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2017年8月11日 (金)

KR-400RCの改造(プリセット化)

<カテゴリ:ローテーター>

Rtr_front_2

長年使って来たローテーターですが、最近、勝手に指針が動いたり、アンテナの向きとコントローラーの指示の不一致が目立つようになりました。 不一致は当初より有ったのですが、最近は30度くらいのずれがあり、CWとCCWを交互にONさせるといつの間にか直ってしまいます。回路はアナログのサーボ回路で構成されていますので、温度による不安定さが一番影響しているようです。

これを一挙に解決する為、マイコンによるデジタル駆動に改造する事にしました。 

アナログサーボに頼らない簡単な方法は、屋外のローテーターの方位に連動した可変抵抗値と、屋内のコントローラーの可変抵抗値を読み取り、両方の抵抗値が常に一致するようマイコンで制御すれば実現できます。 両方の可変抵抗値を読み取る代わりに、この可変抵抗値に比例した電圧を、アナログデジタル変換(ADC)でデジタルにした後、数値の比較だけでOKなので、ADCの温度特性だけが、制御誤差を生む原因となります。 しかし、マイコンに内臓されているADCは温度特性など全く気にする必要が無いほど、安定していますので、アナログの時のようにアンテナの方位とコントローラーの方位がずれるという問題は簡単に解決しそうです。

と、簡単に前説を述べましたが、いざ作り始めると、期待通りに動かない事が多発しました。 構想から2か月かけやっと出来ましたので、以下紹介する事にします。

回路図 KR400mk2.pdfをダウンロード

屋外のローテーターの中に500Ωの可変抵抗があり、ローターの回転に応じてこの抵抗が変化します。 コントローラーの中にも同じ500Ωの可変抵抗があり、これが、アンテナの方向を示すアジマスメーターに連動し、それぞれのギア比が同じなら、ローターの回転角とアジマスメーターの回転角が同じとき抵抗値も同じとなります。 抵抗値を直接測定できませんので、同じ電圧を加え、この可変抵抗器の片端とGND間の電圧が常に等しくなるように制御してやれば、ローターの方向とアジマスメーターの方向は一致します。 (後日、このギア比が同じでないという事が判り、調整で難儀しました。)

この可変抵抗の両端の電圧を測るのはマイコンに内臓されたADコンバーターで行い、得られたデジタルデータが一致するまで、どちらかの方向へモーターを駆動してやれば、良いわけです。

Rtrc_pwb1

Rtrc_pwb2

上はこの改造回路を蛇の目基板に組んだ状態です。 マイコンはPIC12F675を使いました。

この改造案では、アジマスモーターを高速で回転させ、目標とする角度になるようにアジマス指針がセットできたら、それを追いかけて屋外のローテーターモーターがゆっくり回るという動作にしました。 従い、従来、コントローラーに付いていたCWとCCWのスイッチはローテーターのモーターを回すのではなく、アジマスモーターを回すスイッチになり、ローテーターのモーターはPICマイコンが制御するリレーで回します。

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この考え方でコントローラーのCW、CCWのスイッチを見ると、回路数が足りません。CWは1Cと言わるスイッチ接点ですがCCWは1aと言われる接点構造で、ACモーターは反転出来てもDCモーターは反転できません。 そこで、CCWのスイッチでリレーをON/OFFさせ、このリレーが持っている2Cの接点を使いDCモーターを反転させることにしました。 左の写真はCCWのスイッチにリレーを縛り付け、配線した状態です。

ローテーターはアンテナを回す物ですから、一番怖いのは雷です。 雷の直撃を受けた場合、諦めますが、誘導雷くらいなら、なんとか軽傷で済んでくれるように仕掛けが必要になります。 今回は誘導雷を受けた場合、バッファとなるトランジスタが壊れて、マイコンはなんとか生き延びる事が出来るように構成しました。 また、最悪マイコンも壊れてもすぐに交換が出来るようにマイコンはDIP8タイプにし、かつICソケット対応としました。

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左の写真は基板を実装し、配線完了したコントローラーです。ワイヤリングの一部は最終になっていない部分もあります。

ローテーターに実装する前に、500Ωの可変抵抗だけを配線し、手で抵抗を変化させながら、同じ電圧になったら、モーター駆動のリレーがOFFになるか確かめたところ、電圧が一致したら停止はしますが、その後、カチカチとリレーがバタつきます。原因はADの値がドリフトして、数値が変わる為安定しないものです。 対策として、CWまたはCCWの操作が有ったらADの値比較が有効になるようにし、一度でも一致を見つけたら、不一致検出を禁止するようにソフトを変更しました。

