半田付けしてます

よくわからないまま半田付けしてます

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自作 単車 データロガー

はい、というわけで、ちょっと作ってみようが2か月くらいかかってしまいましたw

動機


いじってるのが、100ccのスクーターなんですが、いじった結果どう変化したかを客観的データとして記録したい。

乗れば、変化はあったりなかったりで分かるんですが
定量的に科学的に評価したいというわけです。
あと、マイコン的には簡単だろうという読みもありましたが、大外れw

方法


ゼロヨンならぬゼロニー(0-200m)を走った時のタイムとかエンジン回転数などを
例により、AVRマイコンを使い、SDカードに記録します。

原付なので、気象条件とか、運転者の体重とかモロに受けますので
そこらもどう出るかも興味あります。

ま、乗れば分かる様なことなんですがね。

結果


計測したデータをエクセルでグラフ化してみました。
細い線が、駆動系メンテ前で、太い線がメンテ後です。
14.5gのWRから13gに換えた場合です。

メンテ比較

交換後、速くなってますねぇ。
メンテ前は発進時にエンジン回転数が変な動きしてますね。
まあ、レースに出るわけでもないので、こんなことやって意味あるかというと
あんまりないですw


開発経緯


基本は時間計測してSDカードに書くだけなので、簡単だと思ったんですが
何事もやると見るとじゃ大違いですねw

山場は、車速計測でしょうか。

どうやってもノイズが除去できなくて、ハマりましたー。

ハマってた時のグラフです。

ハマリ中


なんでしょう、この針山w
基本は、0.1秒ごとに、前輪に付けたセンサーから上がってくるパルスの周期を測って
タイヤの外周で割り算をして時速を出して、SDカードに書きます。
こんな感じのCSVデータですね。

---------
0,8 ,1620 ,1
1,8 ,1620 ,1
2,8 ,1620 ,1
3,8 ,1620 ,2
4,8 ,1620 ,2
5,8 ,1620 ,2
6,8 ,1680 ,3
7,8 ,1620 ,3
8,8 ,1620 ,3
9,8 ,1620 ,4
10,8 ,1620 ,4
11,8 ,1620 ,4
12,8 ,1620 ,5
13,8 ,1620 ,5
14,8 ,1620 ,5
15,8 ,1620 ,6
16,8 ,1620 ,6
17,8 ,1620 ,7
18,8 ,1620 ,7
19,8 ,1620 ,7
20,8 ,1620 ,8
21,8 ,1620 ,8
22,8 ,1620 ,8
23,8 ,1620 ,9

で、この針山、要するに計測してるパルスが実際のものより短すぎるわけです。
なので、せいぜい80くらいしかないのにいきなり190とかになってるわけですw
ここらが、面白い所なので詳しく書きましょう。


初めは電気的ノイズと思い込んでた


いつものように、ユニバーサル基板にテキトーにパーツを配置して
もやし配線で組んでいきました。

回路図

基板

ロガー概観

で、いろいろ不具合は出つつも、データが取れて、針山グラフになりますw
なんでこうなるの?w

で、そうとうアレコレしましたw

点火ノイズ対策


御存知のように、古い古い原付スクーターで、純正でノイズ対策なんてものは皆無です。
せいぜい、プラグの抵抗くらいでしょうか。

試しに、ポケットラジオをAMの選局してないところで、エンジンをかけたスクーターに近づけますと
バリバリバリとノイズが入りますw
まあ、ひどいですねw

で、電源なんかをオシロで観測しますと、

システム電圧


こんなですw
付きぬけてるところで、CDIが点火して、そのあと、何か帯になってるところで、コンデンサにチャージしてます。
で、こんなオシロなんか見ちゃったので、もう、このノイズという固定観念がついてしまったわけです。

ということで、定石通りにいろいろやってみます。

・配線のツイストペア化
・パスコンをいたるところに設置(セラミックコンデンサ)
・センサー信号ラインに対して直列にフェライトビーズ
・電源ラインにクランプフェライト
・ケースをトタンで作り、電磁シールド

なんといっても、放射ノイズに対してはアンテナになってしまっている平行線ですね。
これを全部撚ってツイストペア化しました。これはかなり効きました。

パスコンに関しては、はじめ電解コンデンサなどを入れてたんですが
主犯のパルスノイズはなんでも数MHz~ということなので、電解コンデンサでは
低インピーダンスにならないということを知りました。
いまでも、基板にはチップコンデンサがあちこちにくっついてますw

で、この状態で、試しに、CDIにダミーのピックアップ信号を入れて
エンジンを動かさず点火だけさせて、ノイズレベルを見て見ました。

ノイズは問題のないレベルまで下がりました。

が、実際に走るとノイズの山になってしまいましたw
一体・・・。

電気的なものではなく、センサーに影響するもの・・・。

エンジンの振動?


エンジンを切った状態で、計測してみる。


近くの坂道をエンジンを切った状態で下坂をゴロゴロ走ってみましたw

おお、針山が出ませんw

エンジン停止状態

えええええええええええ?エンジンの振動?

