表示するまで

基本的には https://github.com/cdario/waveshare-3.5-Spotpear-for-Rpi これの通りするのだが、一部手順が古いためハマる。

fb0 -> fb1 に (HDMI からTFT側に)

sudo vi /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-fbturbo.conf

FBTFT kernel module を使えるように firmware update をかける。ちなみにLinux のカーネルバージョンが4系になる。SPI の DMA 転送が有効化される。

sudo REPO_URI=https://github.com/notro/rpi-firmware rpi-update

これは 50MB ぐらいダウンロードする。が https://github.com/notro/rpi-firmware から前もって Download Zip したやつを使うこともできる。notro-rpi-firmware-master.zip としてファイルをダウンロードして、ローカルネットワーク内から scp で転送しておいたとする、そのうえで

unzip -d "/tmp/rpi-firmware"  notro-rpi-firmware-master.zip 
sudo FW_REPOLOCAL="/tmp/rpi-firmware/rpi-firmware-master" SKIP_DOWNLOAD=1 rpi-update

とすれば良い。

/etc/modules に追記

spi-bcm2708

fbtft_device name=waveshare32b gpios=dc:22,reset:27 speed=48000000

waveshare32b width=320 height=240 buswidth=8 init=-1,0xCB,0x39,0x2C,0x00,0x34,0x02,-1,0xCF,0x00,0XC1,0X30,-1,0xE8,0x85,0x00,0x78,-1,0xEA,0x00,0x00,-1,0xED,0x64,0x03,0X12,0X81,-1,0xF7,0x20,-1,0xC0,0x23,-1,0xC1,0x10,-1,0xC5,0x3e,0x28,-1,0xC7,0x86,-1,0x36,0x28,-1,0x3A,0x55,-1,0xB1,0x00,0x18,-1,0xB6,0x08,0x82,0x27,-1,0xF2,0x00,-1,0x26,0x01,-1,0xE0,0x0F,0x31,0x2B,0x0C,0x0E,0x08,0x4E,0xF1,0x37,0x07,0x10,0x03,0x0E,0x09,0x00,-1,0XE1,0x00,0x0E,0x14,0x03,0x11,0x07,0x31,0xC1,0x48,0x08,0x0F,0x0C,0x31,0x36,0x0F,-1,0x11,-2,120,-1,0x29,-1,0x2c,-3

/boot/cmdline.txt を変更

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait fbtft_device.custom fbtft_device.name=waveshare32b fbtft_device.gpios=dc:22,reset:27 fbtft_device.bgr=1 fbtft_device.speed=48000000 fbcon=map:10 fbcon=font:ProFont6x11 logo.nologo dma.dmachans=0x7f35 console=tty1 consoleblank=0 fbtft_device.fps=50 fbtft_device.rotate=90

ここまでやって reboot すればTFT側に表示がでる、はず。

タッチパネルを有効にする

書いてある通りパッケージをいれる。

sudo apt-get -y install xinput evtest libts-bin
wget http://adafruit-download.s3.amazonaws.com/xinput-calibrator_0.7.5-1_armhf.deb

sudo dpkg -i -B xinput-calibrator_0.7.5-1_armhf.deb
sudo rm /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-calibration.conf
sudo reboot

/boot/config.txt に追記。XPT2046 は ADS7846 (-> TSC2046) 互換の中華コントローラらしいので ADS7846 を指定したらいいっぽい?

dtoverlay=ads7846,speed=1000000,penirq=17,swapxy=1

/etc/X11/xinit/xinitrc に追加 (軸補正)

DISPLAY=:0.0 xinput -set-prop "ADS7846 Touchscreen" "Evdev Axis Inversion" 1 0

startx

dpi が恐しく低いので指定して起動したほうが良い。とはいえフォントサイズしか変化しないので、アイコンとかはデカいまま。

startx -- -dpi 60

タッチパネルキャリブレーションは以下でできるが、結果を conf に書いておかないとreboot時に失われる。

DISPLAY=:0.0 xinput_calibrator

備考

タッチパネル座標と画面座標をあわせるためには

• /boot/cmdline.txt の fbtft_device.rotate=90
  • reboot 必要
• /boot/config.txt の swapxy=1 (と rotate=...)
  • reboot 必要
• "Evdev Axis Inversion" 1 0
  • X が起動していれば xinput -set-prop は即時反映されるので reboot いらない

