HOI-LINKのELRS版

先日JDL宮崎の会場で「HOI-LINKのELRS版ってできないの?」と聞かれました。

今までのHOI-LINKS-BUS信号をUSBに変換してPCに送っているので主にフタバ系のプロポシステムが対象になっています。
一方ELRSというのはこちらで開発されているラジコン電波のプロトコルで、昨年あたりからドローンレース界隈でちょっとしたブームになっているのです。

私は今までELRSを扱える機材を持っていなかったのですが、そう言われるとやってみたくなるのが人情というもの。。。

システムは大体この図の様な感じになるので、試すには最低でも送信モジュール、受信モジュールは購入する必要がありますね。あと送信機本体はどうかな?

送信、受信のどちらのモジュールもCRSFプロトコル(ハードウェア的にはUART)で接続するので、このCRSFプロトコルを知るのがキモとなりそうです。

送信機本体でよく使われているのはファームウェアがOPEN-TXのものですが、ウチにはありません。さすがにこのために送信機まで購入するのはちょっとですね。。。
で、色々調べていくとどうやらJumperのT8SGが使えそうという事が分かってきました。
というのも送信機と送信モジュールの間はCRSFプロトコルというシリアル通信で接続します。で、T8SGにもCRSFプロトコルを選択できるのです。
ならばT8SGにCRSFプロトコルを出力させてみましょう。信号をオシロスコープで見ると、420Kbpsのそれっぽい信号が出ています。

420Kbpsも速いしデータの繰返し周期が約2mSなのも速いですねー。

なんか、イケそうですね。
ならば送受信モジュールだけ購入して実験してみましょう。

という事で発注しました。・・・そして到着したのは盆休みの最終日。もう少し前に届くと着手しやすかったんですけど、仕方ないですね。

購入した送信モジュールはBETAFPV”ELRS NANO TX”。このモジュールは技適が取れているので、日本では殆どの人がこれを使っています。
そして受信モジュールもBETAFPV”ELRS Lite RX”。この受信モジュールはメチャクチャ小さいですね。

これで材料が揃ったので、まずは普通に使えるかというところから。
こちらのページを参考にしながら試していきます。

まず最初にELRSモジュールは諸々の設定をするためにPCと接続する必要があります。送信モジュールとはUSB Type-Cで接続できるので簡単です。受信モジュールはUARTで接続しますが、フライトコントローラー経由でもBetaflightがうまくやってくれる様です(なのでFC経由でやりました)。

そして今回設定したのはこの内容。まずは送信モジュール・・・

そして受信モジュール・・・

各モジュールの設定ができたので接続します。まず送信側・・・

なおT8SGとNANO-TXの間はこの様に配線しました。

そして受信モジュールをFCと接続(実際にはファームを設定したときに接続した)・・・

FCの右についているのがERLS受信モジュール。
なお上についている基板は別の実験用なので関係ないです。

受信モジュールはTX/RX両方の信号を接続する必要があります。(テレメトリを使わなければRX側は繋がなくても良さそうに思えますが、たぶんファームの書換えにも使うのやっぱり繋いでおきます)。

ところで送信機←→送信モジュールの間、および受信機←→FCの間、両方共CRSFプロトコルで接続するという事になっているのですが、送信機側の接続はシリアル信号線は1本、受信機側は2本となっています。
たぶん送信機側は半二重、受信機側は全二重なのかと思いますが、名称的には区別ないんですかね?

そして送信機の電源を入れ、FCをPCに接続してBetaflightConfiguratorの”受信機”ページで確認すると、あっさり接続できていました。

T8SGで問題なくELRSできる様ですね。

・・・でもここまでは準備段階。ここからELRS(というかCRSFプロトコル)に踏み込んでいきます。

JDL2022R4 宮崎戦に参加

今年も行ってきました。JDL2022 Round4。宮崎での開催です。

JDL(ジャパン・ドローン・リーグ)は年間7戦のレースが開催され、各レースのポイント合計で年間の成績が決まるという仕組みです。この7戦は九州から北海道まで日本の各地で開催され、第4戦は宮崎開催なのです。
九州ではここだけなので、毎年1度だけ宮崎戦に参加しています。

機体

今回使った機体は昨年とほぼ同じ。ベースは息子の「お古」であるEachin製激安レース機Tyro99をベースに色々いじくった物です。

他に予備機(こちらも「お古」)も持って行ったけど
今回壊さなかったので、この1台で済みました。


また当然ながらフライトコントローラー(以下FCと略す)はHOIHOI-FC Rev2を載せています。
昨年はこのFCがマトモに動作するかドキドキでしたが、もうそこまでの心配はなくなりました。また、前回投稿した様に予備FCも準備しています。

先日作成したF722搭載のFC。
まだ実績が少ないので予備とします。

でもまぁ、いい加減な機体ですよね。ウラから見るとベニヤ板を使っていたり。。。
JDLの中の人、A2Cさんにも心配してもらって色々とアドバイスして頂きました。(昨年はプロペラを逆につけて練習フライトを飛べなかったり、今回の練習フライトでもVTXのアンテナコネクタが抜けて映像が極端に弱かったり、 色々とやらかしてますからねー。 )
こんな感じでドローンレースは初心者には優しいのです。

