【PowerMeter2020】実装技術の壁は避ける<既製品を活用検討>

2016年から信州MAKERSで開発してきたパワーメーターなどロードバイクセンシング開発ですが、振り返ってみると

「ロードバイクへコンパクトで信頼性良く実装することができなかった」

が完成にいたってないことの大きな原因です。

  実装技術は、それなりの専門性とノウハウがあって、とても素人では参入できない領域です。
(スマホの基板デバイスの実装設計とかカメラの実装設計、スマートウォッチの実装設計などの専門技術者の世界です)

スマホ、カメラほどの実装度はいりませんが、ロードバイクもコンパクトで軽量で電池寿命が重要なアプリケーションですので実装技術が主眼となります。

信州MAKERSの最も不得意な技術であり、とてもできそうもありません。
そこで、世の中にある実装製品をそのまま持ってきて使うに限るという方向付けで
2020年はトライしていこうと検討を始めました。

 

 

●方向性:世の中にあるコンパクトに実装された基板を流用することで、実装技術の不足部分を補う
=>今までマイコンボードとデバイスを基板に搭載して組み込んでいたのですが、
それをできるだけ避けて、CPUとデバイスが一体化したキットで組み込みを検討する

=>コンパクトさが必要なのはクランクベクトルを測定するシステムが一番厳しく、シートチューブ型パワーメーターだけなら、サドル下とかフレーム部、ハンドル部に設置すればいいので、クランクに比べて実装が簡単になるので、難易度が大幅に緩和されるのでその点からも素人用には最適かと思ってます。

■ロードバイクセンシングシステム研究開発用に必要なCPUスペック

性能 クランク用 サドル固定用
CPU性能 32bit 60MHz以上 100DMIPS以上  〇
シリアルIF 5MBPS以上2個以上 〇3個以上
無線IF 115200bpsでデータ落ち無きこと △外付け可
USBシリアル USB HOST機能があれば便利 △外付け可
電源電圧 3.3V100mA以下
電池 5V もしくは3.3V   DCDC内蔵が良い
I2C 2portが望ましい △1個でも可
SPI AD7193,7194を使う場合必要
ADC 12bit   200kbps以上  2ch以上 △4ch欲しい
SRAM 64KSRAM以上
FLASH 256KB以上
CLOCK RTC32KHz精度20ppm以下 △外付け可 △外付け可
ライブラリ IMU/SD card高速書き込み用/WiFi
サイズ   30x55x15 90x70x20
付属デバイス LCD △邪魔 △可
  ボタン
  LED 〇電源 稼働中 〇電源 稼働中
  スピーカー

 

■ M5StackとM5Stickの検討

例えば、M5Stack Basicは、WiFi,BlueTooth,μSDカード,カラーLCD,スピーカー,電源がついてますので、自分で実装してもここまで小さく信頼性よく実装は不可能です。
https://www.switch-science.com/catalog/3647/
更に、M5Stickは、WiFi,BlueTooth,IMU,小型カラーLCD,電源がついてます。
https://docs.m5stack.com/#/en/core/m5stickc

M5Stack M5Stcik
サイズ 54x54x17.9mm 48.2 x 25.5 x 13.7mm
CPU ESP32 240MHzデュアルコア、600 DMIPS、520KB SRAM、Wi-Fi、デュアルモードBluetooth
FLASH 4MB
 
電源 5V @ 500mA
コネクタ TypeC x 1、GROVE(I2C + I / 0 + UART)x 1 TypeC x 1、GROVE(I2C + I / 0 + UART)x 1
ポート PIN(G1、G2、G3、G16、G17、G18、G19、G21、G22、G23、G25、G26、G35、G36) G0、G26、G36
LCD 2インチ、320×240カラフルなTFT LCD、ILI9342C、
最大輝度853nit
0.96インチ、80 * 160カラフルなTFT LCD、ST7735S
μSDカード 最大16GB
ボタン カスタムボタン×3 カスタムボタン×2
スピーカー 1W-0928
電池 110mAh @ 3.7V 95 mAh @ 3.7V
アンテナ 2.4GHzアンテナ
動作温度 0℃~40℃
ADC 12bit  200kbps or 2Mbps   2CH 12bit  200kbps or 2Mbps   2CH
UART UART0:USB Seerial
UART1:内部SDメモリ用
UART2:外付Serial
UART2:Grooveコネクタ
IMU MPU6886
IR 赤外線通信
マイク SPM1423
   

●MBUS

■ mbed系も調査
2019でクランク用に使ったNucleo L432KCと母艦用のF446REを見直してみます。
母艦用には、STマイクロとNXPでcortexM4にデバイスが載ったIOT評価ボードがあります。
FRDM-K66F https://os.mbed.com/platforms/FRDM-K66F/

他は、意外とサイズが大きすぎるのと価格が高いものが多く流通もしてないものが多いようです。M5Stackのような多機能のボードはmbedではありません。

 

 

●チェック実験をしてみてから進める
チェック1:SDカード書き込みが4msec連続データ落ちなくできるか?
チェック2:無線でシリアル送受信4msec連続データで落ちがないか?

 

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