あたりをしっかりする必要があるが、これが結構面倒で試行錯誤した。とはいえあんまりパターンがあるわけではないので適当にやれば良い。

links

ref. https://github.com/cdario/waveshare-3.5-Spotpear-for-Rpi
ref. https://github.com/notro/fbtft/issues/215
ref. http://www.circuitbasics.com/setup-lcd-touchscreen-raspberry-pi/
ref. http://www.circuitbasics.com/raspberry-pi-touchscreen-calibration-screen-rotation/

使いかた

$ ano init

すると新規プロジェクトができる。

既存プロジェクトの場合、.ino ファイルは src ディレクトリ以下に入っている必要がある。

$ ano list-models
         yun: Arduino Yún
         uno: [DEFAULT] Arduino Uno
   diecimila: Arduino Duemilanove or Diecimila
        nano: Arduino Nano
        mega: Arduino Mega or Mega 2560
     megaADK: Arduino Mega ADK
    leonardo: Arduino Leonardo
       micro: Arduino Micro
     esplora: Arduino Esplora
        mini: Arduino Mini
    ethernet: Arduino Ethernet
         fio: Arduino Fio
          bt: Arduino BT
  LilyPadUSB: LilyPad Arduino USB
     lilypad: LilyPad Arduino
         pro: Arduino Pro or Pro Mini
    atmegang: Arduino NG or older
robotControl: Arduino Robot Control
  robotMotor: Arduino Robot Motor
       gemma: Arduino Gemma

で対応モデル名が出る。

nano 向けにビルドするにはオプションをつける。

$ ano build -m nano --cpu atmega328

アップロード(書きこみ)する場合は build を upload に変えて、-p でシリアルポートへのパスを指定する。ポート指定をつけないと勝手に推測して書きこもうとするが、意図せず違うデバイスに書きこむのを避けるためにも絶対に指定したほうが良い。

.ino とかやめたい場合

.ino はほぼ cpp だが include とかがないというなんか中途半端な状態のファイル型式になっている。

ano preproc src/sketch.ino をすると cpp の完全な形で吐いてくれるので、これを src/sketch.cpp として保存して .ino を消しさっても問題なくビルドできる。

ビルドプロセス

ちなみにおおまかなビルドプロセスは https://www.arduino.cc/en/Hacking/BuildProcess に書いてある

Arduino IDE はヘッダファイルなどのパスを解決しつつ .ino を .cpp に変換（ちょっと足すだけ）して avr-gcc している。

setup() と loop() の定義：
Arduino.app/Contents/Java/hardware/arduino/avr/cores/arduino/Arduino.h

HIGH とか LOW とか定数定義マクロもここに書いてある。
型のエイリアスもここで定義してある。

実際に実行している場所
Arduino.app/Contents/Java/hardware/arduino/avr/cores/arduino/main.cpp

よくある main ループ。

よかったところ

• 当日18時、19時の不正利用に対し少なくとも23時ぐらいには既にカード停止になったところ
• 23時50分ぐらいに前述のメールがきたところ (こちらから電話しないとかかってくるらしい)
• 途中、電話代がかかるので向こうからコールバックするとう申し出があったところ
• 話がスムーズだったところ

わるかったところ

• そもそも不正利用されたことが大変遺憾。
• それなりに気をつけてるつもりだったので、心あたりは全くない。

思うところ

不正利用モニタリングの精度が高くてすごいな、と思った。ちょいちょい海外通販してるけど、特に不正利用検知とかされたことがなくて、モニタリングしていないんじゃないかと思っていたが、しっかりされてたみたい。

直近2日ぐらいの利用履歴を口頭で確認させられるので、細かいの買いまくってると面倒くさい。たまたま PayPal の決済履歴画面を開いていたのである程度スムーズだった。あと、直近でDMMで動画買ってなくてよかった。

