自転車ビーコンの歴代リモコン4世代

歴代リモコンを並べて撮影してみました。左が古く、右へ進むほど新しくなっています。

　左端は初代リモコン。内部に基板は無く、TWE-Lite DIP PCBを両面テープで固定していました。実際に動くものを手っ取り早く１台作りたかったので、ケースはMINTIA BREEZEの廃品流用です。

　2代目は、コンパクトで安定したケースに入れたかったので、タカチのCS-75と専用ユニバーサル基板で作りました。２代目以降のTWE-Liteは、DIPではなくSMDを使用しています。TWE-Lite SMDはユニバーサル基板に乗らないので、テープで固定していました。２代目の途中から、LEDのパイロットランプを点滅するようにしました。
　小型化については充分でしたが、内蔵したタクトスイッチの厚さに無理があったせいか、チャタリングと思われる誤動作が頻発しました。それ以外にも、スイッチが押しにくい、選定した電気二重層コンデンサの特性が不適切などの問題がありました。

　右から二番目は、現在使用している3代目です。スイッチを大型化し、内部抵抗の小さな電気二重層コンデンサを採用して、2代目にあった問題は改善されました。使用したケースはタカチのPS-85で、大人の掌からはみ出るサイズは大きいと言わざるを得ず、コンパクト化に関しては後退してしまいました。
　3代目からは、KiCadで設計してElecrowで製造したプリント基板を使用しています。お陰で、組み立てがだいぶ楽になりました。

　一番右は、次に作る予定の4代目で使用するケース(タカチのPS-65)です。3代目と比較して半分の大きさのスイッチを使用し、電池をCR2032からCR1220に変えることで、このサイズに納まる予定です。

自転車ビーコンのリモコンケースをCS-75からPS-85に引越し

自転車ビーコンのリモコンを新調し、ケースと基板を一新しました。

ケースは、タカチのプラスチックケースCS-75から、同じくタカチのPS-85に変えました。これは、EDLC(電気二重層コンデンサ)を大きな物に交換するためです。

　CS-75で使っていた電気二重層コンデンサ(ELNA DCK-3R3E224-E)は、サイズ重視で採用したものの、内部抵抗が大きく、TWE-Liteの駆動に必要な約5～20mAの電流を流すと電圧降下が1V以上も発生してしまいます。EDLCはCR2032から取り出す電流を平準化するために導入したものの、DCK-3R3E224-Eでは全く役に立たない事がはっきりしたので、内部抵抗が小さくて稼動実績もある、大容量のSE-5R5-D105VYVに戻すことにしました。SE-5R5-D105VYVは大きくてCS-75に納まらないため、ケースをPS-85に変更しました。

　PS-85にはCS-75のような専用のユニバーサル基板が用意されていませんが、最近はKiCadで設計した基板をElecrowで作るようにしたので、既製基板の有無はどうでもよくなりました。PS-85になって部品サイズの制限が緩くなったので、貧小な10円タクトスイッチから、大きくて押しやすそうな丸型タクティルスイッチに変更しました。

　この画像は、KiCadで設計した基板に部品を載せた状態です。こちらは表面。

 電池ホルダーはSMTU2032です。容量1FクラスのEDLCは分厚くて、平置きタイプではPS-85でも入り切らないため、薄型の縦置き用EDLCを横倒しにして、基盤を挟み込むように配置しています。

　こちらは裏面。UARTのTXとRXを逆に配線するというミスをしたのに加え、後から思いついたアイデアを試すために部品を追加したため、切ったり貼ったりが痛々しいです。

今回から、ケースの加工に型紙を使う事にしました。穴の位置をFreeCADの図面上に描いてからSVGファイルにエクスポートし、これをInkScapeで読んで印刷すると、原寸ぴったりの型紙になります(FreeCADでは原寸プリントができないようです)。

　印刷した型紙をケースに糊付けします。

 糊が乾いたら、型紙に書かれた位置に穴を開けます。大きな穴は、ドリルで開けた穴をハンドリーマーで広げました。

 用が済んだ型紙は、剥がしてから糊を水ぶきすると、綺麗に取り除けます。スイッチ穴の縁が角張っていると手触りが悪いので、ヤスリで傾斜を着けて押しやすくしました。

パイロットランプは、穴を開けずに淡い透過光を見せるようにしました。この方が、穴あけ加工が省略できるうえ、外観がすっきりしてデザイン的にもいい感じです。

黒いケースは光を透過しないので、やむなくLED用の穴を開けました。こういうデザインは好みではないので、この黒いケースはもう使いません。

スイッチの窪みがかなり深いので、カバンの中に入れても誤作動は起こりにくいと思います。明日から、このリモコンを使ってみます。

　できたばかりの新リモコンですが、PS-85のサイズは満足できる小ささではないので、使用する部品を見直して、よりコンパクトなプラスチックケース PS-65で作り直す予定です。既に基板はElecrowへ注文済みで、仕上がりを待っているところです。
　寸法確認のために使ったKiCadの3Dプレビューはこんな感じです。

 ケースに食い込んで見えるスイッチは、穴あけ加工後は若干引っ込んだ状態で露出します。同じく食い込んで見えるLEDは保険のつもりで置いた予備で、実際は並列に配線した表面実装LEDで賄うので、最終的には無くなります。