前輪に付けたセンサーが、振動によって、ちょうど磁石の磁界が切り替わるポイントで、ON/OFFしているとか?
でも、そんな外乱で計測不能じゃあ、そもそもこの計測方式は無理ですね。

そこで、ハタと気が付きました。


あ!ボトムリンク!!


そうです、このスクーターのフロントサスは古き良きボトムリンクサスペンションなのです。
センサーは、ボトムリンクアームに固定され、ホイールに付けた磁石をカウントします。

走行中は、サスペンションは絶えず上下して動きます。
ということは、この場合、サスペンションが動く時、センサーとホイールの相対位置が変化するということです!!

例えば、路面の凹凸により瞬間的に数センチは動いたりするわけです。
それが、カウントに影響を与えてるのでは・・・・?

ホイール

最近のスクーターはここら辺がテレスコピックサスになり、相対位置が変わらないようになってますね。
更にエンジンの振動も加わると・・・。

頭抱えましたw


走行中に一体どんな信号があがってるのか???


もうわかりませんw とにかく現象を掴まないと推論仮定ばかりで動いても無駄になるばかりです。
走行中のパルスをオシロでモニターすればいいんですが
ノートPCとパソコンオシロを積んでアクロバチックな観測はぁぁぁwwwww

しかも、ノートとオシロをつなぐUSBコネクターなんかが接触が悪く、振動なんか来るとすぐハングアウトしてしまうんですね。

絶対無理w

じゃあ、今のセットを簡易オシロにしてしまえばどうか?


つまり、今は、0.1秒おきにパルス長を測っていますが
今度は、パルス全ての時間を計って記録するように、マイコンのソフトを書き換えてみました。
つまり、どういう乱れ方をしているのかを見るわけです。

ああ、なんてことでしょうw
エンジンの振動も、ボトムリンクの影響も皆無でしたw


全部ロギング01

一番目のグラフは、発進から停止までの縦軸をタイマーカウント数にしたグラフです。
走り始めと、ブレーキをかけて停止する時に、値が大きくなってますね。
そして、走行している間は一定の振動幅を持って推移してます。時々ツーンと飛び出ているのは
SDカードのファイルクローズしにいって、時間かかっているところで、ちゃんと計測できてません。

全部ロギング02
振動しているところを拡大しますと、かなり規則正しく振動していることがわかります。

全部ロギング03
そして、その山を値を調べると8つおきに規則正しく振動してます。8つは、ホイールに貼り付けた磁石の数ですw

磁石の磁界の切り替えポイントですね。

どうも、このムラは、設置した磁石の間隔のバラつきか、もしくは、磁力のバラ付きかもしれません。
ともかく、パルスは均一な幅を持って上がってくるのではなく、バラついて来る事がわかりました。

なんてこった!!一番はじめにこれやれば良かった!!

ノイズ対策も無意味ではなかったとは思うんですが、もしかすると電気的な対策は不要かもしれなかったわけです。
あと、針山になっているのは、時間計測のソフトにチョンボがあったかもしれません。


なんだ、結局ソフトフィルター噛ませばいいのか


相手が分かればもう簡単です。
同じように、自作でマイコンデジタルメーターなんかを作っている方のページで
やっぱり平均をとってフィルタリングしてるのは知ってたんですがねぇ・・・w

8つの要素でバラついてるので、8個のパルス幅の移動平均をとるようにしました。

ソフト的には簡単です。リングバッファにポイポイ計測したタイマカウント数を入れて合計して割り算すれば
8回分のカウントの平均が出るわけです。

もう少し移動平均の個数を多くすると滑らかになると思いますが、応答性が悪くなるので8個にしてます。


これ1ヶ月くらいやってましたよw


電気的なノイズだと思い込んで、いじっては走って、SDカード抜いてパソコンで処理してと。
トタンの立派なケースまで作っちゃって・・・w

トタンケース

仕組み自体はすごく単純なんですけど、付帯要因を除外するのが素人だと難しいなあと思いました。
2ストのノイズだらけのスクーターで精密な計測が可能とわかったのは収穫ですね。
これから小物いろいろ作るのに役立ちます。

まず、面倒くさがらずに、対象を正確に掴めということですね。いい勉強になりました。



センサーについて


今回磁気センサーとして使ったのは、歯車センサーであるOH182/E(KMI15 なんで変な型番なんですかね)ですw
鉄の歯車なんかのカウントで使うらしいんですが、今回のように磁石もカウントできます。
ただ、注意点としては、センサー自体も磁石を持っているので、磁石の取り付けを間違うと
ちゃんとカウントしません。

反発するように磁石を設置してしまうと、正しくカウントできないので、注意です。
データシートのカウントの仕組みの図を見るとわかると思います。

ただ、磁力が均一でない、設置位置の精度なんかが影響するので
それをフォローするようなソフト側の処理が必要になります。
なので、相手は磁石ではなく、マトモな工業製品ならド鉄の歯車何かのほうが、正確に計測できるわけなんではと推測します。

今回は素人工作なので、磁石を貼り付ける方が簡単でしたので、こうしてます。


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  1. 2017/04/19(水) 00:12:13|
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