パターンの抵抗はどれぐらいか

電流センス抵抗(シャント抵抗)は普通10mΩとか、あるいはもっと低抵抗値のものが使われる。

銅箔パターンの抵抗値は配線のアスペクト比で決まる (ref. http://www.tij.co.jp/lsds/ti_ja/analog/powermanagement/hints/power_sel_hint52.page )

20°C のときの銅の電気抵抗率 1.68e-8、1oz (35μm) の銅箔パターンの場合、1:1 の比の場合 。

1:10 の比の場合は 0.48 * 10 で約5mΩの抵抗値を持つことになる。基板上のパターンで電流センス程度の値の任意の抵抗値を作るのは割と簡単そうである。

銅の温度特性

しかし銅を抵抗として使おうとすると温度特性が問題になる。銅の温度特性は 4.3e-3/°C で、温度が高くなるほど抵抗値が上がる。

これはかなり大きい変動で、±10%の範囲に納めるには温度変化が±23°Cに収まる必要がある。もし±1%程度の精度を求めるなら±2.3°Cという極めて安定した温度でなければいけない。

抵抗のデータシートに書いてある温度係数単位 ppm/℃になおすと、4300ppm/℃ となり、一般的な(高精度ではない)抵抗の±300ppm/℃と比べてもケタ違いに大きい。

まとめ

ということで、これではとても高精度な電流センスはできそうにないので、代用できるケースはとても限られそうということがわかった。

問題点

ボードレイアウトは、回路図を開いている状態だと、コンシステンシー維持のため、そのままではコピーができない。一方、回路図側側でコピーを行うと、部品の配置をイチからやりなおすハメになる。

解決方法

そのため、一旦回路図エディタを閉じ、回路図とのフィードバック維持を切る。

この状態だとボードレイアウトを全て選択してコピーして他の場所にペーストということができる。

これが終わったら、一旦ボードレイアウトを閉じて(閉じなくてもいいけど)、回路図エディタを開き、コピーした部分を選択して回路図側でもペーストする。

そしてボードレイアウトを再び開くが、普通はこの時点で「コンシステンシーが失われた」と怒られるので、ERC を行い、問題を特定する。

完全に回路図とボードで同じコピーを行なっていれば「different connections on pin and pad eagle」というエラーが支配的になるはず。

このエラーは、ボード側のコピー時に、本来共通であるはずの GND などの面がリネームされて GND1 などになることで発生する。なので、GND1 となっている部分を GND にリネームすれば良い。

簡単なものはこれで ERC をかけなおすとコンシステンシーが回復し、普通にフォワードバック編集可能に戻る。他にも「本来共通なのに別の名前になっている」というものは全てリネームする。

RX

フィルタが一切ないので、ものすごく広い範囲がきこえてくる。高音が特にうるさいので、実用上は数次のオーディオフィルタが必要そう。

安定化電源で動かしてもハム音が盛大にでる。電池なら大丈夫なのかな？

水晶1つのダイレクトコンバージョンなのでイメージ混信があり、どっちのサイドバンドが聞こえているかは聞いているだけでは全くわからない。これはオーディオフィルタを入れても解決しないので、どうしようもない。(やるなら周波数変換前にフィルタするしかない)

ボード上の半固定抵抗はRITのようだ。RIT というか局発が変わるわけではないので、トーンの設定という趣なんだろう。

TX

水晶は 7.023MHz だが、7.026MHz ぐらいで出ていた。

12V で 50Ω負荷 6Vrms なので 720mW ぐらい。9V で4.2Vrms なので 353mW ぐらい。まさにQRPって感じ。

連続で送信してるとファイナルのトランジスタはかなり発熱する…… デューティー比高く送信するのには不安がある。

ファイナルは S8050D (SS8050 のコピー) っぽい。

なお、サイドトーンはない。実用するならエレキーも外部に必要だと思うので、そっちで鳴らしたら良いかな。

その他

使用ICはLM386の低周波増幅 (200倍、46dB) のみ。ミキサーICは使っておらず、ファイナルトランジスタが受信時のミキサを兼ねているっぽい。

まとめ

とりあえず面白いかと思って作ってみたが、免許うけるのも面倒なので、また思い出したらいじる。

まだいくつか ebay に出品されている QRP トランシーバーがあるので、試してみたい。ないしは簡単なものを自分で作ってみたくなる。

DC/DC コンバータの並列接続

モバイルバッテリーの出力は DC/DC コンバータになっている (殆どは昇圧、たまに降圧のコンバータ) 。OCP (Over Current Protection 過電流保護)なども当然装備されているが、普通はスペックシートにはどういう挙動をするかは書いていない。ということで、基本的にスペックシートが保証していること（出力電圧、電流）だけに依存して、並列接続の回路をつくりたい。

