マーティーの工房日誌

2020年6月20日土曜日

スイッチのジョイスティック交換

久しぶりの修理です^^;

スイッチのジョイスティックと言えば、任天堂のであります^^;
マーティーは、ゲームをすっかりやらなくなって数十年ですが、

頼まれたのは、工房の住人Ｃからで、事の経緯は、
・2018年11月16日
ポケットモンスターシリーズ
「Let's Go! ピカチュウ」「Let's Go! イーブイ」の発売の時に
スイッチ本体と一緒に購入したとのこと。

・2020年3月20日
「動物の森」を買って、最初は問題なく動作してたのが
段々と静止しなくなって、
ジョイコンから手を離しているのに左上に歩いて行き始め
最後は、ジョイコンを下向きにしても左上に行くようになったので
全く操作できなくなったのです。
設定でジョイコンの調整をしても治らないのです。
コントローラーソフトの更新してもダメというのです(T_T)

ちなみに設定のところに［コントローラーの更新］があり

最新の場合は、こう表示が出ます。

住人Cは、そうヘビーユーザーでもないので
壊れるのは、ちと早すぎです。
調子がおかしいジョイコンというのは、このジョイコンスティックで
症状は、左側のジョイコンだけです。
ジョイコンと本体は、この接点で繋がるようになってます。

本体側は、これで、
如何にもゴミが入り易すそうなので、最初に疑ったのですが、
ジョイコンをワイヤレスで使っても異常動作するので、
ここは無罪のようです。

で、AliExpressを探してみると、パーツだけ沢山売ってますね～
US$ 1.66（36% OFF、送料 $0.06）
ちょっとGoogle先生にも聞いてみると
このパーツだけ交換してるYoutubeが幾つかありました。
ソフト側の問題のような気もするのですが、
ダメ元で、念の為、3個ポチっ！^^;

AliExpress.com Product - 3D Analog Joystick Thumb Sticks Sensor Replacements For Nintendo Switch Joy Con Controller

１ヶ月ちょいかかってやっと届いたので、
ジョイコンを開けていきます。
この先、とても壊れ易い小さなコネクタとかあり、デリケートな作業です。
必ず復活するとも限りませんので、
言わずもがな、自己責任ということでお願いします。
で、左側のジョイコンを

裏返すと、４本のビスで固定されています。

が、これが、普通の＋頭ではなく
特殊なＹ型なのであります。

そこで、大昔に買ってた特殊ドライバーセット！
中央のＹ型を使います。
PHS・携帯電話･･･ほとんど死語であります(-_-;)
確か、PHSは2019年1月でサービス終了したかな？
マーティーもギリギリまで使っておりました。
PHSは、端末が軽量で電池が長持ちして好きだったんですがね～
分解したことはないです(-_-;)

ちなみに、Ｙ型の特殊ネジ用のドライバーセットもありました。
US$ 3.49（27% OFF、送料 $0.07）

AliExpress.com Product - DATA FROG 3D Analog Gamepad Thumb Stick for Nintend Switch NS Joy Con Joystic Sensor Module Repair Tool for JoyCon Replacement

ドライバーさえあれば、ビスは簡単に外せます。
４本とも長さは同じでした。

特に固い爪での引っかかりもなく
マイナスドライバーを少し突っ込んで、比較的簡単に開きました。

両面テープで固定されたリチウムイオン電池をそっと取り外して

赤丸部のコネクタをゆっくり上に引っ張り上げて引き抜きます。

電池ケースの３箇所（赤丸部）のビスを外します。
ここは、＋頭です。

フレキが外れないように、そ～っと、電池ケースを横にどけて

まずは、
ジョイスティックのネジを外す時に、このフレキが邪魔なので
取り外しますが、

とてもデリケートなパーツで、壊れたら交換はまず無理なので
力を掛け過ぎないように十分注意して作業します。
小さなマイナスドライバーを灰色の羽根みたいなラッチの下に
ゆっくりともぐらせて

上に軽～く持ち上げると

この様に上に開きます。
フレキを写真の左方向に引っ張れば、

フレキが抜けました。

続いての難所は、ジョイスティックのフレキです。

このコネクタ、さっきのと似てますが、少し構造が異なります。
黒い部分にそ～っとマイナスドライバーを当てて

優しく上に持ち上げると、この様に開きます。

ピンセットでフレキをそ～っと引き抜きます。

ジョイスティックの２箇所（赤丸部）のビスを外して

ジョイスティックのノブを下のシートの丸穴をくぐらせて
そ～っと取り出します。
説明が前後しますが、
左側の黒のボタンパーツもバネが飛んでいくと大変なので外しておきます。

