ＦＦ９　ＦＭＳアダプター　作成：2007-01-11〜2007-01-27

しばらく飛ばしていなかったときはフライトシミュレータでリハビリしてから飛ばさないとダメみたいです。そこで無料のラジコンフライトシミュレータＦＭＳのアダプターを作ることにしました。普通のフライトシミュレータはジョイステックで飛行機を操縦しますが、ラジコン用はプロポとパソコンをアダプターで接続して、プロポのスティックで飛行機を操縦します。

FMSの見た目はこんな物です


これは以前作ったプリンターポートに接続するための物。ＯＳをＷｉｎｄｏｗｓＸＰにしたので使えなくなってしまいました。Ｗｉｎｄｏｗｓ９５まではプリンターポートに直接読み書きできたようですがＷｉｎＸＰになってからＮＧになったので、使えなくなったわけです。黒いケーブルはプロポの背面にあるトレーナーコネクターに差し込みます。たしかラジコンショップで￥１０００ほどで販売されていたと思います。双葉純正品なのかフライトシミュレータ用なのか不明です。この黒ケーブルは、ＧＮＤ、電源、信号線、の３線です。プロポのトレーナーコネクターは６線ですが、そのうち３本だけしか繋がっていません。GND、信号線の２本しか繋がっていません。


中身はトランジスターと抵抗２本だけです。


プロポ側のコネクターはこれ。フライトシミュレータを使うときは電波を出すのは無駄なので高周波モジュールは外します。この方が電池も長持ちします。


ＦＦ９は９チャンネルなので信号パルスが９回連続して出ています。９個のパルスの固まりが２２．４ｍｓ間隔で繰り返し出力されます。スティックを操作するとパルスの幅が変わります。百聞は一見にしかず、下のＭＯＶＩＥを見てください。エクスポーネンシャル等はかかった状態で信号が出力されます。


信号の変化　＜−　ＭＯＶＩＥ（前半と後半では動かしているスティックが異なります）

ＦＭＳはＷｉｎｄｏｗｓＸＰ用にＲＳ−２３２Ｃポート（＝シリアルポート）経由で接続するインターフェースも公開しています。ＦＭＳをインストールすると仕様が確認できます。
仕様は．．．
　　・通信速度１９２００ｂｐｓ
　　・８ビット
　　・パリティー：無し
　　・ストップビット：１ビット
　　・４軸の移動量を送る前にヘッダーとして０ｘＦＦを送信する（補足：０ｘは１６進数の意味です）
　　・ヘッダーに続けて４方向の移動量を各１バイトで送る
　　・移動量は０ｘ８０をスティックの中央として０ｘ００〜０ｘＦＥをフルストロークとする


こんな仕様なので、プロポのトレーナーコネクターに出ている信号のパルス幅を計測してそれを０ｘ００〜０ｘＦＥに換算して送信するのがアダプターの役割になります。この操作はＰＩＣを使用すれば造作もなく、実際ＦＭＳの\interfaceフォルダーにはＰＩＣに書き込むＨＥＸファイルや回路図までもが公開されています。しかし、ちょっと問題もあります。
　１．ＦＦ９用の結線が明示されていない
　２．ＦＦ９にＰＩＣ側のソフトが対応できているのかよくわからない
　３．ソースコードがアセンブラーなので解りずらい
　４．ＰＩＣ１２Ｃ５０８は秋月電子では売っていない（但し、これについてはＰＩＣ１６Ｆ８４用の回路図が公開されているので問題ではない）
ＰＩＣの２３２Ｃ接続機能のＵＳＡＲＴを使えばソフトがシンプルになりますが、小型化には適していません。８ピンの小型ＰＩＣにはＵＳＡＲＴが付いていないからです。とりあえずソフトがシンプルになる方を優先して作ってみることにします。開発言語はｍｉｋｒｏＢＡＳＩＣです。