そして第一日目・・練習日

第一日目は練習日で5回の練習フライトが出来ました。練習フライトは予選と同じ形式なので90秒間に何周飛べるかを競います。90秒を過ぎて次に計測ゲートを追加した時の周回数が記録となるのです(同じ周回数の人同士ではタイムが早い方が上位となります)。
私が参加するオープンクラスは一番初心者向けのクラスですが上位の人は5周回ります。私は5回の練習フライトの内、ベストが3周でした。
本番では4周行きたいですねー。


いよいよ第二日目・・本番

予選は2回のフライトを行い良い方の記録が採用されます。
まず一回目スタート・・・しかし直後にゴーグルがずれてきて画像が見づらくなってきました。両手は送信機を操作しているのでゴーグルを修正する事はできません。しかしどんどん酷くなってくるので2周目の直線で速度を緩めてゴーグルを修正し、その後は良く見える様になったのですが、結局3周でゴールです。次からはゴーグルのベルトをもっときつく調整しておきます。

そして予選二回目スタート。 今回はゴーグルもずり落ちてはこないし、予選落ちすればこのフライトで終りなので後の事は考えずに速度を上げます。するとまあそれなりに飛べていますね。
という事で4周でゴール!一応本日の目標は達成です。

レースの結果

あとは結果発表待ち。この間に予選1回目の結果を見ると18人中10位でした。9位までに入れば予選突破なのであと一つ。
予選1回目は3周飛んで10位だったので、4周飛べた2回目では順位が一つ上がれば予選通過できるはず(無謀にも期待してしまうのでした)。
で、結果が発表されると結局は予選落ち。・・・順位的には10位のままで、やっぱり皆さん2回目はタイムが上がってるんですね。

あと一つで予選通過と考えると惜しいのですが、タイムを見ると9位の人との差は約7秒もあり、これから考えるとそんなに惜しくもないです。
もっと精進するしかありません。

そして・・・

という事で天候にも恵まれ、適度に風が吹いたので暑さもそこまで厳しくもなく、年に一度のお祭りが終了しました。
また色々な人と話していると新たに作りたいものが次々と出てきて、そちらの面でも収穫がありました。

会場の「こどものくに」はすぐ横が遠浅のビーチです。浜に出てみると泳いでいるレース参加者もいました。

いいとこですねー。

BETAFLIGHT CLI設定の覚え書き

BetaFlightのCLI設定で、たまにしか使わないコマンドをすぐに忘れるのでメモ。

バッテリー電圧低下補正の設定。

# set vbat_sag_compensation = 80

補足:
出だしに比べてバッテリー電圧が下がってくると感触が変わってくる。そこで出だしのパワーを抑える事で最初から電圧が下がった時と同じ感触で飛べる様にする(なので出だしのフルパワーは下がる)。


SmartAudioのVer2.1の時にVTXに設定できるパワーを尋ねる。

# vtx_info

RUSH TINY TANKの例

# vtx_info
level 14 dBm, power 25 mW
level 20 dBm, power 100 mW
level 23 dBm, power 200 mW
level 25 dBm, power 300 mW

補足:
VTXテーブルの設定ページでは、そのVTXが使えるパワーの選択肢も設定するが、SmartAudioのVer2.0まではVTXが何mW出せるかはメーカーのドキュメントを見るしかなかった。
Ver2.1からはこのコマンドでVTXに問い合わせる事ができる。なおVer2.1からはdBm指定になっている。

フライトコントローラーを自作してみる。~その18~ またまたF7

久々のFC自作ネタですが、内容は前回とほぼ同じ。
壊れたFCを大量に貰ってきたので、ここからSTM32のF7マイコンを外して自作基板に載せるのです。
未だにSTM32マイコンは入手困難なので壊れたFCを頂けると非常に助かります。

ESCまで含まれていますがこっちの自作は難易度高く、今の所FCだけ。

こうしてみると見るからに壊れている基板からパッと見では何ともなさそうなモノまで色々あります。正常っぽいのはもしかして直るかもという期待もあるので今回は明らかに壊れていそうな中から2枚を選び、マイコンを外して新しいFCを2個作ろうと思います。

では取り外しから。ヒートガンで温めると・・・

隣の発振子も一緒に外れました。

もう一個も外しましょう。今度はレギュレーターらしきICも一緒に外れました。

次に新しい基板にハンダペーストを塗って部品を載せます。前回までは古くなったハンダペーストにアルコールをスプレーして無理やり使っていましたが今回は新しいハンダペーストを使う事にします。

そしてリフロー

なんかいっぱいブリッジしています。

でも裏面に進み、またリフロー。

裏面は結構うまくできました。

問題は表面のブリッジ。 基板から外した時にリードが曲がり、これを完全に直していなかったのでバラバラです。
実装前にもっと完璧に直しておくべきでしたね。
もう半田ゴテでやるしかありません。汗かきながらなんとか修正しました。

