Power Distribuor(PD) ボード

 ＭＩＲＳのＭＰＵボードを新しくする事によって今までより多くの電流が必要となった。
  また、通信機能としてＲＳ−２３２Ｃを備えている。このため、従来用いてきた電源制御
  ボードが使えなくなった。そのためこれらの要求に対応した、新たな電源制御ボードを開発する。

1−１−１　電源系統図

　電源系統図を図1−１に示す。この図にしたがって各ボードに電源を送る。
  ここで、このボードが出力すべき電流の大きさについて考える。
  まずＭＰＵボードのＶＳＢＣ−１では７５０mA、Ｉ／ＯボードのＶＩＰＣ３１０は４６０mA、
  ＩＰ−ｄｉｇｉｔａｌ ４８ は２２０mA消費する。その他の回路によって、１Ａ程流れると
  考えられる。これらを合計すると２．４３Aである。よって最大電流が３Ａで設計する。

図１-１

1−１−２　Power Distribuor ﾎﾞｰﾄﾞ機能概要

電源制御ボードは、主に３つの機能を持つ。
各ボードの電源として＋５Ｖの電圧を出力する回路
ＲＳ−２３２Ｃのための±１２Ｖの電圧を出力する電源回路
ＭＩＲＳの実際に競技中のみモータと勝敗判定装置を動作させる回路

1−１−３　構成図

　図1−２に構成図を示す。図２中の１から３の機能について説明する。

 定電圧電源回路　　　　　　　　＋５Ｖの電圧を安定して出力できる電源回路を構成する。
 ＲＳ−２３２Ｃ用電源回路　　　ＲＳ−２３２Ｃのための、±１２Ｖ、１００ｍＡの電源回路を構成する。
 ＯＮ−ＯＦＦ制御回路　　　　　駆動用の電源を、スタートスイッチでＯＮ、
			       勝敗判定装置が押されたことでＯＦＦになるようにする。

図1−２　電源制御ボード構成図

1−１−４　回路設計

1−１−４−１　機能設計

各機能について詳しく述べる。
�@定電圧電源
　　この部分では、ＭＩＲＳ上の全ての回路に電力を供給するための回路である。電源としては、
    ラジコン用の７．２Ｖの充電用電池を用いる。これは、フル充電では、８Ｖほどまであるが、
    そのうち電圧は落ちてくる。通常の定電圧レギュレータを用いると、５Ｖを発生させる為に
    ７Ｖ近く必要となり、これでは電圧が落ちてきた時に、安定した電力を供給できなくなってしまう。
    そのため今回は、抵損失のレギュレータ（最低入力電圧６．０Ｖ）を用いる。また、
    今回は３Ａというかなり大きな電流が必要となり、ここではそれだけの電流を発生させる。

�AＤＣ−ＤＣコンバータ
　この部分は、ＲＳ−２３２Ｃを使用するための電源となる。必要な電圧および電流は、±１２Ｖ、
  １００ｍＡである。

�BＯＮ−ＯＦＦ制御部
　この部分では、スタートスイッチが押されたら、勝敗判定装置及びモータに電力を供給し、
  勝敗判定装置が押されたら、それらをＯＦＦにするための回路である。ここは、リレーによる
  １ビットのデータ保持機能を持つ回路となっている。

1−１−４−２　部品選択

次に特殊な部品について述べる。

�@ＳＴＲ９００５（サンケン）
　この部品は、抵損失リニアレギュレータＩＣと呼ばれている部品である。最低６．４Ｖの入力電圧
  を５Ｖの出力電圧にする。また、最大出力電流も４Ａであり、今回の規格に適当である為、使用する。

�AＳＱ−１２Ｄ−２５０（アジア電子）
  この部品は、ＤＣ−ＤＣコンバータと呼ばれる部品である。入力電圧は４．５Ｖ〜９Ｖなのでバッテリー
  をそのまま入力しても安全である。出力も±１２Ｖ、１００ｍＡで、今回の規格に適当である。
�B放熱板(HEAT1.ZWD)
　　この部品は、ＳＴＲ９００５の仕様書から計算して寸法を決定した。
　今回の使用条件は、以下のような場合を考えた。
入力電圧：８Ｖ〜６Ｖ
出力電圧：５Ｖ
出力最大電流：３Ａ
周囲温度：２５℃
　これらの条件から、損失電力の最大値は、
３［Ｖ］＊３［Ａ］＝９［Ｗ］
である。放熱板の面積と、損失電力の関係は、図３−３のとおりである。よって、必要な放熱板の面積は、5625[cm2]となる。


図1−３　Ta-Pd特性

　今回は部品の関係でPower Distributorボードを２種類作った。２種類の基板はサイズやピンアサイン等
  の性能は等しい。しかし、基板の形や放熱板に違いがある。来年から使用する時は、自分たちの使いたい
  ほうを使って欲しい。以下に２種類の基板の違いを述べる。
  なお、２種類の基板の名前はそれぞれPower Distributor/1、Power Distributor/2である。
�@Power Distributor/1
基板全体が比較的薄い。
特殊な部品が少ない。
�APower Distributor/2
部品点数が少ない
放熱板を既製品を使うので作るのが比較的容易である。

