータ定速回転中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF) # KVAL_ACC設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x0B) # モータ加速中の電圧設定(8bit) L6470_write(0xFF) # KVAL_DEC設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x0C) # モータ減速中の電圧設定(8bit) 初期値は 0x8A L6470_write(0x40) # OCD_TH設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x13) # オーバーカレントスレッショルド設定(4bit) L6470_write(0x0F) # STALL_TH設定。 # レジスタアドレス。 L6470_write(0x14) # ストール電流スレッショルド設定(4bit) L6470_write(0x7F) def L6470_run(speed): # 方向検出。 if (speed < 0): dir = 0x50 spd = -1 * speed else: dir = 0x51 spd = speed # 送信バイトデータ生成。 spd_h = (0x0F0000 & spd) >> 16 spd_m = (0x00FF00 & spd) >> 8 spd_l = (0x00FF & spd) # コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir) # データ送信。 L6470_write(spd_h) L6470_write(spd_m) L6470_write(spd_l) def L6470_softstop(): print("***** SoftStop. *****") dir = 0xB0 # コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir) time.sleep(1) def L6470_softhiz(): print("***** Softhiz. *****") dir = 0xA8 # コマンド（レジスタアドレス）送信。 L6470_write(dir) time.sleep(1) if __name__=="__main__": speed = 0 print("***** start spi test program *****") # SPI channel 0 を 1MHz で開始。 #wp.wiringPiSetupGpio() wp.wiringPiSPISetup (L6470_SPI_CHANNEL, L6470_SPI_SPEED) # L6470の初期化。 L6470_init() while True: for i in range(0, 10): speed = speed + 2000 # 30000 位まで L6470_run(speed) print("*** Speed %d ***" % speed) time.sleep(1) for i in range(0, 10): speed = speed - 2000 L6470_run(speed) print("*** Speed %d ***" % speed) time.sleep(1) L6470_softstop() L6470_softhiz() quit() quit()
リレーとソレノイドを試す
３Ｖ小型リレー 接点容量：１Ａ Ｙ１４Ｈ－１Ｃ－３ＤＳ を試します。
目標 ソレノイド ５Ｖ ＺＨＯ－０４２０Ｓ－０５Ａ４．５ プッシュ型 を動かします。
ソレノイド
５Ｖ ＺＨＯ－０４２０Ｓ－０５Ａ４．５ プッシュ型
◆主な仕様 ・定格電圧：ＤＣ５Ｖ ・定格電流：１．１Ａ（＠ＤＣ５Ｖ、２０℃） ・定格電力：５．５Ｗ ・使用電圧範囲：ＤＣ５Ｖ±５％ ・直流抵抗：４．５±５％Ω（周囲温度２０℃） ・ストローク：３ｍｍ ・プッシュ力：８０ｇ（最少）＠ＤＣ５Ｖ ・寿命：３０万回（サイクル条件：１秒通電、３秒休止） ・ケーブル長：５０ｍｍ ・コネクタ：２Ｐ ２ｍｍピッチ ・取り付け穴：1．５ｍｍ×２（タップなし） ・重量：１３ｇ
ということです。
試しに、単３電池＊２を直列に繋いで、約 3.0v を通電させた所、カチッ と、動きました。
1.1A で動かくということですが、安定化電源で、5v で電流を変化させた所、 0.4A 程度で動きだしました。
1A 流せば、なかなか力強い感じです。
リレー
接点容量：１Ａ Ｙ１４Ｈ－１Ｃ－３ＤＳ
・コイル電圧：３Ｖ 約５０ｍＡ ・接点：１Ｃ ・接点容量：１Ａ ２４ＶＤＣ／０．５Ａ １２５ＶＡＣ
コイルに流す電流（操作）は、3V で、
切換接点（Cタイプ）が１回路 有り、
接点は 24Vなら、1A までいけます、、、という意味でしょうか？
回路図だけみても、わからなくなるので、注釈を書き入れてみた。
最初に、リレー自体には極性が無いようなので、コイルも、動作電源も + と - は、適宜入れ替えて使える。
動作電源+ の甲と乙は、別にどちらに繋いでもいい。
動作電源- の N.O と N.C は、Normally Open と Normally Close のつもり。
操作電流が流れていない場合（平常時）に、On になる側と、 Off になる側。
操作電流が流れていない時は、 N.O がつながっていて、操作電流が流れると、N.C がつながる。
配線
ブレッドボードにリレーをどう刺すか悩みました。
中央をまたいで刺せると楽だったんですが、むりなので、端っこに出っ張らせて、クリップコードではさみました。
プログラム
#!/usr/bin/python # -*- coding: utf-8 -*- import RPi.GPIO as GPIO import signal import sys import time GPIO_ID = 26 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(GPIO_ID, GPIO.OUT) def exit_handler(signal, frame): # Ctrl+Cが押されたときにデバイスを初期状態に戻して終了する。 print("\nExit") GPIO.cleanup() sys.exit(0) # 終了処理用のシグナルハンドラを準備 signal.signal(signal.SIGINT, exit_handler) while True: GPIO.output(GPIO_ID, True) time.sleep(0.5) GPIO.output(GPIO_ID, False) time.sleep(0.5)
実行すると、カチカチ動くのですが、ディスプレイがおかしい。
ノイズが出ていると思われます。
ノイズ対策
正確な知識が問われるところですが、、、調べた所、幾つかの方法が有り、コンデンサーを入れる方法でも効果が出ることがあるようだ。
とりあえず、DCモーター用に購入してあった 0.01µF を入れてみたところ、改善されました。
Raspberry pi Zero を試す
Raspberry pi Zero を試す
