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水陸両用ラジコン W-DRIVE プラス アリゲーターII (CCP社) の修理

一連のおもちゃ修理の記事の最終回、前回に引き続きまたラジコンカーの修理の話です。

▼W-DRIVE プラス アリゲーター II
ラジコンバギー
"Amazonのこの商品のページはおそらくここ。CCP社のトイラジコンです。

大きな車なのですが、それに加えて無駄にタイヤが大きいですが、調べてみたら水陸両用ラジコンだそうです。大きなタイヤの浮力で水に浮くということみたいです。

症状は、ペアリングが出来ないので全く動かないとのことです。
自作の電波チェッカーで調べてみると全く電波が出ていません。となると、まずはコントローラーが怪しいです。

▼コントローラー(表)
コントローラー(表)

裏面
コントローラー(裏)
技適の表示ラベルが貼られています。またペアリングの詳しい手順が書いてありますが、これ重要です。
アンテナが外に出ていなくてペアリングとか言っているので、これは 2.4GHz のラジコンなのでしょう。

▼コントローラー内部
コントローラー内部
部品は最小限で、プリント基板にコントローラーのモジュールが乗っているだけです。

▼前進/後進レバー
前進/後退レバー
スイッチではなく5kΩの可変抵抗が使われていて、動作範囲は+30度程度です。前進/後退のパワーをプロポーショナルにコントロールできるようです。なお、左右のステアリングはスイッチなので、最大舵角で向きが変わるだけの動作です。

回路の電圧をテスターで追ってみると、約0.5秒間隔で電圧が振れていました。なんだか良く判らないので、回路図を書いてみました。

▼回路図
2.4GHzラジコンバギー回路図
操作レバー(スイッチ)のインターフェイスから信号のエンコード。さらには送信までの全ての機能を XQ-2.4G01 というモジュールで行うようになっています。

オシロで調べてみると、電源スイッチの先の回路は3Vと2Vの状態を約0.5秒間隔で繰り返していました。電池の電圧は3Vですが、回路が0.1A程度を間欠的に消費しているために、R1の10Ωによる電圧降下で回路全体の電圧が上下する、という状態になっているようです。

こういう動作になる理由が良く判らないので、RFモジュールを外してみました。

▼RFモジュール 表面
RFモジュール表
16MHzの水晶が付いています。アンテナへの配線はラダー回路で構成されたLPFになっている感じです。

裏面
RFモジュール裏
シルクで AllinONE V1.3 2016/03 27L31 という表示がありました。また、信号ピンの名前の表示もがありました。上の回路図にはこの名前を記入しました。

RFモジュール単体で電源を入れても、0.5秒間隔で消費電流が増減する現象は変わらないので、このモジュールが動作不良の原因であることは間違いありません。なお、安定化電源を使い、CV=3V, CC=100mAの条件で電源を供給しました。

◆調査を行った手順
実体顕微鏡ではんだ付け部を点検し、怪しそうなところはハンダゴテを当てて再はんだ付けを行ってみましたが状態に変化はありません。そもそも樹脂でポッティングされている面積が多く、たいした点検は出来ません。基板内の断線や接触不良を疑ってひねるような力を与えても状態は変わりませんでした。

水晶の端子をチェックすると、間欠的に16MHzで発振していることが確認できたのでクロックは発振しているみたいです。

打つ手が無いので、念のために水晶を外してみたのですが、特に異常は認められませんでした。

最後に水晶を元通りに戻してみると、電源電圧の間欠的な変化が止まっていて消費電流がものすごく減っていました

うぉ、これはひょっとして直ったか、とモジュールを元の場所にはんだ付けしてみると、故障は直っていました。念のために電圧の下がった電池(1.1V程度)を入れても正常動作していました。

◆故障原因の推定
以上のような経緯で、故障原因の特定が出来ていません。何が起きていたか推定(想像)すると、
1)水晶の発振不良で起動に失敗、WDTが働いてリセットを繰り返す。
2) COB の中で何かが起きていた。
3) CMOS のラッチアップ?(ラッチアップなら電源切らないと脱出出来ないはずだから、これは無い?)
4) 基板上の接触不良。

1) 項が原因で、もし内部で水晶の振動子が脱落していれば今回のように回復しないと思うのですが、異物が付着した程度の問題だったら直っちゃうのかも知れません。(=再発の恐れも)

▼念のためにパスコンを追加しておいた
パスコン追加
電源電圧に0.1Vくらいのリップルが乗っていました。これはスロットルの位置検出の周期と一致しているので、その影響だと思います。そういうノイズが乗っているのは気持ち悪い、というか誤動作の原因になりかねないので、電源間に100μFのコンデンサを追加で入れておきました。(上の写真の金色の電解コンです) なお、これを入れると電源スイッチOFFした時の残留電荷を抜く速度(R4との時定数)が遅くなるので要注意です。

◆前進/後退レバー
このラジコンはトイラジコンには珍しく前進/後退がプロポーショナル制御になっています。そのためのコントローラーの信号がどうなっているかを調べてみました。

▼可変抵抗の両端の信号波形
スロットルピンの波形
上がB(Back)で下がF(Forward)です。

波形から動作を推定すると、B側から矩形波パルスを入れ、可変抵抗と0.47μFの時定数で積分した結果をF側に入力している感じです。F側にはコンパレーターがあって、一定電圧になったらチャージをリセットという動作になっているようです。可変抵抗の値でパルス幅が変わるので、その時間をマイコンで測定してスロットルの量に変換しているのでしょう。なおパルス幅は約1msで周期は約27msで、周期はパルス幅が広がるとその分だけ伸びるようになっていました。つまりPWMとPFMを同時にやっている波形になっています。

前進/後進のスロットルは中央付近にニュートラルゾーンがある感じでした。たぶん電源投入時の抵抗の値をセンターとみなし、前後何割かの範囲はニュートラルとするようにソフトで自動キャリブレーションしているのだと思います。ちなみに、ペアリングは後進いっぱい、つまり可変抵抗をゼロΩの状態にします。正確には一旦ゼロΩにした後で中立に戻すことでペアリングが完了し、前輪が左右にステアしてペアリングの成功を知らせるシーケンスになっています。

◆まとめ
動かなかった原因はこれだ!と特定出来ていないのが残念ですが、ともかく故障は治ってしまって再現しないのでこれ以上の調査は出来ません。ということで、このままお返しすることにしました。なお万一故障が再発したら、おもちゃ病院へ持って来ていただくように断り書きを付けました。

電源に直列に入っている10Ωの抵抗が無ければ電圧の低下は少なくなるので、ひょっとしたら今回のような故障は起きなかったかも知れません。ただ、この抵抗はヒューズ代わりに入っている感じなので、外す(ショートして無駄な抵抗にする)のはちょっと問題かもしれません。

2.4GHz のラジコンで送受信機が故障している場合、技術力のあるおもちゃ病院さんではPICで作った送受信モジュールに載せ替えなんてことをやられています。私はPICを扱う能力も環境も無いのでそのあたりは歯痒いところです。
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