またSHコネクタが思いっきりずれているのを発見。
リフロー前に手でも当たったのな?こちらも修正。


なおこの部分、F4の頃はSBUS信号を入れる為に反転回路を通す必要があったのでXOR用ICを載せる設計にしていましたが、前回F7だと反転不要である事が判ったのでXORは載せずに直結しています。

ところで私のレベルでは実装をミスる事が結構あるので実機に載せてテストするまで安心できません。という事で実装テスト。

一番良く実装をミスるのがジャイロセンサーのMPU6000ですが、今回新品のハンダペーストが効いたのか一発で動作しました。

しかし片方の基板はバッテリーから電源を供給するとDCDCコンバータ付近からジーという音がします。このDCDCはバッテリー電圧から5Vを作り出しますが、5V波形をオシロで見てもガタガタです。
DCDC周りの配線を見まわしても原因らしきものが見当たらないし、以前「MP1584EN その3」の時にハズレICを引いているので今回もMP1584ENを外してみました。外観は異常ない様ですが、別の個体を取り付けてみると正常になったので、やっぱりハズレICを引いたんですかね(もう一度このICに戻せばハッキリするんですがやる気が起きません)。’’

前回のハズレ品は裏面パッドが無かったけど今回はちゃんとついています。

今のところ10個買った内の2個がハズレなのは確率高すぎですね。やっぱりパチもんだったのかなぁ。まだ半導体不足になる前とはいえ10個で218円だったしなぁ。

ところでこの部分、VTX用の5V電源をチップコンデンサの根本から取っています。

回路図ではこの部分で・・・

ここから5Vを取ればUSBから電源供給する時にはVTXを動作させなくできます。
もし通常の5V端子からVTX電源を取ると、レースや大勢で飛ばすとき、PCと接続してレートを変更するだけでも電波が出てしまうと色々と不都合があるのです。
次に基板を設計する際はこのためのパッドを設けておこうと思います。

そんなこんなでFC2枚完成です。

実は今年も7月23,24日のJDL宮崎戦に参加する予定なので予備基板を作っておきたかったのです。機体に積んでいるFCは去年作ったF4搭載の物なので今回作ったF7の方が高性能ですが、レースまでに飛ばす機会がないので実績のある方を積んでいきます。
去年は自作FCで参戦する事が目標な感じでしたが、今回は人並みのタイムで飛ばし、できれば(オープンクラスですけど)予選を通過したいと思います。

小モス、U99に軽量化

今年6月から航空法が改正になるので100グラム以上のラジコン機は機体登録が必要になります。
この機体登録って6月以降に新規登録するとリモートIDという機器(でもまだ実物が世に出ていないっぽい)を積む必要がありますが、今の内に登録すれば3年間は免除なのです。 これには色々と言いたい事もありますが、体制をひっくり返せる様なエネルギーもなく、まずは所有する機体を順次機体登録しているところです。

大モス

で、下の写真の機体、ムサシノ模型のモスキート・モスを電動に改造したモノで私が初めて飛ばした機体なのですが、熊本地震の時に翼が壊れたままになっていました(本棚の上に乗せていたら揺れた拍子に本棚の裏側に落ち込んでプレスされたのです)。
なのでもう登録はしなくていいかと思っていたのですがそれも悲しいので応急修理して登録しました。

ムサシノ模型製キットを電動化したモスキート・モス。
ウチでは「大モス」と呼んでいる。

小モス

そして次の写真の機体。これはバルサとスチレンペーパーで作った1/2サイズのモスキート・モスですが、コイツが120gなのです。
これもこのままだと機体登録が必要なんですね。100gという制限はちょっと厳しすぎるなぁ。

スチレンで作った1/2サイズ。
「小モス」と呼ぶ。

これはできれば登録せずに済ませたいです。という事でU99(アンダー99グラム)を目指して軽量化してみました。
変更したのは次の点・・・

・モーターを2205→1105に変更。
・バッテリーを380mAhの2セルパック→Tiny用300mAhx2本に変更。
・サーボを4gタイプ→1.xグラム(公称値わすれた)品に変更。
・受信機をPWM出力→SBUS出力+PWM変換基板に変更。
・サーボコネクタを使わず直結。

その結果が次の写真で98gです。脚を除けば93gに収まります。

はかりに載せてみると・・・
98グラム!