1−１−５　ソフトウェアビジビリティ

　本ボードのコネクタのピンアサインについて述べる。

コネクタ１,３


コネクタ２


コネクタ４


コネクタ５


コネクタ６

　　←はボードへの入力、→はボードからの　　出力、--は方向が無いことをあらわす。
1−１−６　回路実装

基板配置図を図1−４、図1−５に示す。


図1−４　基板配置図(Power Distributor/1)


図1−５　基板配置図(Power Distributor/2)


コネクタの品名

CN1:MOLEX（53259-0220)：9.1 × 14.2 (mm)
CN2:MOLEX（53259-0220)：9.1 × 14.2 (mm)
CN3:MOLEX（53259-0220)：9.1 × 14.2 (mm)
CN4:MOLEX（53259-0420)：16.1× 14.2 (mm)
CN5:MOLEX（5046-04A） ：9.5 × 13.3 (mm)
CN6:MOLEX（5046-03A） ：7.0 × 13.3 (mm)

　このボードはＶＭＥラックに直接搭載する事を考えて作られている。次に、ＶＭＥラックへの搭載方法について示す。

　固定用のアルミ板を基板のねじ穴に取り付ける。ＶＭＥラックの裏のねじ穴に図３−６のように固定用のアルミ板を固定する事で基板を固定する。



図1−６　取付実装図

　 勝敗判定装置

　これまでのＭＩＲＳでは自分の存在を示すために、勝敗判定装置に豆電球を使用してきたが、
  実際に競技をする際、太陽や蛍光燈の光による誤動作が多かった。そのような弱点を克服するため、
  豆電球の光にかわり赤外線を用いることとなった。それに合わせて、勝敗判定装置も新たに開発する。

1−２−１　勝敗判定装置機能概要

勝敗判定装置は、２つの機能を持つ。

相手ＭＩＲＳに押されたことを感知する機能。
自分の存在を示すための機能。赤外線ＬＥＤを用いる。

但し赤外線ＬＥＤだけでは、人間が見てわからないので、通常のＬＥＤも取り付ける。

1−２−２　構成図
　構成図を図３−７に示す。図２中の１から３の機能について説明する。

勝敗判定用スイッチ　　　　　　　ここを押された時、そのことを電源制御ボードに伝える。
 ＬＥＤ発光回路　　　　　　　　　通常のＬＥＤを発光させる。　　　　
 赤外線ＬＥＤ発光回路 　　　　　赤外線ＬＥＤを、パルスによって発光させる。


図２　勝敗判定装置構成図

1−２−３　回路設計

1−１−４−１　機能設計

各機能について詳しく述べる。

�@勝敗判定用スイッチ　
	この部分は、相手ＭＩＲＳに押された事を感知するための装置である。回路としては、
	ノーマルコネクトのスイッチの用い、押された事によってこのスイッチが切られた時に
	そのことがPower Distributorﾎﾞｰﾄﾞに伝わるようになっている。
�AＬＥＤ発光回路
	この部分は、通常のＬＥＤを発光させるための回路である。赤外線は人の目には見えないので、
	この機能をつけた。
�B赤外ＬＥＤ発光回路
　　	この部分は、赤外線ＬＥＤを発光するための回路である。今回使用した赤外線受光素子IS1U60は、
	３８kHzでパルス発光された赤外線しか受光しないものである。この事は、
	余分な赤外線を遮断する上で大切な機能である。しかし、そのため、３８kHzでパルス発光
	しなければならない。また、この受光素子は、３８kHzでパルス発光された赤外線でもずっと
	発光され続けているものはノイズとみなしてしまう。そのため、さらにこの赤外線を６００μs
	で変調する。これらの発振回路はタイマＩＣのμPD5555を用いている。また、赤外線ＬＥＤの
	ドライバＩＣとして、SN75453（デュアルぺリフェラルＯＲゲートＩＣ）を用いた。
1−１−４−２　部品選択
次に特殊な部品について述べる。
�@ＴＬＮ１０５Ｂ（東芝）
　　	この部品は、赤外線を発光するために使用した。この素子の特性を以下の示す。
最大定格（Ｔa=25）

(注)パルス幅≦100μs，繰り返し周波数=100Ｈz 


電気的特性（Ta=25℃)　　


波長特性（標準値）　　　(IF=50mA,Ta=25℃)


図1−８　波長特性


指向特性（標準値）　　　　　　

（Ｔａ＝２５℃）
 
図1−９　指向特性


1−２−４　ソフトウェアビジビリティ

　本ボードのコネクタのピンアサインについて述べる。



←はボードへの入力、→はボードからの出力、--は方向が無いことをあらわす。

1−２−５　回路実装

基板配置図を図1−８に示す。


図1−８　基板配置図（勝敗判定装置）
   
コネクタの品名
MOLEX（5046-04A）：9.5 × 13.3(mm)