黒いケーブルはＧＮＤと信号線の２本しか繋がっていませんでした。従ってこのケーブルをそのまま使う限りプロポ側からは給電出来ません。ＰＩＣを２０ＭＨｚで動作させると消費電力もそれなりに大きかったはずで、２３２Ｃから給電出来るか不明です。とりあえず回路をゼロから作るのは面倒だったのでＦＦ９げのむに回路を追加して実験装置を作りました。ハードが違ってもＰＩＣのＵＳＡＲＴを使う限りソフトは全く変わりません。
後で解りましたがＦＦ９の信号は５Ｖなのでこの回路不要だということが解りました。ＦＦ９側の信号電圧がＦＦ９げのむ側の電源電圧より高い時（ＦＦ９と直結したらＰＩＣが壊れるかも？）やＦＦ９以外でも使えるようとりあえず、このトランジスターは付けておくことにします。


ＦＦ９げのむと同居するので切り替え用のジャンパーを仮付けしました。


上の方で９チャンネル出力されていると書きましたが、パルスとパルスの間隔が変わるので８チャネルでした。ＦＭＳも８チャネルの分受け取ることが出来ます。５，６，７チャネルはプロポの額の所にある３つの黒いつまみに割り当てられているようです。８チャネル目は何に割り当てられているのか解りませんでした。プロポから出ている信号とＦＭＳのチャネルの対応は一部ちょっとずれています。何ででしょ？
　プロポ側　　　　　ＦＭＳ側
　１ＣＨ　　　−＞　１ＣＨ
　２ＣＨ　　　−＞　２ＣＨ
　３ＣＨ　　　−＞　３ＣＨ
　４ＣＨ　　　−＞　４ＣＨ
　５ＣＨ　　　−＞　６ＣＨ
　６ＣＨ　　　−＞　７ＣＨ
　７ＣＨ　　　−＞　８ＣＨ
　８ＣＨ　　　−＞　５ＣＨ


設定して動かしてみました。


実験プログラムで８ＣＨのパルス幅を表示　＜−ＭＯＶＩＥ（１６進数です。単位は１／５００００００秒）

実際動かしてみて感じた問題
　１．サーボの動きの遅れのシミュレーションは無いようです（気が付かないだけ？）
　２．こだわるならプロポの個体差によるパルス幅の校正機能があった方がよい（校正ボタンをつけるかハイパーターミナルからＲＳ２３２Ｃ経由で校正のコマンドを送るか、どちらかが必要でしょう）


コネクターのピン割り当てを調べてみました。６ピンありますが、２本ある電源ピンの右はスイッチを入れなくても１０Ｖ、左はスイッチと連動しています。


コネクターのピッチは２ｍｍなので２ｍｍのヘッダーピンを入手できれば自作も出来ます。２ｍｍピッチのヘッダーピンは千石電商で入手できます。テクニカル電子株式会社のマイクロコネクターのようです。Ｅ６−１９２というのが型番です。


ＦＭＳのインターフェスマニュアルに掲載されている物よりも複雑そうに見えますが、電気工作入門者がシリアルインターフェースを使った設計をするとこんなデザインになると思います。安全確実小細工無しの正攻法の設計です。基板サイズは５０×３２ｍｍですが、シリアルポートコネクターが基板からかなり飛び出しています。少量ですがキットも配布します。たぶん価格は実費で￥２０００〜￥２５００になると思います。
仕様は...
　・電源はプロポから供給する
　・コネクターは自作してみる
　・プロポ毎の個体差の校正機能を設ける
　　（プロポは水晶で周波数を決めていると思うので、実際はこのインターフェースの個体差の校正機能といえるかもしれない）
　・書き込み機を持っている人のためのプログラム書き換え端子を付ける（．．．というよりむしろ自分のために）


ＰＩＣはパーツケースの中に１個だけあった１６Ｆ６４８Ａを使うことにします。半導体パーツケースの中は購入したものの設計途中で没になったものや、予備で購入しておいたものでいっぱいです。ほとんどが不良在庫です。たぶん３万円分くらい。感光基板が在庫切れなので、とりあえずブレッドボード上に回路を組みました。