新品のジョイスティックです。

右がオリジナル
金具の形やフレキの色が異なっていて、全く同じではありません。

外形とかは同じなので、特に問題なく嵌りました。
２本のビスを留めて、ジョイスティックの交換は、完了です^^;

赤枠部のコネクタ、灰色のラッチは立てた状態で
フレキを差し込んでから

灰色のラッチを優しく倒して元通りに固定します。

裏蓋のフレキが外れないように、手前側に持ってきて

赤枠部の黒いラッチを立てた状態で
ジョイスティックのフレキを差し込んでから優しく倒します。
ここは、かなり差し込み難いです。
浅くしか入りませんが、真っ直ぐにできるだけ深く入れます。
今回の最大の難所であります。
このコネクタの接触もあまり良くないようで
１回目は、ここの接触不良で
ジョイスティックの中央ボタンが反応しませんでした。

左のボタンパーツのバネが飛んでいかないように嵌め込みます。

電池ケースを乗せて、３本のビスで留めます。

電池を乗せて、コネクタを差し込みます。
電池からのコネクタは上から嵌め込むだけです。

裏蓋を嵌め込んでＹ型ネジで留めれば完了です。

下は交換したオリジナルのジョイスティック。

本体に装着して、起動したら、
この画面で［設定］して

［スティックの補正］すると

この画面になるので
交換した左のジョイスティックを押します。

調整すると、センターでピタッと止まるようになりました！
ソフトではなくジョイスティックが壊れてたんですね。
交換前は、中央のドットがフラフラして調整すらできなかったのです。
実は１個目は、ジョイスティックのボタンが効かなかったので
キャリブレーションできなかったので、
微妙に右に歩いて静止せず、左には走れず歩くだけでした。
たぶん、フレキのコネクタの接触が悪かったのだと思います。
３個あるので、別のやつを使うことにして
フレキにも接点復活剤を塗ってを挿入して、２回目は、完治しました。

最後に、アナログテスターの抵抗計で
交換したジョイスティックの各端子間の抵抗値を測ってみると、

異常品は、明らかに妙な値を示しました。
テスターの針もピタッと止まらず、大きく振らつくのです。
新品よりも抵抗値が大きくなって不安定なので
使っている内に、塗布された抵抗体が摺り減ったのか、
摺動肢が接触不良を起こしたのだと思われます。
今までのゲーム機より短い使用時間なので、明らかに耐久性不足ですね～
この手のパーツは、設計時に十分な耐久性加速試験とかされてるハズなので
パーツが製造上の不具合品だった可能性は高いですね～

上の表から中身はこんな回路と推測されます。
１～４、２～５は、繋がってないと思ったのですが
どうゆうわけか一定の抵抗値を示します。

まあ、明らかにジョイスティックそのものが原因だとわかったので
マーティーは、スッキリ^^;
住人Ｃも久しぶりにゲーム再開できて喜んでおります。

2020年6月13日土曜日

OLED（SH1106 128x64 I2C）でスピンドルモーターのタコメーターⅠ

OLEDシリーズ第4弾！

これが最も作りたかったものであります^^;

この時にいただいたCNC用の強力な300Wスピンドルモーターに

回転数計（タコメーター）をつけたいのであります。

やっぱタコメータは、アナログじゃないと雰囲気でないよな～
と思いつつ、この辺りの5V電圧計で、
目盛りだけ2Dプリンタで自作かな～とポチっておいたのですが
US$ 5.17（5% OFF）

AliExpress.com Product - SO-45 DC 1V 3V 5V 10V 15V 50V 100V Screw Mounted Voltage Panel Meter Voltmeter 47*47mm

前々回、OLEDでこのデジアナ電圧計を作った時に
タコメーターにぴったしだと思い立ったわけであります^^;