3月5日追記
型紙作成のため、PS-65ケースにタクティカルスイッチの穴を追加した３Dモデルを用意しました。この角度からは見えませんが、始動を確実にするためのリセットICを追加したため、配線が変わっています。

自転車ビーコンの電池を交換

　自転車ビーコンの受信機側の電池が減り、LEDが警告モードの点滅に切り替わったので、満充電したエネループに交換しました。9月20日頃に電池を入れ替えてから5か月動作しました。4か月は持って欲しいと思っていたので、充分合格です。
　送信機側はまだまだ持ちそうですが、コイン型リチウム電池(CR2032)の特性を調べてみたら見直すべき点が見えてきたので、改良をするつもりです。

　半月前に実施したチャタリング対策は、有効に作用しているようです。改造後は、ボタンを押す前にメロディーが鳴る誤動作は起きていません。

KiCadで設計した基板に部品を実装

　昨日届いた戸締まりチェッカー用基板に、部品を付けてみました。
　バッテリーとスピーカーをつないだらAques Talk picoの合成音声が流れたので、回路に問題は無さそうです。

TWE-LiteはSMD用のパッドに手半田で着けました。テープで固定して、最初の2箇所をずれない様に注意して半田付けできれば、後は楽勝です。TWE-Lite SMDの端子側面は窪んでいて、ここに半田ごてを当てるとブレないので、半田を過剰に盛らなければ、ブリッジの心配は無さそうです。

　 アンテナ取り付け用に開けた窓も、TOCOSさんが公開している「アンテナ取り付け用開口(TWE-Lite)」に従って用意したので、寸法ぴったし。

 　基板設計には、オープンソースのKiCad (bzr4022-ja)を使いました。フットプリントに加えて3Dモデルを作ると、ケースの中の収まり具合が事前に確認できて安心です。

設計に使ったKiCadのライブラリとフットプリントおよびVRMLの3Dモデルは、githubの公開リポジトリに置いてあります。

自転車ビーコンの要改造なところ

　9月に使い始めた自転車ビーコンは、先月に電池持ち目標の４か月を無事に達成し、現在も動作し続けています。

　今まで使ってきたリモコンは表示機能が無く、スイッチを押しても電波を出しているか否かがわかりませんでした。少々不便に感じていたので、リモコンにLEDを追加し、発信中は１秒毎に点滅させるようにしました。

LEDを付けたところ、新たな改善点が浮上しました。電波が出ているにもかかわらず、受信機がこれを見逃してしまう場合があるようです。
　電池持ちのために短くした間欠受信の起床時間を、もっと長めにした方がいいかもしれません。現在の設定で５か月近くも電池が持っているので、省電力志向を緩和し、応答性を重視するようにしてみます。

基板ができた

　1月31日午後にElecrowへ注文した基板が発送されました。
　戸締まりチェッカー用が2種類(センサー子機、リモート子機)、自転車発見器のリモコンが1種類です。3種類ともTWE-Lite SMDを載せるため、アンテナ取り付け用の穴が開いています

送られてきた画像では、一番でかいリモート子機の基板が、なぜか白ベタになっていました。ガーバービューアで確認できない何かがあったのかも？びくびくしながら到着を待ちます。
　基板は来週前半に届く予定です。昼間不在なのにDHLなので、受け取りに手間取りそうです。

オリジナルのPCBを作りたい

　TWE-Lite賞でいただいたTWE-Lite SMD版で、自転車発見器の改良試作機を作ろうと思っています。今までのようにSMD版をUEWポリウレタン線で手配線するのはなかなかしんどい作業なうえ、不良の原因にもなりやすくて問題でした。いつまでもこのままではいかんと思い、初めてプリント基板を作ろうと思います。
　TWE-Liteはハードウェア情報でEAGLE用のライブラリが公開されています。普通ならば、これを使ってEAGLEのフリー版でやるところですが、フットプリント以外は結局自分でライブラリを作らなくてはならないようですので、気になっていたKiCADを使ってみることにしました。

　回路図とフットプリントのモジュールは簡単に作れましたが、KiCADは3Dのプレビューもできるので、TWE-Liteの3Dモデルを作ってみました。
　最初に、YouTubeにあったTutorialを参考に、FreeCADで3Dモデルを作りました。3D CADは、数年前にGoogle時代のSketchUpを使ったことはありますが、FreeCADは初めてです。難産の末、なんとかモデルを作ることができました。FreeCADに慣れてきたので、ハテナアンテナも付けました。

FreeCADはVRMLでのエクスポートもできますが、KiCADに読ませると何も表示されませんでした。ここは、Tutorialに倣い、stlにエクスポートしたものをWings3Dで読み込んでから、VRML(.wrl)に出力しました。
　出来上がったVRMLファイルをKiCADでフットプリントに関連付けて、配線前の部品配置しただけの状態で3Dプレビューしてみました。基板背面に配置したTWE-Liteのハテナアンテナが、部品の足の間を縫うように走っています。危なっかしいので、配置を考え直したほうが良さそうです。

 

　出来上がったフットプリントのモジュールと3Dモデルは、githubで公開している回路データに含まれています。基板はまだ注文していないので、データが使い物になるか否かはわかりません。