DC/DC 電源を並列接続するには、電流制限回路とダイオードが必要になる。

電源間で逆電圧がかかったりしないように、まずダイオードが必要。これにより、電流が少ない場合は、電源の中で一番電圧が高い電源から全ての電流が供給される。

ダイオードだけだと、電流量を増やしたとき、モバイルバッテリー側のOCPにひっかかり、挙動が不安定になるため、電源制限回路で最大電流を2Aまでに制限し、2A以上とろうとしたら電圧降下させることで、他のバッテリーから電流が流れるようにする。

回路

ということで、電流制限しつつダイオードをつけたくていろいろ調べた結果、LTC4415 というICがあり、まさにこの用途に使えそうだと思った。LTC4415 は電流制限つき2回路理想ダイオード。

実装

LTC4415 は 16PIN MSOP + GND PAD となっており、手はんだするのが非常に難しかった。MSOPはともかく、グラウンドパッドはとてもつらい。

どうしようもないんだけど、一応以下のようにやると比較的再現性よくはんだがつけられた。

• 基板側の GND パッドにちょうどいい量のはんだを盛る
• IC を基板において位置をあわせ、1pin か 2pin ぐらいはんだ付けして仮り固定する
• 基板を裏返し、慎重に抑えつけつつ、ICのすぐ裏にはんだごてをあてる
• GNDパッドのはんだが溶けたらこてを離す (勘)

しかし、こんなことするよりホットプレートとシリンジクリームはんだで手動リフローしたほうが結果はいいと思う。

結果

思ったよりも大きい電流をとろうとしたときの電圧降下が大きく、6A ぐらいで 4.5V 付近まで下がってしまうことがわかった。こうなると後段にいれる 5V -> 12V の DC/DC コンバータの入力電圧を下回ってしまい、出力そのものがでなくなる。

電流制限による電圧降下による合成は、最も低い電圧の電源電圧によって最大電圧が制限されるため、1台でも弱い電源があって電圧降下すると、出力電圧に直接響いてくる（電流制限回路での電圧降下は全て損失になり発熱もする）。

これは電源そのものの弱さ (内部抵抗の高さ) だけではなく、コネクタの接触抵抗とか、ケーブルの善し悪し全てを含んで最悪の場合の電圧が出力されることになるので、たくさん合成するのは結構厳しい。印象としては近しい電圧の2つまでならこの方法でいけるかな程度。

結局、これでうまくいくなら簡単でいいなと思っていたが、12V 2A ぐらいまではギリギリとれる程度で、あんまり満足いく結果ではない。

ほかの方法も検討したい。

上記以外の検討事項だったもの

モバイルバッテリーは 50mA 以下の電流が続くと「充電終了」と判断して出力が落ちたりするため、基本的には常時 50mA 程度流す設計が必要になる。

この例のようにダイオードORの場合、電圧が低いバッテリーからは殆ど電流が流れてこないため、時間が経過するとパワーオフになって、必要なときに電流がとれなくなると思われる。

いろいろ解決方法はあると思うのでとりあえず無視していた。

メモ

エネループは 1900mAh しかない。直列10本で12Vということにして計算すると 22.8Wh。

KX3に接続し12Vで受信に 0.2A (2.4W)、送信出力5Wに2A(24W)、デューティー比1:1 (送信半分受信半分) の場合、1時間に14.2Wh消費する。最大で1.6時間ぐらい持つ計算。

Amazon Basics のニッケル水素電池だと 2400mAh。同じように計算すると 28.8Wh、最大で2時間程度