これがほぼ最終形の基板レイアウト。少し大きくなりました、ついでにＬＥＤも１個追加。


プロポをＰＣＭモードにしても信号は出ているのですが規則性が解りません。もちろんこのアダプターはＰＰＭモードでなければ動きません。ＰＣＭモードにした状態で使用するとゴミデータを送信し続けます。


ブレッドボードでの動作確認は終了。次は基板を作ります。今回は基板メーカーに発注することにします。両面基板を発注したことはあるのですが片面基板はまだ無いので試してみたいのです。


ＯＬＩＭＥＸ規格サイズの１６０×１００ｍｍ基板からは８個取れますが、２個自分用として、残り６個を配布します。部品の価格かなりテキトーですが配布予定価格は約￥２６００。もちろん組み立てキットです。

回路図


「ＦＦ９げのむ」とほぼ同じ部品構成のため価格差が小さいので、配布企画はボツにしてしました。配布企画はＦＦ９げのむに吸収合併させます。代わりに上の四角で囲った不要な部品を無くしてシンプル版を作ることにしました。上の部品表で、濃いグレーの部分が不要になりました。

Ｐｒｅｓｓ−ｎ−Ｐｅｅｌで基板作成です。右は転写後の抜け殻シート。


転写後の状態


室温が低いのでエッチング液を暖めて使います。


ドブ漬けしてトナーを落としました。ラッカーシンナーで落ちます。これならホームセンターで安く入手できます。


シンプル版回路図


ＥＡＧＬＥの回路図＆基板レイアウト図　＜−ｚｉｐです
基板パターンビットマップ　＜−これもｚｉｐで圧縮してあります

基板出来ましたが．．．．．


裏焼きでした。


作り直しました。この状態でハンダ付け。曲がってますが、そもそもＦＦ９側のコネクターが曲がっているためです。


組み立てました．．．．が、電源電圧が８Ｖ近くあります。５Ｖになるはずなのですが？？？　データシート見たら電源ＩＣの向きが逆でした。


向きを変えてプログラムを書き込んだＰＩＣを挿して完成。ＦＭＳアダプターは安価な市販品があるようです、ほとんど儲けゼロのボランティア価格の物もあるようです。


プログラムはこんなです。言語はｍｉｋｒｏＢＡＳＩＣです。mikroBASICは入門書が出版されていないこともあり、あまり普及していませんが良いソフトです。プログラムサイズは無料版の制約内に収まる２ｋワード以下なのでプログラムが書ける人はいじってみてください。プログラム一式とＨＥＸファイルはこのリストの一番下に貼り付いています。

'-------------------------------------------------------------- 2007-01-26 -----
' FMS adapter   PIC16F648A Clock 20MHz
'-------------------------------------------------------------------------------
program FMSadapter

'---- symbol definisions ----------------------------
symbol PORT_OUTPUT    = 0
symbol PORT_INPUT     = 1

symbol WAIT           = 0
symbol READY          = 1

symbol STICK_CTR      = 0x1DD8
symbol STICK_INC      = 0x001E

symbol FF9SIG_TRIS    = TRISB
symbol FF9SIG_PORT    = PORTB
symbol FF9SIG_BIT     = 0

'---- variable definitions ---------------------------
dim word_val   as word absolute $20
dim byte_low   as byte absolute $20
dim byte_high  as byte absolute $21

dim stick1_time as word
dim stick2_time as word
dim stick3_time as word
dim stick4_time as word
dim stick5_time as word
dim stick6_time as word
dim stick7_time as word
dim stick8_time as word

dim stick1      as byte
dim stick2      as byte
dim stick3      as byte
dim stick4      as byte
dim stick5      as byte
dim stick6      as byte
dim stick7      as byte
dim stick8      as byte

dim channel     as byte
dim sendf       as byte

'===============================================================================
' calculate full storoke TMR1 -> 0x00 to oxFE
'===============================================================================
sub function calc_stroke( dim stick_tmr1 as word) as byte
    dim offset as word

    if STICK_CTR < stick_tmr1 then
        offset = (stick_tmr1 - STICK_CTR) div STICK_INC
        if offset > 0x007E then
            result = 0xFE
        else
            word_val = 0x0080 + offset
            result = byte_low
        end if
    else
        offset = (STICK_CTR - stick_tmr1) div STICK_INC
        if offset > 0x0080 then
            result = 0x00
        else
            word_val = 0x0080 - offset
            result = byte_low
        end if
    end if
end sub