飛ばしてみる・・・

機体サイズに対してパワー不足は感じません。でもやっぱり風には弱いですね。今までも弱かったけど軽量化するともっと弱くなった気がします・・・まあ98gじゃ仕方ないか。

各部の写真・・・

モーター。ペラはこれしかなかったので4inchの折ペラ。
ちょっと径が大きすぎる気がする。
いつだったかMakerFaireTokyoで買ったサーボ。

SBUS→PWM変換基板でサーボに接続。
変換基板はこの時作ったモノ(基板は再設計)。
サーボコネクタは使わず直結。
TinyWhoop用バッテリ2本を挿す為PHコネクタに変更。

最後に、今まで使っていて取り外した部品。

モーター、サーボが enRouteブランド だったりする 。
(ホビー用パーツを売っていた頃の)

これで今後も気兼ねなく飛ばせます。

ESC DR-20Aのファーム書換え

以前購入した激安ESC DR-20Aのファームを書き換えてみました。

まず最初に現状がどうなっているかを見ます。
FCのモーター端子2~3に接続してBLHeliSuiteで・・・
ん?現状のファームウェアはErased or unknownとなっていますね。一応パッケージにはBLHeliと書いてあるんですけど・・・
これだとどのファームを書けば良いのかわかりません。

ならばESCの基板を眺めまわします。
ラベルを剥がすと・・・

表側
裏側

この写真を基にBLHeliがサポートするボード一覧のページ(どこだったか忘れた)と比べるとソックリのボードが載っていました。そこにはDYS SN20Aというファームを使えと書いてあります。

追記:本家ページのこの資料を見てました。33ページのところ。
 ↓  ↓
https://github.com/bitdump/BLHeli/blob/master/Atmel/BLHeli%20supported%20Atmel%20ESCs.pdf

ではDYS SN20Aを書き込んでみます・・・が、DYS SN20Aにも3つありますね。
とりあえず DYS_SN20A _MAINを選んだらメモリー不足っぽいエラーがでました。そこで DYS_SN20A _ MULTIを試すと書き込み成功。

追記:MAINはヘリコプターのメインローター用、TAILはテールローター用、MULTIはマルチコプター用との事です。
 ↓  ↓
https://github.com/bitdump/BLHeli/blob/master/Atmel/BLHeli%20manual%20Atmel%20Rev14.x.pdf


書込みが成功するとこんな画面となります。


モーターを繋いで回してみると動作も正常だったので3個とも書き込みました。

これで謎バージョンだったファームを最新に上げる事が出来ました。

ところで、なぜバージョンを上げたかったのかというと、回転方向をBIDIRECTIONに設定したかったから(謎バージョンにはこの選択がないのです)。こうするとスティックの中点をモーター停止、上を正転、下を逆転にできるのです。息子はこれで水中ドローンを作ろうとしています。

DSHOT信号を作ってみる。その2

前のを壊しまったので新たに発注していたNucleoボードが届きました。
実験を再開してモーターを逆転させてみようと思います。

左が新たに届いたNucleoボード。
右は壊したやつ。

前回「値として0~47のどれかを送ると逆転するはず」という様な事を書きましたが、結局何番なん?というと、やはり資料が見当たらないのでbetaflightのソースを眺める事にします。

探し当てたのはこれ。ソースツリーを~/Gitに置いたとして次の場所にあるファイルを見ると・・・
~/Git/betaflight/src/main/drivers/dshot_command.h

・・・こういう記述がありました。

 typedef enum {
DSHOT_CMDtypedef enum {
DSHOT_CMD_MOTOR_STOP = 0,
DSHOT_CMD_BEACON1,
DSHOT_CMD_BEACON2,
DSHOT_CMD_BEACON3,
DSHOT_CMD_BEACON4,
DSHOT_CMD_BEACON5,
DSHOT_CMD_ESC_INFO, // V2 includes settings
DSHOT_CMD_SPIN_DIRECTION_1,
DSHOT_CMD_SPIN_DIRECTION_2,
DSHOT_CMD_3D_MODE_OFF,
DSHOT_CMD_3D_MODE_ON,
DSHOT_CMD_SETTINGS_REQUEST, // Currently not implemented
DSHOT_CMD_SAVE_SETTINGS,
DSHOT_CMD_SPIN_DIRECTION_NORMAL = 20,
DSHOT_CMD_SPIN_DIRECTION_REVERSED = 21,
DSHOT_CMD_LED0_ON, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED1_ON, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED2_ON, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED3_ON, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED0_OFF, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED1_OFF, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED2_OFF, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_LED3_OFF, // BLHeli32 only
DSHOT_CMD_AUDIO_STREAM_MODE_ON_OFF = 30, // KISS audio Stream mode on/Off
DSHOT_CMD_SILENT_MODE_ON_OFF = 31, // KISS silent Mode on/Off
DSHOT_CMD_MAX = 47
} dshotCommands_e;

enamを使ってコマンド毎の番号を定義しています。注目したのは20番と21番。
20だと正転、21だと逆転する様に見えます。更にソースを眺めると、コマンドを送る時は10回繰り返して送っており、それ以降は指定された回転方向になりそうな雰囲気です。10回送るのは少しくらい伝送エラーが出ても確実に伝える様にだと思います。

