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あぷらなーとの写真ブログ
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あぷらなーと
文系寄りの元理系(?)
「天体」「マクロ」「実験ごっこ」その他諸々の科学写真が大好きな HN:あぷらなーと が いろんな写真ネタをのんびり語ります。あまり気合い入れすぎると続かないので、「ぼちぼち」いきます。
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『光害チョッパー』製作プロジェクト その⑤

★回らないことには始まらない

PLフィルタを使って光源の明滅に同期させるという『光害チョッパー』製作プロジェクト
恐らく世界初の暴挙だよなぁ・・・うひひ。面白れー!
・・・などと悦に入っている場合ではありません。
とにかく、ジャンクHDDから摘出したスピンドルモーターを回すことができなければ何も始まりません。


★探せば、先人が見つかるもので・・・
メカにもエレキにも弱い あぷらなーと が全てを自力で解決するのはムリっぽかったので、ネット上から情報をかき集めてみました。
・・・すると幸いなことに、「似たようなこと」を考えている先人達が見つかりました
いえ、もちろん『光害チョッパー』についてではなくて、『HDDのモーターをPWM制御する』方ですが・・・。

無断で引用するのは気が引けるのでリンクは張りませんが、
 三相スピンドルモーターの仕組みについて解説されている方
 モーターをPWM制御するための回路図を考案されている方
 Arduinoで制御するためのスケッチ(ソースコード)を公開されている方
そして、各種部品のメーカーさんが公開しているデータシート・・・

・・・とりあえず、かき集めた資料とマニュアルを数時間みっちりと読み込んで、お勉強。
よし。だいたいのイメージは把握したっ!!


★手持ちの部品で同様の回路を構築する!
手持ちのArduinoスターターキットの中に入っている部品+αで構築するため、厳密に同じ部品は揃ってないわけですが、とりあえず、トランジスタとダイオードと抵抗を組み合わせて三相スピンドルモーター制御用の「ハーフブリッジ」を構築してみます。

f0346040_19394840.jpg

・・・で、コイツをArduino互換マイコンボードから制御できるように接続。

f0346040_19414035.jpg
上の2本はパワー供給、下の6本がPWM信号の供給ラインです。

f0346040_19423930.jpg
変なところでショートしてたり極性をミスってないか、入念にチェックして・・・・
慎重にHDDのモーターに接続。
先人の知恵をお借りして作製したスケッチ(コード)をコンパイルしてマイコンボードに転送して、電源ON!

すると・・・

ででん!!

f0346040_19433983.jpg
f0346040_20024488.jpg
回ったーっ!!
うひゃー。むちゃくちゃ嬉しい♪

なにせ、「超・苦手分野」でしたからねぇ。



★ホントは、何度も失敗しました

白状すると、回路とスケッチ(コード)が完成してから、実際にモーターが回るまでには、相当の時間を要しました。
何度も回路をチェックして、スケッチ(コード)のバグをつぶしても、モーターがウンともスンとも言わない・・・・。
もう、泣きそうになったとき、ふと
「ブレッドボード(ハンダ不要基板)が不良品ではないか?」
と思いついて、Arduino互換ボード(Elegoo製)のスターターキットに付いてきたブレッドボードではなくて、
念のため購入していた『信頼の日本製』:サンハヤトのブレッドボードに取り替えて回路を組み直したら、あっけなく動きました

さもありなん。
なにしろ、各部品をサクッと差し込むだけの基板ですからねぇ。
よほど品質管理が良くないと接触不良とか起こるよなぁ。

サンハヤト 恐るべし!!

とにかく、
『光害チョッパー』制作における最大の障壁、ついに突破です。
めでたい♪


P.S.
「ん?なんかHDDが前のと変わってね?」
ですと?
もう・・・するどいなあ。
実は、日立のヤツは三相モーターなのに信号線が4本あって困惑(どれがコモンなの??・・・ううー時限爆弾を解除する警官の気持ち。)
さらに悪いことに、手持ちのテスターが2台とも故障してたので推定も不能で、結局上手く制御できなかったの。

・・・で、シーゲート製の7200RPMハードディスクを分解してみたら信号線が3本だけだったので鞍替え、という顛末でした♪

★★★補足★★★
フィルタを回転させるためには、まだいくつかの関門があります。
電源電圧の最適値を探したり、高速回転させるためのパラメータを試行錯誤したり、脱調を防ぐ工夫が必要だったり、課題は山積です。
場合によっては、トランジスタなどの交換も必要かも知れません。