CNC2418の回転数を測定したのが、

ずっと前の2017年4月、古～いPS2マウスのボードの
フォトインタラプタ部を使ってやりました。

今回も同じもの使うつもりで、ここでもやってます。

Arduinoで周波数カウンタを探しましたが
一定の期間のパルスをカウントするゲート方式だと、
1回の測定に100msecほど必要なのでちと長過ぎます。

で、Arduinoのパルス幅測定「pulseIn」命令を使うことにします。

入力パルスのHIGH or LOWの時間を測定するもので、

HIGH期間とLOW期間を足せば１周期の時間が判ります。

ただ、分解能 1μsecなので、±1%精度とすると
1μsec100カウントの10KHz辺りが限界ということになります。

スピンドルモーターの回転数は、Max 12000rpmなので

12000 ÷ 60 = 200Hz
pluseIn向きの低周波ですね～^^;

スピンドルモーターのファンの回りに
センサー用のスリット付きの輪っかを嵌めようと考えてて
回転するのでスリット１つだとバランスが心配なので3つにすることにして
rpmに対する周波数とpluseInでのカウント数は、

3000rpm･･･50 x 3 = 150Hz･･･6667カウント（μsec）

12000rpm･･･200 x 3 = 600Hz･･･1667カウント（μsec）

となるので

pluseInで十分な精度が得られそうです^^;

では、スケッチから！

まずは、Arduino UNOで文字ベースの周波数カウンタ＆タコメーター

3スリットとしてrpmを算出しています。
スケッチは、Google Driveのここに入れてます。

＊＊＊＊＊FreqCounter_Tachometer.ino＊＊＊＊＊

// Freqency Counter & Tachometer

// Arduino UNO & OLED I2C SH1106(128x64)

// Marty Vessel June, 2020

#include <Wire.h> // for I2C6
//#include <SPI.h> // If will use SPI
#include <Adafruit_GFX.h> // https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
#include <Adafruit_SH1106.h> // https://github.com/wonho-maker/Adafruit_SH1106

#define OLED_RESET 4 // PA4 for RESET SH1106 PDA
Adafruit_SH1106 display(OLED_RESET); // RESET SH1106

volatile unsigned long LowTime = 0; // INPUT PulseのHIGH期間[μsec]
volatile unsigned long HighTime = 0; // INPUT PulseのLOW期間[μsec]
volatile unsigned long TotalTime = 0; // INPUT Pulseの１周期[μsec]

int SensorIn = 7; // Arduino UNO PD7

void setup() {
pinMode(SensorIn, INPUT); // Tachometer Sensor Input
display.begin(SH1106_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // SH1106、I2C Address：0x3C

display.setTextSize(1); // FONT Size x1
display.setTextColor(WHITE);
}

void loop() {
// pluseIn usage
// unsigned long pulseIn(uint8_t pin, uint8_t state, unsigned long timeout));
// pin：入力ピン
// state：カウントするレベル型、HIGH or LOW
// timeout：カウントのタイムアウト時間(μsec)、Default 1000000μsec(1sec)

HighTime = pulseIn(SensorIn, HIGH,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
LowTime = pulseIn(SensorIn, LOW,500000) ; // timeout:0.5sec μsec
TotalTime = HighTime + LowTime ;

display.clearDisplay(); // clears display from any library info displayed
display.setCursor(2, 2);
display.print(HighTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 10);
display.print(LowTime) ;
display.print(" usec") ;
display.setCursor(2, 18);
display.print(TotalTime) ;
display.print(" usec") ;
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
display.setCursor(2, 26);
display.print(Freq) ;
display.print(" Hz") ;
// 3スリット、100Hz位で四捨五入してRPM値を計算
unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ;
display.setCursor(2, 34);
display.print(RPM) ;
display.print(" rpm") ;

// 描画バッファの内容を画面に表示
display.display();

delay(200) ;
}

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

ダイニングテーブルにシリコンマット敷いてテスト中！^^;

左は周波数とDUTYをVR可変できるATtiny85のパルスジェネレータです。
Min 60Hz ～ 600Hz辺りまでを可変します。
「Generator_FreqDutyControl_min61Hz.ino」
一応スケッチは、Google Driveのここです。
A0にリード線がついてますが、ここでは未使用です。

テストなので簡素な表示です。

上からHIGH時間、LOW時間、1周期、周波数

一番下が、3スリット想定での回転数です。
439Hz x 20 = 8780rpm ≒ 8800rpm というわけです。
あれっ？綴りが間違ってますね～ rmsじゃなくてrpmです(-_-;)
執筆中に気づいて＿|￣|○　この先全部間違ってました(T_T)
スケッチは、修正したのですが、写真の撮り直しが面倒でして～
以降の rms ⇒ rpm で読み替えてください(-_-;)
ちなみに、rms･･･実効値のことですね^^;

