名称 MIRS2302 エレキ詳細設計
番号 MIRS2302-ELEC-0001

版数 最終更新日 作成 承認 改訂記事
A1 2023.11.09 早川 蔵之介、和田莉央 大沼先生 初版
A2 2023.11.16 早川 蔵之介、和田莉央 大沼先生 サーボモータ用リレーの購入物品変更
A3 2023.12.08 早川 蔵之介、和田莉央 大沼先生 項目5に実装図を追加
A4 2023.12.21 早川 蔵之介、和田莉央 大沼先生 サーボモータ、ファンの電源をUSBバッテリから模型用バッテリに変更

目次

1.はじめに

本ドキュメントではMIRS2302のエレクトロニクス詳細設計を記す。

2.システム構成

Fig.1にシステム構成全体図を示す。


fig.1　システム構成全体図


ペルチェ素子、サーボモータ、ファンに接続する模型用バッテリはレギュレータを用いて降圧した5V電源と元の状態の7.8V電源として使用する。

Fig.2にモジュール構成図を示す。


fig.2 モジュール構成図


Fig.3に保温保冷モジュール構成図を示す。


fig.3 保温保冷モジュール構成図

モジュール1つに対して扉は2つ付いている。そのため機体全体で扉は6つとなる。
資料用モジュール、小物用モジュールにはfig.2の構成で設計を行い、食品用モジュールではfig.2とfig.3を合わせて構成する。fig.3について、ペルチェ素子を接続する際には大きな電流が流れるためケーブルを太いものとする
fig.2については4ピンコネクタ2つでコネクタを作成する。また、fig.3について、ペルチェ素子につなぐ電源とGNDのケーブルの規格が他のものと違うため分ける。


3.ピン番号

Aruduino、Raspberry Pi、USBバッテリ(モーター、ファンの電源用)、追加の模型用バッテリ(ペルチェ素子の電源用)を供給源とする部品のGNDは全てUSBバッテリのマイナス端子に接続することとした。

3.1 Arduinoピン番号

table.1にArduinoで使用するピン番号を示す。


table.1 Arduinoピン番号
ピン番号 接続先 入出力
0
1
2 左エンコーダA層 出力
3 右エンコーダA層 入力
4 左エンコーダB層 入力
5 フォトリフレクタ 入力
6
7 右エンコーダB層 入力
8 右モータ（DIR） 出力
9 右モータ（PWM） 出力
10 サーボモータ（PWM） 出力
11 左モータ（PWM） 出力
12 左モータ（DIR） 出力
13 ペルチェ素子リレー 出力
A0 サーミスタ 入力
A1 サーミスタ 入力
A2 1段目モジュール識別抵抗測定 入力
A3 2段目モジュール識別抵抗測定 入力
A4 3段目モジュール識別抵抗測定 入力
A5 バッテリー電圧 入力
GND GND 入力
5.0V フォトリフレクタ、モジュール識別抵抗測定(430Ω、300Ω、200Ω)、サーミスタ 出力

3.2 Raspberry Piピン番号

table.2にRaspberry Piで使用するピン番号を示す。


table.2 Rasberry Piピン番号
ピン番号 名称 接続先 入出力
1 3.3V VccA_I2C-LVL01 出力
2 5.0V VccB_I2C-LVL01(地磁気センサ) 出力
3 GPIO2 SDA_I2C-LVL01(地磁気センサ) 入出力
4 5.0V
5 GPIO3 SCL_I2C-LVL01(地磁気センサ) 出力
6 GND GND 入力
7 GPIO4
8 GPIO14
9 GND
10 GPIO15
11 GPIO17
12 GPIO18
13 GPIO27 扉1リレー 出力
14 GND
15 GPIO22 扉2リレー 出力
16 GPIO23 扉1スイッチ 入力
17 3.3V
18 GPIO24 扉2スイッチ 入力
19 GPIO10 扉3リレー 出力
20 GND
21 GPIO9 扉4リレー 出力
22 GPIO25 扉3スイッチ 入力
23 GPIO11 扉4スイッチ 入力
24 GPIO8
25 GND 入力
26 GPIO7
27 ID_SD8
28 ID_SD
29 GPIO5 扉5リレー 出力
30 GND
31 GPIO6 扉6リレー 出力
32 GPIO12 扉5スイッチ 入力
33 GPIO13 扉6スイッチ 入力
34 GND
35 GPIO19
36 GPIO16
37 GPIO26
38 GPIO20
39 GND
40 GPIO21