そこでNucleoボードのGPIOにボタンを2個追加し、これらを押すと回転数信号の代わりに20と21の値を出す様にプログラムを変更しました。

そしてESCとモーターを接続し、逆転ボタンを押した後に回転させると・・・何も起らず同じ方向に回っています。
何か違うのかなー。

上記リストを見ているとDSHOT_CMD_BEACON1というコマンドもあります。これはたぶんモーターを機体発見ブザー代りに鳴らす時のアレみたいですね。
betaflightからはブザーの音色を5種類から選べるのに対し、上記コマンドもBEACON1~5まであるので間違いないでしょう。値として1番~5番を送ってやればモーターから音が鳴りそうです。
そこでさっき取り付けた2個のボタンを押せば1や2を送る様にプログラムを変更しました。
そして試すと・・・やっぱり鳴りません。

うーん。
betaflightのソースをもっと細かく見ていけば解るんでしょうけど結構大変ですよね。

そこでFCから出てくる信号をオシロスコープで見ながら機体発見ブザーを鳴らしてみます。反転信号だと一瞬なので波形を捕まえ難いですがブザーだと繰り返し発生するので捕まえやすいのです。そして以下の事が判りました。

まず今までDSHOTで送る16bitのデータはこう思っていました。
値とCRCの間の1bit(右のLSB側から5番目なので以後「5bit目」と呼びます)は通常は0でテレメトリを要求するとき(RPMフィルタで回転数を取り出す場合等)に1にする。・・・と色々なサイトに書いてあります・・・

Hパルス幅が長いと1、短いと0を表します。

しかし実際にFCが出しているブザーコマンドを見ると1になっていました・・・

どうやら制御コマンドを送る時は5bit目を1にする様です。
ならばNucleoボードでもこの通りの波形を作ってみると・・・
鳴りますねぇ。
そして予想通りBEACON1 と2で音程が変わります。
また普段機体発見ブザーを鳴らすとピッ、ピッと断続的に鳴るのは FCから断続的にコマンドをON/OFFしている訳では なく、ボタンを押し続ければESC側で断続させてくれる様ですね。
試した様子を動画で・・・

では同様に逆転コマンドの20番、21番も5bit目=1でやってみます。
これもちゃんと逆転しますねー。
逆転に設定しておき電源を入れ直すと正転に戻ります(もしかするとどっかに覚えてるんじゃないかと思ったけど、そんな事ないですね)。
これも動画で・・・

という事でコマンドを送る時は右から5bit目を1にするのが正しい様です。という事はテレメトリの場合はどうなんでしょう?一つ判っているのはFCでRPMフィルターをONにするとDSHOT信号のH/Lが逆転している様です。
って事はテレメトリは5bit目ではなくH/Lの極性で決まるのかな・・・
あと回転数の値は48~2047だと思っていますが、コマンドである事が5it目で決まるのなら回転値は47以下を使っても良さそうな気がします。

BetaflightでRPMフィルターONの波形

このあたりはもうちょっと調べる必要がありそうですね。

DSHOT信号を作ってみる。

先日自作フライトコントローラーでRPMフィルターをいじった時DSHOT関係でハマって以来、気になっていました。
何でも理解を深める為には作ってみるのが一番、という事でSTM32マイコンボードでDSHOT信号を作ってモーターを回してみます。

DSHOT とはフライトコントローラーからESCに伝える信号のプロトコルで、 これによりモーターの回転量をESCに伝えます。
同種のプロトコルには色々(PWM,ONESHOT,MULTISHOT等)ありますが、恐らく現在のドローンレースで一番使われているのがDSHOTなのです。

DSHOT の概要については以前NONSAYAさんが紹介されています。
これを読んで大体のところは理解できましたが、実際に信号を作るためにはもう少し詳細な情報が必要です。で、色々探したけれど全体を通した仕様というか、本家のサイトの仕様書みたいなのが見つからないのです。

それでもこの辺りのサイトが参考になりました・・・

DSHOT概略

詳しい内容は上記サイトを読んで頂くとして、ここではサラッと概略を書きます。
まずDSHOT波形の例・・・

  • まず16発のHパルスを1セットとし、少しの時間を置いてこれを繰り返します。PWMっぽくも見えますが一発ずつパルス幅が長かったり短かったりします。
  • Hパルスの幅が短い場合が0、長い場合は1を示し、これにより16ビットのデータを表します。
  • 左から11bit分がスロットル量を表します(左がMSB)。この11bitの値は48から2047迄なので2000個の値を表せます。なお0~47は特別な意味を持ち、例えば0だとディスアームです(それ以外の値は資料が見当たりませんが、モーター逆転等が含まれる様です)。
  • 12bit目は基本は0ですが、ここを1にするとテレメトリ要求の意味となり、16発のパルスを送り終えた後に今度はESC側から信号を送ってきます。RPMフィルターではこの機能を使って回転数を読み出している様ですが今回の実験ではそこまでの域には達しておらず、一方的に回転数を伝えるのみです。
  • 13bit目から16bit目の4bitはこれまでの12bitデータに対するCRC値で、次の式で算出しています。CRC=(DATA ^ (DATA >> 4) ^ (DATA >> 8)) & 0xf
  • これまで一言でDSHOTと言ってきましたが実際にはDSHOT150、
    DSHOT300、 DSHOT600、 DSHOT1200等、速度に応じた名前がついています。150とか300とかの数字は1bitを表すパルス幅が150Kbpsとか300Kbpsという意味みたいです。なのでDSHOT300での1bit分のパルス間隔は1/300Kbps=3.33μSとなります。
  • DSHOT300の場合、パルス間隔は上記の通り3.33μSで、L(を表す短いパルス幅)は1.25μS、H(を表す長いパルス幅)は2.5μSです。