人気すぎて、一人一つしか売ってくれない。
重量が軽すぎて安定しないという意見を沢山見たので、最初からアクリルのケースに入れました。
Zero の特徴
なので、microUSB > USB > USBHUB だとか、
USBイーサネット > USBHUB だとかする。
OS
Raspbian Jessie Lite を入れてみました。
microSD を、SDFormatter
ダウンロードしてきたISO を、Win32DiskImager で焼く
Boot
GPIO
# apt-get install wiringpi # gpio readall +-----+-----+---------+------+---+-Pi Zero--+---+------+---------+-----+-----+ | BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM | +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+ | | | 3.3v | | | 1 || 2 | | | 5v | | | | 2 | 8 | SDA.1 | IN | 1 | 3 || 4 | | | 5V | | | | 3 | 9 | SCL.1 | IN | 1 | 5 || 6 | | | 0v | | | | 4 | 7 | GPIO. 7 | IN | 1 | 7 || 8 | 1 | ALT0 | TxD | 15 | 14 | | | | 0v | | | 9 || 10 | 1 | ALT0 | RxD | 16 | 15 | | 17 | 0 | GPIO. 0 | IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN | GPIO. 1 | 1 | 18 | | 27 | 2 | GPIO. 2 | IN | 0 | 13 || 14 | | | 0v | | | | 22 | 3 | GPIO. 3 | IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN | GPIO. 4 | 4 | 23 | | | | 3.3v | | | 17 || 18 | 0 | IN | GPIO. 5 | 5 | 24 | | 10 | 12 | MOSI | IN | 0 | 19 || 20 | | | 0v | | | | 9 | 13 | MISO | IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN | GPIO. 6 | 6 | 25 | | 11 | 14 | SCLK | IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN | CE0 | 10 | 8 | | | | 0v | | | 25 || 26 | 1 | IN | CE1 | 11 | 7 | | 0 | 30 | SDA.0 | IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN | SCL.0 | 31 | 1 | | 5 | 21 | GPIO.21 | IN | 1 | 29 || 30 | | | 0v | | | | 6 | 22 | GPIO.22 | IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN | GPIO.26 | 26 | 12 | | 13 | 23 | GPIO.23 | IN | 0 | 33 || 34 | | | 0v | | | | 19 | 24 | GPIO.24 | IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN | GPIO.27 | 27 | 16 | | 26 | 25 | GPIO.25 | IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN | GPIO.28 | 28 | 20 | | | | 0v | | | 39 || 40 | 0 | IN | GPIO.29 | 29 | 21 | +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+ | BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM | +-----+-----+---------+------+---+-Pi Zero--+---+------+---------+-----+-----+
UART について
UART について
Raspberry pi 2 と 3 では /dev/ttyAMA0 の使用方法が異なるらしい。
Rpi2 シリアル通信
Rpi3 Bluetooth
Rpi3でUART を使用するには、幾つかの方法が有るようだ。
プルアップ/ダウン抵抗 について
プルアップ/ダウン抵抗がどうなっているのか。
と
https://www.raspberrypi.org/wp-content/uploads/2012/10/Raspberry-Pi-R2.0-Schematics-Issue2.2_027.pdf
を眺める。
| PIN | GPIO | コメント |
|---|---|---|
| 3 | 2 | SDA (i2c Data) is one of the i2c pins on the Pi, learn more about i2c. SDA includes a fixed, 1.8 kohms pull-up to 3.3v, which means this pin is not suitable for use as a general purpose IO where no pullup resistor is desired. |
| 5 | 3 | SCL (i2c Clock) is one of the i2c pins on the Pi, learn more about i2c. SCL includes a fixed, 1.8 kohms pull-up to 3.3v, which means this pin is not suitable for use as a general purpose IO where no pullup resistor is desired. |
GPIO2,3 は 1.8kΩ固定、その他は、制御可能な 50KΩ らしい。
GPIO.setup(pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP); GPIO.setup(pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN);
など。
初期状態・・・も、調べよう。
二酸化炭素センサー MH-Z19
二酸化炭素センサー MH-Z19 を試す。
Applications
It is widely used in the HVAC refrigeration and indoor air quality monitoring.