'===============================================================================
' Interrupt from FF9
'===============================================================================
sub procedure interrupt
    '---- RB0 interrupt   FF9 signal rising edge
    if INTCON.INTF = 1 then
        byte_low   = TMR1L
        byte_high  = TMR1H
        TMR1H      = 0
        TMR1L      = 0
        ' if TMR1 > (25000 = 5msec)  or  TMR1 is overflow
        if (word_val > 25000) or (PIR1.TMR1IF = 1) then
            channel = 0
        else
            channel = channel + 1
            select case channel
                case 1 stick1_time = word_val
                case 2 stick2_time = word_val
                case 3 stick3_time = word_val
                case 4 stick4_time = word_val
                case 5 stick5_time = word_val
                case 6 stick6_time = word_val
                case 7 stick7_time = word_val
                case 8 stick8_time = word_val
                       sendf = READY
            end select
        end if
        PIR1.TMR1IF = 0
        INTCON.INTF = 0
    end if
end sub

'*******************************************************************************
' Program main
'*******************************************************************************
main:
    '---- port A digital INPUT-OUTPUT (comparetor off)--------
    CMCON.CM2 = 1
    CMCON.CM1 = 1
    CMCON.CM0 = 1

    '---- disable port B pull-up -------------
    OPTION_REG.NOT_RBPU = 1

    '---- FMS adapter PORT -------------------
    FF9SIG_TRIS.FF9SIG_BIT = PORT_INPUT

    '---- Initialize -------------------------
    Usart_Init(19200)   ' Initialize USART module
    Delay_ms(1000)

    '---- RB0 interrupt ----------------------
    INTCON.INTE       = 1 ' enable RB0 interrupt
    OPTION_REG.INTEDG = 1 ' interrupt on rising edge

    '---- TMR1 initialize --------------------
    INTCON.PEIE   = 1    ' Enable Peripheral interrupt
    PIE1.TMR1IE   = 1    ' Enable TMR1 interrupt
    PIR1.TMR1IF   = 0    ' Clear interrupt flag
    T1CON.T1CKPS1 = 0    ' set prescaler 1
    T1CON.T1CKPS0 = 0    ' set prescaler 1
    T1CON.TMR1CS  = 0    ' use internal clock
    T1CON.TMR1ON  = 1    ' Enable TMR1

    '---- Enable All interrupts --------------
    INTCON.GIE = 1

    sendf = WAIT
    while( TRUE )
        if sendf = READY then
            stick1 = calc_stroke( stick1_time )
            stick2 = calc_stroke( stick2_time )
            stick3 = calc_stroke( stick3_time )
            stick4 = calc_stroke( stick4_time )
            stick5 = calc_stroke( stick5_time )
            stick6 = calc_stroke( stick6_time )
            stick7 = calc_stroke( stick7_time )
            stick8 = calc_stroke( stick8_time )

            Usart_Write( 0xFF )
            Usart_Write( stick1 )
            Usart_Write( stick2 )
            Usart_Write( stick3 )
            Usart_Write( stick4 )
            Usart_Write( stick5 )
            Usart_Write( stick6 )
            Usart_Write( stick7 )
            Usart_Write( stick8 )

            sendf = WAIT
        end if
    wend
end.

'----- E N D   O F   P R O G R A M ---------------------------------------------

プログラム一式　＜−ＨＥＸファイルはこの中に入っています