マイコンボードSTM32 Nucleo-F411RE

マイコンボードにはNucleo-F411REを使用します。このボード、フライトコントローラの実験で使ったときに3.3Vのレギュレータを壊してしまい、それ以来外付けレギュレータで無理やり動かしています。

ピロッと付いているのが3.3Vレギュレータ。

開発環境

開発環境にはSTマイクロエレクトロニクス社純正のCubeIDEを使用します。
これにはCubeMXというコード生成ツールが付属していて、周辺機能の初期化をGUIで設定できるので便利です(でもドキュメントが分かりにくい気がする)。

構想

DSHOTの信号をどうやって作りだしましょう?DSHOT150でも6.66μS毎に異なる幅のパルスを生成する必要があります。手持ちのESCがなぜかDSHOT150では動作しないのでDSHOT300を使うとなると3.33μS周期という結構な速さで更新が必要です。
タイマーをPWMモードで使うのがやり易そうですが、1パルス毎に幅を変える必要があるのでDMAを使って都度書き換えてみます。
これにはあらかじめRAM上のバッファにパルス数分のデータを格納しておき、1パルス毎にDMAコントローラーが (パルス幅を決める) CCRレジスタに転送していくのです。図にするとざっとこんな感じ。

作る・・・

実際にはRAM上のバッファはデータの16個分に加えて空白期間34個分の合計50個分を用意し、後半の34個分は常に値を0にしています。
以上の動作は一旦タイマやDMAコントローラーを設定すればCPUとは係りなく動き続けます。
なおRAM上のバッファはDMAが呼び出す割り込み処理ルーチン内で書き換える事にします。DMAの割込みはバッファの内容を半分出力した時点で呼ぶ事もできるので、これを用いて空白期間の間にデータを書き換えています。

そしてメインプログラム側ではDSHOTに出力する値を決めます。
今回はスイッチと可変抵抗を1個ずつ使い、スイッチはアーミング、可変抵抗は回転数を決める事にします。なのでGPIO一つとA/D入力一つが必要ですが、これもCubeMXの機能で簡単に設定できます(設定後の使い方がドキュメント見てもわかりずらいのですが)。

メインルーチンは初期化後無限ループに入ります。このループ内で可変抵抗の値を取るためAD変換を実施し、ESCに送る16bitのデータを作ります。
これをRAM上の仮バッファに置くところまでがメインルーチンの処理です。
そして仮バッファの値をDMAバッファに転送するのがDMA転送が半分終了した時点で呼び出す割り込みコールバックルーチンで行います。わざわざバッファを2段階にしているのはDMA転送中にバッファを書き換えてしまう事を防ぐためです。

詳細はソースを参照ください。
これ→DSHOT_MX.zip
プロジェクトディレクトリ丸ごとなので他のプロジェクトと同列の場所に置いて下図のメニューで開けると思います(試した限り大丈夫でしたがIDEのバージョンが違うとエラーとか出るかもしれません)。

動かしてみる

ESCに繋いでモーターを回してみたところを動画で・・・

そして・・・

あとモーターを反転させるのを試したいのですが、このあたりの情報が見つかりません。Betaflightのソースを解読すべきなのでしょうか?

Velocidroneのキーボードショートカット

Velocidroneで練習していて何かチョコッと設定を変えたいとき、キーボードショートカットを利用します。
どのキーが何の役割を果たすかはキーボード型のアイコンを押すと表示されます。
でもその都度開けて確かめるのも面倒ですよね(全部覚える記憶力があれば問題ないんですが)。
また私はウィンドウ小さめで使うので文字も小さくって読みづらいのです。

ならばとVelociのサイトからマニュアルをダウンロードしたけど、内容が古くて載っていない項目が多数あります。

という事で画面に表示されるショートカット一覧をテキストファイルに書き写してみました。

これ→VelociShortCut_G.txt

これを画面の隅に表示するかプリントアウトしておけばいつでもサッと設定できます。

※一応良く見直しましたが入力間違いがあるかもしれません。
※SとPは何故か全く同じことが書いてあります。
 (でも試した限りではPは何も起らないように見えます)
※2021年8月初旬に大きなアップデートがあった後のバージョンを
 基にしました。(Velociの正式なバージョン番号を見る方法が分からない)
※ トラックエディターのショートカット表は作っていません(あると便利そうですが)
※FireWeaponとかあるんですね。