4.回路構成

4.1 Arduino,Raspberry Piに関する回路図

Fig.4にArduino,Raspberry Piに関する回路図を示す。Fig.4内にある青線から左はモジュール内部であり、青線から右側は本体に構成する回路である。異なる値の抵抗を各モジュールに設置し、抵抗値を測定することでモジュールの識別を行う。
小物用モジュールを240Ω、資料用モジュールを1000Ω、食品用モジュールを2000Ωとする。 また、Fig.5に走行に関する部分の回路図を示す。
Fig.4には基本機能のために必要な回路を構成しており、Fig.5では走行のために必要な回路を構成している。そのためFig.4、Fig.5、jetsonnanoに接続するRPLidar、カメラで回路全体を構成する。


fig.4 Arduino,Raspberry Piに関する回路図

Fig.5に走行に関する部分の回路図を示す。

Fig.5 走行に関する回路図

4.2 jetsonnanoに関する接続

jetsonnanoではRPLidarとWebカメラをUSB接続する。

5.実装図

作成する基盤の構成図についてfig.6に示す。枠で囲われた部分は、各箱モジュール内部に実装をしその他の部分は標準機内部に作成する。
　　



Fig.6 基盤構成図


各モジュール内の壁を隔てた反対側にケーブルを配線する際は各モジュール用基板からコネクタを用いて接続することとした。


5.1 Arduino,Raspberry Piシールド基盤実装図

Fig.7,Fig.8にArduinoとRaspberry　Piのシールド基盤に追加する配線の実装図を示す。



Fig.7 Arduino追加配線実装図



Fig.8 Raspberry Pi追加配線実装図



5.2 モジュール用基盤、フォトリフレクタ基盤、USB電源基盤実装図

Fig.9,Fig.10にモジュール用基盤、フォトリフレクタ基盤に実装する実装図を示す。

Fig.9 モジュール用基板実装図



Fig.10 フォトリフレクタ基盤実装図

5.3 箱モジュール内部基盤実装図

Fig.11からFig.16に各箱モジュール内部に実装する基盤の実装図を示す。小物モジュールを１段目、資料モジュールを２段目、保冷保温モジュールを３段目に積んだ時を想定して作成した。
白い四角で囲われた部分にはコネクタを作成し壁を隔て反対側に接続を行う。



Fig.11 小物モジュール用基板実装図表



Fig.12 小物モジュール用基板実装図裏





Fig.13 資料モジュール用基板実装図表



Fig.14 資料モジュール用基板実装図裏



Fig.15 保冷保温モジュール用基板実装図表



Fig.16 保冷保温モジュール用基板実装図裏

6.購入物品

Table.4に購入物品を示す。




table.4 購入物品
物品名 型番 単価(税込) 数量 価格(税込) URL 備考
マイクロスイッチ D2F-FL 141 6 846 URL こじ開け検知用
PWMサーボ FEETECH-FS90-C2 396 6 2,376 URL ロック機構の製作用
ペルチェ素子 TES1-12739 900 1 900 URL 食品モジュール用
ファン YDH3010C05 250 2 500 URL 食品モジュール用
ヒートシンク 30P61A 130 1 130 URL 食品モジュール用
サーミスタ 103AT-2 50 2 100 URL 食品モジュール用
リレー AE-G5V-DRV 200 6 1200 URL サーボモータ用
リレー(ペルチェ素子用) 134-1C-5DS 80 1 80 URL ペルチェ素子用
地磁気センサ DSR1603 0 1 0 URL 自己位置推定用
フォトリフレクタ LBR-127HLD 0 1 0 URL 持ち去り検知用、ジャンク品
レギュレータ LT1083CP　 0 1 0 ジャンク品
模型用バッテリー NiMH 7.8V 3000mAh 0 1 0 ペルチェ素子用電源、ジャンク品
ユニバーサル基盤 PCB32-53 131 4 524 URL 基盤作成用/td>
ファスナーテープ BR008 362 1 362 URL ケーブル固定用


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