誤:rms 正:rpm

さて、メーターのデザインですが、こんなイメージで

水色部の様にメーターを円周上のバーグラフにして、

針とバーレベルで２重表示したいのです。

誤:rms 正:rpm

ひとまず、0～12000rpmの目盛りだけできました！
全てdrawLine命令で描いてます。

針は、まだ、この時の最後の電圧計のままです。
ここでも気づかず、rmsと勘違いしてるのであります(-_-;)

誤:rms 正:rpm

バーレベルは、半径方向のLine･･･120本分の始点と終点座標を
EXCELで計算したデータを配列に入れて
drawLine命令で呼び出していきます。
所が、ここで地雷を踏んでしまうことに...(-_-;)

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

const uint16_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {

{ 11, 63, 18, 63 },

{ 11, 62, 18, 62 },

{ 11, 60, 18, 61 },

～～～

{ 117, 62, 110, 62 },

{ 117, 63, 110, 63 }

};

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

これは、デバッグ中で目盛りは外してますが、

左下にレベル0～2まで正しくバーレベルが表示されてます。

上記の配列ScaleMapの 0～2までの3本を
for文でdrawLine命令を回してます。

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

for(s=0; s<=2; s++) {

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

}

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

左上の数字は、s=3の時の座標データ

誤:rms 正:rpm

所が、forを4回以上回すと、グチャグチャになるのです(T_T)

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

for(s=0; s<=10; s++) {

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

}

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

左上は、s=11の時の座標データで正しく呼び出されてるんですがね。

誤:rms 正:rpm

上で、for(s=0; s<=3; s++) 以上回すとダメなのです。
whileで回してもダメ(T_T)

挙句の果ては禁断のgotoで回してもダメなのです。

とにかく、drawLineの中を変数にして４回以上回すと描画異常になります。

drawLineの中のスタックか何かが2bit分しかないような...

adafruit_sh1106ライブラリのソースを見るも、よ～わからんし(-_-;)
マーティーのスケッチミスではないと思うのですが...

座標データ配列を1次元に

　const uint16_t ScaleMap[484] PROGMEM = {

してもダメ

s開始、s間隔には関係なく
　for(s=10; s<=12; s++) ･･･OK
　for(s=10; s<=13; s++) ･･･NG
ループ4回目から異常なラインになるのです。
座標データは正しく読み出されてるのにな～(T_T)

drawLineの引数は、uint16_tなので、配列定義は、

　const uint16_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {

ですが

　const uint8_t ScaleMap[121][4] PROGMEM = {

とかもやってみましたが、変わらずダメなのです。

スケッチの上方に回さず、単純に10回コードに分割すると

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

s = 0;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

s+=1;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

s+=1;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

s+=1;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

～～～10回続ける～～～

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

この様に正しく表示されるのです。
左下の0から10個のバーレベルが表示されてます。
狐につままれた感じです(-_-;)

誤:rms 正:rpm

とにかく前に戻すルーチン（for、while、goto）全滅なので、
禁断のgotoで後ろに飛ばすしかありません(T_T)

放射状のバーレベルは、120目盛りなので

入力ADC max1023でlevel=120にして

s値のカウントがlevelと同じになったらgotoで最後に飛ばす。

とってもアホなコードですが、whileもforも使えないので

これしか方法がないのです^^;

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

int s=0;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

// ★

s+=1;

if(s > level) goto END;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

// ★

～～～

★～★の３行を120個繰り返して記述

～～～

s+=1;

if(s > level) goto END;

display.drawLine(ScaleMap[s][0], ScaleMap[s][1], ScaleMap[s][2], ScaleMap[s][3], WHITE);

END:

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

で、やっと予定通りの動作になりました！

描画スピードもそこそこです。

左上は、s、levelの値（max 120）です。

誤:rms 正:rpm

スケッチをここまで分解すると、
座標データを配列にする意味がありませんね～(-_-;)

drawLine内に座標データを直接入れます。
ちなみに、この長～いスケッチはEXCELで生成しております^^;

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

int s=0;

display.drawLine( 11, 63, 18, 63, WHITE ) ;

s += 1;

if( s > level ) goto END;

display.drawLine( 11, 62, 18, 62, WHITE ) ;

～～～

120本全てのバーレベル用ラインを記述

～～～

s += 1;

if( s > level ) goto END;

display.drawLine( 117, 63, 110, 63, WHITE ) ;