フライトコントローラーを自作してみる。~その17~ F7マイコンを載せる。

自作フライトコントローラーにはSTM32F411というマイコンを搭載していました。これは普通に飛ぶには十分な性能ですが、RPMフィルター等という負荷の高い処理には計算周期を下げる必要があるのです。そこでもっと早いマイコンを試したかったのですが、恐らく昨今の半導体不足のせいで納期が未定だったり発注してもキャンセルされたりして入手できていなかったのです。

そこに救世主が現れました。

宮崎ドローンクラブにお邪魔して練習させていただいたとき、基板のパターンがはがれて使えなくなったフライトコントローラーを頂いてきたのです。
これにはSTM32F722RET6という、まさに欲しかったヤツが載っています。

という事で、この基板からマイコンだけ取外しHOIHOI-FCに載せてみました。
今回も色々発見があったので忘れない内にこのブログに書いておきます。

まず頂いた基板をヒートガンで温めてマイコンを外しました。

そしてHOIHOI-FC Rev2基板に搭載します。

組み立て後の一発目、安定化電源から5Vを供給して電流を測ると180mAも流れていました。 F411搭載基板では70mA程度なので、 これはどこかミスったと思いショートした箇所を探したのですが、それらしき所は見当たりません。

そこで恐る恐るUSBケーブルでPCとつないでみたところ、あっさりとDFUモードに入りファームを書き込む事が出来ました(F722用ファームは前にビルドしておいたのです)。
もしかするとOSDデバイスに大電流が流れているのかという事も考えたのですが、カメラとVTXを繋ぐとこちらも正常動作しています。
またESCと接続してモーターを回しても正常です。
暫く通電していると結構温まりますがF7だとこれくらい流れるのでしょうか?データーシートには最大300mA流れる様な事が書いてあるので今の所これで正常だろうと思っています。

という事で、とりえあずはあっさり動作したかと思ったのですが、そう簡単にはいきませんでした。

受信機からSBUS信号を入れても受け付けてくれないのです。

このFCでは下図の回路でUART6RX端子にSBUS信号を入れています。

SBUS信号は通常のUARTとは極性が逆なので間にXORを入れて反転し、将来通常のUARTデバイスを接続したくなった場合はJP3をショートさせる事で正極性に戻せる様にしているのです。
今回SBUS信号を何故か受付けず、色々試してもダメなので 反転回路を外部のブレッドボードに載せてUART2から入れてみたけど、これでもダメでした。

こりゃファームの設定が間違っているのかと見直してもそれらしい箇所が見当たりません。

で、色々試している内に突然動作したのです。
改めて回路を見直すと、誤って外部で反転させた信号をまたXORで反転させていました。
・・・という事は反転しなくても良かったの?
そこでXORのジャンパーJP3をショートさせると正常に動作する様になりました。またUART2に直接(反転なしで)入力しても動作します。

F4の時は反転必須だったのにF7だと不要になった・・・?
F7のデーターシートでUARTの機能を確かめると次の文言があります。

「Separate signal polarity control for transmission and reception」

極性を個別に設定できる?(って事は個別じゃなければ今までもできたんか?)
詳しい事は解りませんがマイコン自体に極性を反転する機能が付いたのでBetaflightがこの機能を使って上手くやってくれるみたいですね。
という事はF4の時みたいにSBUS信号は反転回路がついたUART端子に接続しなければならないという制約はなくなり、F7なら受信機をどのUART端子にでも接続できるのだと思います。これは便利になりましたね。
今回はXORの片方の入力をLに落として対処しましたが次からはXORの搭載自体を止めて直結しようと思います。

という事でF7で一通りの機能が動作したので息子が持っていた適当な機体に載せてみました。
飛ばしてみると上手く飛んでいる様です。

RPMフィルターでハマる。

次にせっかくのF7なのでRPMフィルターをオンにすると・・・
フリップした時に変な挙動をしました。何だか急に思った以上のレートで回転した様です(さっきから「様です」と言うのはこの辺りのテストパイロットは息子に任せているのです。自分じゃフリップとかできないので。)。
もう一度RPMフィルターOFFに戻すと正常。またONにすると異常。
明らかにRPMフィルターが絡んでいます。

なんか、波形的な問題か?
そこで写真の様な中継基板を作ってFCとESCの間に割り込ませ、オシロのプローブを当ててみます。

で、波形はこれ。。。

モーター2 のDSHOT600 双方向ONの波形

ちょっとオーバーシュートはあるけど鈍ったりはしてなさそうですけどねー。
気になって市販のFCを眺めると、STM32の出力とモーター信号の間に100Ωの抵抗が載っていました。たぶんオーバーシュートを抑えるダンピング抵抗ですかね。または双方向Dshotで万一信号がぶつかった時の保護?