# by supernova1987a | 2018-04-30 20:14 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』製作プロジェクト その④

★RPMに関する大チョンボ

秒間120回の点滅周期に同期させる『光害チョッパー』構想ですが、
秒間120回=120×60=7200RPMでOKじゃね?
などと考えて、手持ちの7200RPM仕様ジャンクハードディスクをバラしたまでは良かったのですが、
シャッター機構として考案した回転式PLフィルタは原理上180度回転で位相が一周してしまうので、
実際に必要なモーターは
7200RPMではなく3600RPMだった!(泣)
という情けないオチ。


慌てて、手持ちのジャンクHDDをガサゴソ漁るも、4200RPM・5400RPM・7200RPMの3種類しか見当たらず玉砕。

別な方法を考えることにしました。


★HDDのスピンドルモーターを直接制御する?

あぷらなーとは、元理系ですが、これがまた中途半端な『理系』でして、
 「理論物理」に傾倒できるほどの「頭脳」(数学力)はなく
 「メカやエレキ」を製作できるほどの「器用さ」もなし
という有様で、結局、大学院での研究では「理論屋」と「実験屋」の中間である『観測&解析屋』だったのですね。

だから、電子工作は苦手・・・・・
・・・・なんですが

「そもそも、色んな光源に対応するには、同期タイムを制御できないとダメだ!」

と思い立って、ちょっぴりお勉強してみることに。

ええ、ポチりましたとも。

なんぞコレ!?
f0346040_22472959.jpg
はい。
ELEGOOのArduino互換機です!


ハードウェア制御用の、いわゆる『マイコンボード』ですね。

PWM制御も可能な仕様なので、コイツを使えばHDDのスピンドルモーターの回転数を制御できるのではないか、という作戦。


★初心者のつらさ
メカやエレキに強い人であれば一瞬で構築できるんでしょうが、残念ながら(謙遜ではなく真の)ど素人なあぷらなーとは、イチからお勉強です。

ふむふむ。
Arduinoでは、拡張ボードのことを「シールド」、制御用のプログラムコードのことを「スケッチ」と称するのかー。
では、さっそくタイポイントブレッドボード(半田付け不要の部品突き刺し基板)にスイッチとLEDを載せて配線をば・・・

f0346040_23052458.jpg
マニュアルなどを参考にメインボードに転送するスケッチ(ソースコード)を書きます。
ふむふむ。
この文法は、私の嫌いな(苦手な)C++系の言語だなぁ。
ボク、FORTRANとPASCALとBASICが好きなんだけどなぁ。
f0346040_23164396.jpg
「スイッチ押したらLEDが光るよ」
っていうだけのスケッチを書いて転送。

すると・・・

ででん!
f0346040_23174564.jpg
光った♪

よし、互換機だけど、ちゃんと動作はするみたい。


★お次は、簡単なPWM制御をば・・・

いや、以前、フラット撮影用の光源として、
美術用のA3サイズLEDトレース台をポチったことがありまして、




なかなか良い感じでフラット撮影できてたのですが、このトレース台の光量を絞った状態でASI1600シリーズでフラット撮影すると画面に盛大なシマシマが生じていたので、
「ああ、ローリングシャッター機で撮影してシマシマになるということは、これ光量を絞ってるんじゃ無くて、高速で点滅させて暗く見せかけてるんだろうなぁ。」
と推測していました。

ま、要するに、LEDをPWM制御してるってことですね。

じゃ、そのマネっこをすることで、PWM制御のお勉強をしてみましょう♪

f0346040_23304628.jpg
スケッチを描き直して、パーツの接続を変えてみます。
すると・・・
f0346040_23315586.jpg
おお!
一定周期でゆっくりと
「明るくなったり暗くなったりを繰り返す動作」(蛍の明滅的な)
が簡単にできたちゃった♪

うむ。なかなか良い感じです♪

・・・と、今日のお勉強はここまで。



★★ご注意★★
本エントリー途中で出てきた「LEDトレース台」は、フラット光源に転用可能な安価なアイテムだと思うのですが、表面がフラット(全面が光る)なタイプと、点光源が並んでいるように光るタイプが存在しています(拡散板の仕様でしょうね)。上記メーカーの場合、A3タイプは大丈夫でしたが、A4タイプはダメなタイプでした。お気を付けくださいませ。


# by supernova1987a | 2018-04-29 23:41 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』製作プロジェクト その③

★PLフィルタを使った『光害チョッパー』

まず、簡易分光器を使って測定した結果、自宅周辺の光害は蛍光灯などの輝線スペクトルが支配的だということが判明しました。
次にグローバルシャッターCMOSカメラを使って高速動画撮影した結果、自宅周辺の光害は蛍光灯の点滅と同期している可能性が出てきました。

