Arduinoを使ったミニグラインダー用コントローラーの製作
◆まえがき
このところ取り組んでいるミニグラインダー（ミニリューター、ミニルーター、ネイルグラインダー）用のコントローラー製作が終わったので、その内容を紹介します。詳しい動作原理などは前の記事も参照ください。
なお制御には Arduino NANO を使っていますが、そのあたりの細かい解説はこの記事では難しいので、（たぶん）別途記事で解説します。
◆回路図（図をクリックで別窓に拡大）
前の記事とほとんど同じですが、基板を外せるようにコネクタを入れたりしたので、やや複雑になっています。テストするだけなら前の記事の回路図で大丈夫です。
OLEDの電源間に入っているC4の1uF は誤動作対策用です。このOLEDの電源入力ピンにはデカップリングコンが無い（三端子レギュレーターのピンに直結）ためか、電源線にノイズが乗ると簡単にハングアップしました。
OLEDのI2Cバスのプルアップ抵抗のR5,R6はノイズマージン改善のために入れました。この抵抗があった方が良い理由は別の記事で解説しています。まあ普通は無くても大丈夫なんですが、近くで16V/2Aくらいでモーターの電源を激しくスイッチングしているので念のために対策しておきました。
◆プログラム
・radiopench/20230922_MiniGrinderControllerV220.txt (utf-8 BOM付きファイルです）
前回の記事のものに、フットスイッチ端子追加などの機能追加を行っています。
以下外観を順に紹介します。
◆外観
・全体
上にちょっと見えているのが電源のACアダプタで容量は16V／2.5Aで、ハードオフで330円で買った物。富士通のたぶんノートPC用の物だと思います。ハードオフにはACアダプタのジャンクがいっぱい売られていますが、出来るだけ有名メーカーの新しい物を買うようにしています。そういう物の方が安全性が高いし、グリーンPCなんたらという競争で揉まれているので、効率が高く、また無負荷時の消費電力も少なくなっています。ちなみに、このアダプタを負荷オープンにすると消費電力は0.1W以下でうちの電力計の測定限界以下でした。つまり、コンセントに挿しっぱなしにしても大丈夫です。
・コントローラー正面
表示がいっぱいあってややこしく見えますが、この面から操作するのは Start/Stop ボタンと CS/CP を切り替える Mode ボタンだけです。なお、この文字はプリンターで印刷した紙を小さく切り、UVレジンで接着することで行っています。
電源投入時は stop モードで始まるようになっているので、いきなりモーターが回転したりはしません。もしstart／stopにトグルスイッチを使うと、電源を入れただけでいきなりモーターが回り出したりする可能性があるので危険です。また、タクトスイッチはトグルスイッチより安くて小さいというメリットもあります。
・右側面
回転数調整ツマミと回転方向選択のスライドスイッチがあります。
上面にある Arduino NANO の MINI USB コネクタは背が高くて上蓋と干渉するので、その部分の蓋を切り抜いています。
・左側面
フットスイッチのコネクタと電源スイッチがあります。フットスイッチはピンソケットに外部から接続できるようにしただけのもので、A接点なので不要なら接続しなくても大丈夫です。
・裏面
中央付近のプラビスで基板の固定と、蓋の固定をやっています。書き忘れましたが、このケースは秋月で売っているポリカケースです。
◆内部
小さな部品はホットボンドでベタベタと、、
・基板を外す
◆基板
・部品面
基板は秋月のC基板（の互換品）です。部品が少ないのでもっと小さな基板でもいけましたが、無理して小さくする必要も無いのでこれくらいで良かったです。
・配線面
配線後に実体顕微鏡で点検して、はんだの濡れ不良やギャップが少ない箇所の修正などを行っています。
◆画面表示
・開始画面
電源投入後の2秒間この表示を出しています。表示の220はソフトのバージョンです。
・CPモード（Constant Powerモード）、一定パワーモードです（正確には電圧一定モード）
停止時
停止時なのでstop CPと表示。
矢印は設定可能な個所を示しており、一定パワーモードなのでパワーの調整が可能です。
運転時（start/stopボタンで気r替え）
運転状態では1行目は現在の回転数を示します。この状態でもパワー調整は可能です。
・CSモード（Constant Speed モード）、一定回転数モードです。
・停止時
矢印で示す1行目で回転数の設定が可能なことを示しています。この値はボリュームで調整が可能。
停止状態では2行目にstop CSと表示。
・運転時
1行目には実際の回転数、2行目には現在のパワーを示します。
CSモードでは負荷の変動に対応してパワーを増減させて回転数を一定に保ちますが、その様子を見ることが出来ます。
◆動画
ミニグラインダーのコントローラーが完成。
— ラジオペンチ (@radiopench1) September 20, 2023
普通のパワーコントロール以外にフィードバック制御による定回転数モード付きで、状態は0.96インチのOLEDに表示。
フットスイッチも使えるようにしたので市販品と同等以上の物が出来たと思う。 pic.twitter.com/UIrtrjDeUq
◆その他
・フットスイッチ
木の棒にプッシュスイッチを付けただけの粗末な物ですがこれがあると便利です。もっとまともなスイッチが欲しいのですが適当な物が見つからないです。
・ツールビット
超硬かジルコニアの切削ビットが欲しいので現在物色中です。
◆まとめ
このところいろんな種類のモーターをいじってきましたが、こういう形で実用的な物を作ることが出来て良かったです。
最近はセンサレスのブラシレスDCモーター（BLDCモーター）が旬ですが、昔からあるDCブラシモーターでもこういう制御を行えば、一定回転数で運転したり、低速トルクを上げることが出来ます。もっと使われても良い使い方ではないかと思います。あと、何度もあちこちに書いていますが、鉄道模型のモーター制御に使うと面白いと思います。