END:

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

バーレベルがrpm（回転数）

中央下にrpm値を表示することにしました。相変わらずrmsになってますが(-_-;)

針は、まだ電圧計のままで、左上は電圧表示に戻してます。

誤:rms 正:rpm

ようやく回転数表示にしました。
この状態は、約500Hz DUTY90%のパルスを入力しています。
実は、針とバーレベルの二重表示にしたのは、

針でPWMのDUTYから比例計算した回転数を表示したいのです。

負荷がかかると、DUTY比例の回転数から下がるのが見たいな～

というわけです。

左上：DUTY、針：DUTYから比例計算した回転数で、
この時やった方式でADCにPWMを直接入力してDUTYを計測してます。

誤:rms 正:rpm

ひとまず完成かな^^;

これは、両方に同じパルス（520Hz、DUTY 89%）を入力中です。

周波数でrpmバーレベルが動き、DUTYで針が動きます。
バーレベルは、100rpm刻み（全体の120分割）なので、
真っ白に塗りつぶされず、黒ドットが残ってますが
50rpm刻みで240分割にすれば、バーがキレイに塗りつぶされると思います。
スケッチはGoogle Driveのここです（rms ⇒ rpmに修正済です）
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」

誤:rms 正:rpm

接続図というほどのものではないですが

PD7：回転数測定用のセンサーからのパルス入力

A0：PWMのDUTY測定用のADC入力

です。

では、やっとできたので

実際のモーターでやってみます。

まず、テストでは、この6枚羽根を付けるので

スケッチを３スロット用から６スロット用に変更しておきます。
上のスケッチ
「Tachometer-BarLevel_Duty_type180.ino」から
ここを、20⇒10に変えるだけです。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊
unsigned long Freq = 1000000 / TotalTime ;
// unsigned long RPM = ( Freq * 20 +50) /100 *100 ; // 3スリット
unsigned long RPM = ( Freq * 10 +50) /100 *100 ; // 6スリット

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

フォトインタラプタ・センサーは、概略こんな回路になっているはずです。
LEDは赤外線です。
元は、マウス用なので位相差を見て回転方向を判定のため２個入ですが、
片方の出力だけ使ってます。

全景です^^;

0～48V可変電源は、まだ0.02Vです。

上の写真の中央付近のこれは、モーターのPWM制御ボード

この時登場した
48V 20AまでモーターをPWM制御できるもので、最大定格：60Vです。
US$ 3.23（34% OFF）

AliExpress.com Product - 20A PWM DC Motor Speed Controller 12V 24V 36V 48V /w Potentiometer Knob Switch

ボードのPower MOS-FETのGateから220Ωで引っ張り出して
ATtiny85でドライブします。
ATtiny85の中身は、上と同じ時に作った
Soft Start／Stop制御回路です。

左上は、最初の方のパルスジェネレータで
Prescale 1/8にして、7.8KHzにしています。
その右で、 ATtiny85のSoft Start／Stop制御しています。

では、動画で

DUTY値は、Soft Start／Stop制御する前のPWMのDUTYです。
針は、そのDUTY値から比例計算したRPM値で振れています。
パルスジェネレータのVRでDUTYを可変しています。
DUTY（針）の動きに対して
Soft Start／Stop制御で追従がゆっくりになってます。

で、この時測った無負荷時のグラフは、これで

電圧 vs 回転数の直線性は、とても良かったのです。

（電流は各3回測定で、測定精度が悪いので数十mA程振らついてます）

今回、DUTY vs 回転数のグラフを取ってみると、
ん～ん、かなり直線から外れてますね～
EXCEL近似式いれてみると3次関数（右下青文字）になっちゃいました(T_T)
48V 無負荷です。

針は、DUTYから100% 12000rpmとして１次関数で回転数を算出してます。
これは、上のグラフでDUTY 50%の時、
針とバーレベルがこんなにズレるんですよね～(T_T)
ん～ん、針の意味がなくなる～？(T_T)
モーター後ろのファンを布で軽く押さえて負荷を掛けると
DUTY 90%以上では回転数はさほど落ちませんが
それより低いDUTYでは、負荷を掛けるほど回転数は落ちます。
まあ、針位置より低いと負荷が掛かり過ぎという目安にするかな？^^;
（さすがに最後だけrpmに修正して、写真撮り直しております）