そして、蛍光灯などの明滅に同期するシャッターを考案・・・・

PLフィルタを2枚用意して、そのうちの1枚を高速回転することで、光害のフリッカー現象に同期した撮影ができそうと推測。

・・・と、ここまでは順調だったのですが・・・


★問題は「回転方法」だなぁ・・・

いや、白状すると、もっと簡単にいくはずだったんですよぉ。
当初、PLフィルタを使った回転シャッターの開閉周期が1回転につき2周期あることを忘れていて、
「なんだ、7200rpm でバッチシじゃないか!」
と喜んだのもつかの間、本当は3600rpmが必要であることが発覚・・・・という、お粗末な結果に。

え?なんで7200rpmなら楽勝だったのかって?
そりゃもう、「7200rpm」の高速モーターと言えば、コレでしょう!
f0346040_23442719.jpg
はい。ぶっ壊れたハードディスクです。
大抵のHDDは7200rpmこれを分解してシャッター回転機に仕立て上げようという作戦です。
このときばかりは、「西日本に生まれて良かった~」(電源が60Hz)と小躍りしたものですが・・・・

PLフィルタは180度回転で位相が一周するので、必要な回転数は7200じゃなくて3600rpmじゃないか!

うえーん。
手持ちの秘蔵ジャンクボックスをかき回したものの
SATAはもちろんのこと、IDEやSCSI(笑)に至るまで、回転数が
4200rpmと5400rpmと7200rpmのHDDばっかり!

・・・・ここに来て『光害チョッパー』プロジェクト座礁か?!


★なにはともあれ、分解です

と、まあ色々と紆余曲折があったのですが、思うところあって「とりあえず分解!」行ってみます♪
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学生時代に異物が混入して故障したHDDを分解修理(ホントはそんなことやっちゃダメ)したことがあったので、サクサクと開腹♪
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電源ケーブルのみを接続して、開いた状態でもディスクが回転することを確認。
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おおー出ましたね。ヘッドを動かすムービングコイルとネオジム磁石♪
あ、このネオジム磁石は『別のプロジェクト』で使用予定だったので、早々に外して確保します。
(あれですよ。突発的ホットピクセルの原因究明のため、自然放射線の荷電粒子の弁別云々に用いる予定でして・・・♪)

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うーん。いつ見てもHDDの表面って魅惑的ですなぁ。
吸い込まれそうな魔力を感じます。
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・・・と、ここで問題発生!
ヘッドを撤去した状態で通電すると、(はじめは全速で回転を始めるのですが)20秒程度で勝手にモーターが停止するじゃないか!

ああ、なるほどね。ヘッドが壊れた場合にディスクを保護するため、安全回路が仕込んであるのかー。

f0346040_00084730.jpg
コントロール基板を外すと、ボディに貫通穴が空いていて、そこにヘッドに接続されたICチップが刺さってました。
たぶん、この辺が安全回路なのでしょうかね?

仕方なく取り外したヘッドの配線のみを復元するとディスクは無限回転を取り戻しました。


★どうせ7200rpmじゃダメだし

こ、こうなったら、スピンドルモーターそのものに、信号入れて制御するか?
うーん。
arduinoあたりを転用すればPWM制御コントローラ作れそうな気はするんだけど・・・・。

ま、この辺の『お楽しみ』は あぷらなーとの右肩修理入院が明けてからですね。

PS
明日は入院+手術の打ち合わせ(もう、順番待ちで1ヶ月半もかかったぜ・・・)
本日の部活指導は左半身だけを使って、右半身の動きと左半身の動きを交互に見せるというロボットのような所作。
いやー参った参った。(もうね、脳みそこんがらがっちゃう)

ま、手術しても(部活コーチへの)完全復帰はムリかなぁ。
格闘技系の動きと違い応援演舞の動きって『人間工学を無視した動作』なので、どうしてもオッサンになると負担が大きいものなぁ。
肘を曲げずに両腕全速旋回とか、腕が伸びきった状態で手刀の急停止とか・・・・。そりゃスジも切れるわなー。
現役時代には『残像の○○』とか『疾風の○○』の名をほしいままにして、コーチに就任してからも『レジェンド』って呼ばれてたけど、そろそろ引退か・・・・。


# by supernova1987a | 2018-04-24 00:35 | 機材考案 | Comments(12)


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