Note: Please let us know the measuring range you need in the Remarks.
If no remarks, we will ship 0~5000ppm by default.
データシート
http://eleparts.co.kr/data/design/product_file/SENSOR/gas/MH-Z19_CO2%20Manual%20V2.pdf
Technical Parameters and Structure
Product Model MH-Z19
Target Gas CO2
Working voltage 3.6 ~ 5.5 V DC
Average current < 18 mA
Interface level 3.3 V
Measuring range 0 ~ 0.5% VOL optional
Output signal
UART
PWM
Preheat time 3 min
Reponse Time T90 < 60 s
Working
temperature
0 ~ 50 ℃
Working humidity
0 ~ 95% RH
(No condensation)
Dimension
33 mm×20 mm×9 mm
(L×W×H)
Weight 21 g
Lifespan > 5 years
PWM用の配線
PWMだけなら 右側３つしか使わない。
PWM : GPIO21
AOT : （開けたまま）
GND : GND
Vin : 5v
に接続した。
PWM 制御の情報
- Output Data Reading
7.1 PWM output (taking PWM output from 2000ppm as example)
CO2 output range: 0ppm-2000ppm
Cycle: 1004ms ± 5%
High level output for beginning: 2ms ± 5%
Middle of cycle: 1000ms ± 5%
Low level output for ending: 2ms ± 5%
とある。
High(1), Low(0), High と繰り返すわけですが、その周期は 約 1000ms で、High の始まりと Low の終わりに 2ms つくと。
データシートの例は Range が 2000ppm の場合だから、5000ppmで納品されているはずだから、全部 High なら 5000ppm ということか。
Python コード
PWMの読み取りをする。
High の時間（Span）とLowの時間（Span） で、結果を読み取る。
Cycle が狂っていなければ、片方だけでも答えに繋がるけど、風を当てたりして計測テストすると、 Cycle が異常に成ったりするので、Cycle自体も見たい所。
頭が混乱するポイント
HighのSpanとLowのSpanの計算がわからなくなる。
最後に High だった時刻（Lowに成った瞬間） と 最後に Low だった時刻（Highに成った瞬間）と考える。
#!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- import time import RPi.GPIO as GPIO PIN_PWM = 21 def getPwm(): GPIO.setwarnings(False) GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(PIN_PWM,GPIO.IN) time.sleep(0.2) while GPIO.input(PIN_PWM) == 1: last_high = time.time() while GPIO.input(PIN_PWM) == 0: last_low = time.time() while GPIO.input(PIN_PWM) == 1: last_high = time.time() span_high = (last_high - last_low) * 1000 print("span_high : " + str(span_high)) while GPIO.input(PIN_PWM) == 0: last_low = time.time() while GPIO.input(PIN_PWM) == 1: last_high = time.time() while GPIO.input(PIN_PWM) == 0: last_low = time.time() span_low = (last_low - last_high) * 1000 print("span_low : " + str(span_low)) print("Cycle : " + str(span_high + span_low)) co2 = 5000 * ( span_high - 2 ) / ( span_high + span_low - 4 ) GPIO.cleanup() return co2 print getPwm()
実行結果
$ ./pwm.py span_high : 167.595148087 span_low : 836.373090744 Cycle : 1003.96823883 828.002038746
室内で 828 ppm というのはどうなんだろうか。
窓を開けてしばらくしたら、 600 ppm 程度までは下がり、 ベランダでは、 450 ppm 程度までは下がった。
外気で400ppm でキャリブレーションが必要だろうか？
volumio + i2S を試す
volumio OS + I2S を試す。
ハードウェアはこれ。
インストールまで
ISO のダウンロード
https://volumio.org/get-started/
から。
SDカードの準備
SDformatter で フォーマット
Win32DiskImager で ISO を焼く
起動と初期設定
マイクロSDカードを刺して起動。
初期ユーザーは、 root / volumio のみだった。
ネットワークの設定ファイルは
# cat /etc/network/interfaces auto lo iface lo inet loopback auto eth0 #iface eth0 inet dhcp iface eth0 inet static address 192.168.100.90 netmask 255.255.255.0 gateway 192.168.100.1 dns-nameserver 192.168.100.1
初期設定
vim を入れる
# apt-get update # apt-get insatll vim
vi へのエイリアスは自動ではられていた。
キーボードの設定
Volumio 設定
Playback options
Output Device Hifiberry DAC Plus DAC Model Hifiberry DAC Plus
で動かす。
