【パワーメーター2019】V2020左クランク基板完成<試作3シリーズ目>

V2020パワーメーター開発では、クランク踏力のベクトル表示をするので、ひずみゲージ4CH分の回路を基板に詰め込まないといけません。2019では、パワーメーター開発用計測システムとして基本的精度を確保することに目途をつけて、2020年に本格的な実走行データを取得して解析していくことになります。

●パワーメーター2019で苦労した点
こう並べてみると2017年からクランク用基板を作ってきましたが、当初より電子工作の腕一歩一歩上がってきたのが見えて楽しいです。年寄でも、能力が向上するのは楽しいことです。
①CPUの選定しなおし
6月~8月は、Arduino ATM328P(内蔵8MHz)で小型省電力を狙いましたが
シリアル速度が19200bps以上が無理でした。

9月~10月は、STM32F103T8C6というCortexM3 72MHzで格安を使いまいましたがクロック精度が通常のCPUの10倍近く悪い点で、センサで計測する用途では無理なのでやめました。

11月からNucleoL432KCで、CortexM4 80MHzで、
Nucleoシリーズでは、小型かつ高性能のベストパフォーマンスのCPUに変えてきました。
MFT2017に出展したときのクランクにつけたCPUに戻ったわけです。最初からNucleol432KCにしておけばよかったのですが、2017時点では国内在庫がないCPUだったので、貴重品として扱っていた経緯があります。最近は、国内在庫があるし、そのうち秋月でも扱うようになると思います。課題としては、高機能だけど30ピンしかないので、ピンの組み合わせの自由度がないので、ピン決めの検討時間に手間取ります。

 

➁多箇所多CHから発生するデータの位相合わせ
左右クランクトルク、シートチューブのひずみ波形、サドルの曲げ波形
など多箇所から同時に発生する力のデータを比較してペダリング動作を解析するので、位相がずれてしまっては、意味がありません。
通常のマイコンの時間精度が数十ppmあるので、30分も測定するとペダリング位相が180度ずれてしまう可能性があるので、補正するのも大変なので
1時間連続測定しても数msecしかずれない精度として、クロック精度を1ppm以下にするために外部の水晶発振器TCXOを採用して、左右クランクとサドルCPUの3個のCPUにとりつけました。

③Xbeeのデータ落ちとデータの時刻管理
Xbeeに限らず無線データ通信は、電波というノイズの多い媒体を使うので、有線のような正確なデータ伝送はできません。そのため、高速で大量なデータを通信するのは、不得意な技術です。Xbeeは、通常は9600bps程度で少量のデータを遠距離間で通信するのに使われますが、パワーメーターでは
短距離を115200bps付近で1回に50byte近くのデータを送信するので、データ落ちが厳しくなります。そのため、Hardware Flow制御をいれて通信がおかしかったらバッファため込んで処理しますので、リアルタイムではないデータが送られることが多く発生します。そこで、各データにタイムスタンプもしくは連番をつけてデータの同期を管理しないといけなくなります。内部クロックではタイムスタンプが精度が悪いのでTCXOなら連番をつけておけば、正確な時間がわかります。

●V2020基板
①厚さ15ミリ以内にまとめるのに実装を工夫した

➁かさばるものを隙間に埋めた
水晶発振器をXbee基板の隙間に埋め込んだ

③ひずみゲージのターミナルブロック4CH16本分を2.54mmピッチにした

④NUCLEO L432KCのピン選定
回路図は、6回作り直しました。

⑤AD7193の安定的な使いこなし
  Ad7193は、超低ノイズ高精度4CHADCですが、プログラムのタイミングでデータでなくなることがあって、他のデバイスとの組あわせるときに、動作がダメになることがあるので、単独でデバッグしてもだめで最終的に全デバイスそろったプログラムでバランスをとる必要があるので大変面倒なデバイスです。

●以後
  11月末までやれるところまでやって、あとは2020年度にまわします。

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