市販FCはこうなっていました。HOIHOI-FCには抵抗はなく直結です。

これが無いとだめなのかな?そこで先程の中継基板に100Ωを割り込ませてみましたが・・・効果はありませんでした。

ここであと一つ心当たりが・・・RPMフィルターをONにして動作を確認したとき、BetaflightConfiguratorのモータータブを使ってモーターを回転させ、回転数が取れている事を確認しますが、この時モーター2だけエラーレートが0.6%前後となっていたのです。

赤線部分が回転数取得のエラーレート。

BetraflightのWikiによれば1%程度までに抑える様にと書かれています。0.6%なので良さそうにも思えますが、過去に幾つかの市販FCで試した時は0%しか見たことはなく、今回の動作異常と関係しているかどうかは分かりませんがちょっと気になります。

この原因、色々試した結果 ファームをビルドする際のコンフィグファイルtarget.hに以下の記述があるとダメでこれをコメントアウトするとエラーは消えました。

#define DSHOT_BITBANG_DEFAULT   DSHOT_BITBANG_OFF

この記述はCLIで設定を見たときの’DSHOT_BITBANG’に相当します。
‘DSHOT_BITBANG’ はON|OFF|AUTOのいずれかを選択する内、上記行が記述してある場合はOFF、上記行を削除するとAUTOになる様です。
そして回転数取得のエラーはOFFだと発生し、AUTOまたはONだと発生しませんでした。

この辺り、BetaflightWikiにはOFFにしろと書いてある様に見えるので(英語ですが、たぶんそういう意味だと思います。汗。)、試した現象とは逆なのです。
どなたか真相が分かりますか?(そもそも DSHOTでのBITBANGとは何を意味するのでしょう?)。

何はともあれ市販のFCを見てもAUTOになっているし、HOIHOI-FCもAUTOで様子を見る事にします。

そして回転数取得エラーが無い状態で飛行させると「変な挙動」は無くなりました。やっぱり回転数エラーと同じ原因だったみたいですね。
以上で当面の使用には問題はなくなりました。

でもあと一つ気になっている事があります。

HOIHOI-FCはモーター8個まで制御できる端子を設けており、いずれオクタコプター(モーター8個の機体です)を作るという野望があるのです。
ここでCLIモードでDUMPコマンドを使って設定を見るとDMA周りが次の様になっていてB09端子にDMAが割り付けられていません。

 dma pin B04 0
pin B04: DMA1 Stream 4 Channel 5
dma pin B05 0
pin B05: DMA1 Stream 5 Channel 5
dma pin B06 0
pin B06: DMA1 Stream 0 Channel 2
dma pin B07 0
pin B07: DMA1 Stream 3 Channel 2
dma pin B08 0
pin B08: DMA1 Stream 7 Channel 2
dma pin B09 NONE
dma pin A00 0
pin A00: DMA1 Stream 5 Channel 3
dma pin A01 0
pin A01: DMA1 Stream 6 Channel 3

なおDMAというのはDirectMemoryAccessの略で、CPUを介さずメモリーと周辺レジスタとの間でデーター転送を行う機能です。その間CPUは別の仕事ができるので負荷が下がるのですが、具体的にDSHOTの制御として何をしているのかは分かりません。
これでも全端子ESCに繋いで回せる事は確認済みなのですが・・・。
でも一つだけDMAを使えないというのは気持ち悪いですよね。 もしかするとこれもRPMフィルターで影響を受けるのかも。

で、B09端子というのはモーター6に割り付けています。これはファームのコンフィグファイルtarget.cの中で下記(ここではPB9と表現)の様に指定しています。
そしてこのモーター端子はタイマー4のCH4を使用しています。

 DEF_TIM(TIM3, CH1, PB4 ,  TIM_USE_MOTOR,  0, 0), // MOT1
DEF_TIM(TIM3, CH2, PB5 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT2
DEF_TIM(TIM4, CH1, PB6 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT3
DEF_TIM(TIM4, CH2, PB7 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT4
DEF_TIM(TIM4, CH3, PB8 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT5
DEF_TIM(TIM4, CH4, PB9 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT6
DEF_TIM(TIM2, CH1, PA0 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT7
DEF_TIM(TIM2, CH2, PA1 , TIM_USE_MOTOR, 0, 0), // MOT8

なぜこのモーター6だけがDMAが割り当てられないのか、この原因を探るため、STM32F72xxxリファレンスマニュアルを調べると下の表がありました。タイマー番号_チャンネル番号毎にDMAの割り当てが決まっている様です。
表の中で色を塗っている項目はHOIHOI-FCでモーターに使っているタイマー番号ですがモーター6に割り当てているTIM4_CH4は記載がありません(なので恐らくDMAが割り当てられない)。

次に基板を変更するときはこの辺りの端子割当ても考え直そうと思います。
また今の基板のままオクタコプターをやるなら他の端子を使う事も可能です。例えば現状UART2に割り当てているPA2,PA3だとTIM2_CH3,TIM2_CH4なので,どちらもDMAの割り当てがあります。UART端子は1本減りますが。

という事で・・・

まずはF7でも使えそうだという事が分かってきました。
次に基板を作るなら直したいところが色々と溜まってきましたが 、そもそもF7のマイコンがまだ普通に買えそうにないんですよね。