この対策により、電源をONしただけではローテーターが回転しませんので、安全対策にもなります。

調整の仕方

ローテーターは0度から365度くらいまで回転します。一方アジマス指針は420度くらい回転しますので、ローテーターのVRとアジマスのVRの回転角が異なります。 従い、アジマス指針が360度回転したときローテーターも360度回転するように、設けられたVRを調整しなければなりません。 ローテーターのモーターはCWまたはCCWのスイッチを操作しない限り回転開始しません。 ローテーターモーターの停止位置確認は必ず、CWかCCWのスイッチを押して、一度目標とする停止位置から遠くなるよう回転させた後、目的方向のCWかCCWのスイッチを押します。

①外部ローテーター用コネクタCNS1を抜いて置きます。 

②アジマスモーターをCCW方向に回し続け可変抵抗器のストッパーに当たるまで回転させ、その時のGP4の電圧が0.6Vになるように、VR5を調整します。 この時のアジマス指針の位置は無視します。

③アジマスモーターをCW方向に回転させ、可変抵抗器ストッパーに当たるまで回した時のGP4の電圧が4.00VになるようにVR4を調整します。

④VR4を変化させると、②の電圧も変化しますので、②と③を繰り返します。ぴたりと設定できない場合、0.6Vは小数点以下2桁目で高め、4Vは小数点以下2桁目で低めとしておきます。

⑤次にCNS1をCNP1に挿入し、VR1の代わりに500Ωの固定抵抗を接続します。 電源をONしてもローテーターのモーターは回りません。 この状態でGP2の電圧が4Vから4.1Vの範囲になるようVR2を調整して置きます。 調整完了したら、電源をOFFし、VR1を正常状態に接続します。

⑥CCW方向にローテーターを回し、ローテーターのモーターがメカニカルロックするまで回します。 多分最初はメカニカルロックする前でローテーターが止まりますので、そこから、GP4の電圧が0.01V単位で下がる方向にVR5を調整します。 この時、VR5は目見当で回さず、必ずデジタルテスターで電圧を確認しながら回します。 電圧を0.01V下げる度にCCWのスイッチを押すと、ロテーターのモーターが少しだけ回ります。 これを繰り返して、ロテーターのモーターがメカニカルロックするまで繰り返します。 ローテーターのモーターがメカニカルロックしたら、すぐに電源スイッチを切ります。

⑦電源をONして、GP2の電圧を読みます。 仮に読んだ電圧が0.55Vであった場合、GP4の電圧が、これより0.02V高い0.57VになるようにVR5を調整して置きます。

⑧アジマスモーターをCW方向に回転させ、ローテーターがロックするまで回します。この場合でも、ロックするまで回らない時は、GP4の電圧を読みながら少しづつ電圧が高くなるようにVR4を調整します。ローテーターのモーターがロックしたら、すぐに電源をOFFします。

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⑨電源をONして、GP2の電圧を読みます。 仮に4.05Vであったとします。 GP4の電圧がGP2より0.02V高い4.07になるようにVR4を再調整します。 そして、アジマス指針のセンターにあるビスを緩め、指針が365(5度)度を指すように修正します。 CCWをONして指針が360度を指す位置で止めます。ローテーターが動かない時は、330度くらいまで回し、次に360度をさすようにCWスイッチを操作します。 ローテーターが止まった位置に目印を付けます。

⑩CCWスイッチを操作して、指針が0度をさすようにアジマス指針を360度回転させます。 ローテーターが1回転して、先ほど付けた目印の位置で停止したら成功です。 もし、多少ずれた場合、GP4の電圧をモニターしながら、VR3を調整します。 ローテーターが回り不足ならGP4の電圧を0.01V下げ、行き過ぎなら0.01V上げます。 正しい位置で停止するようになりましたら、CW方向に360度回転させ、ローターが正しい位置で停止する事を確認します。 もし、ずれている場合、VR4を少し回しGP4の電圧を0.01V単位で調整します。

この調整はVR4やVR3を再調整しなくなるまで繰り返します。

私の場合、2回の調整で完了しました。

使い勝手は、非常に良好で、今までのように、遅いロテーターの回転を見ながら、CWやCCWのスイッチ操作をする必要がなく、アジマスメーターの指針が目的とする角度まで達したらスィッチをオフします。 ローテーターは従来のスピードで回転し、この期間は追加したLEDが点滅し、指定位置に停止したら、このLEDが消灯することで、動作を確認できます。

また、何らかの異常が発生し、ロテーターのモーターが回らない状態、例えば、ケーブルが断線したとか、モーターがメカニカルロックしたなどの場合、CWやCCWのスイッチをONした後1秒以上ローテーター側の可変抵抗器に変化が無ければ、LEDを点灯しっぱなしにして、モーター駆動を中止するように保護ソフトを入れてあります。 このエラー状態は再度CWかCCWのスィッチを押すと解除します。モーターがロックしている場合、反対に回すと正常に戻りますが、再調整が必要です。 ケーブル断線の場合、何回やってもエラーになりますので、修理するしか有りません。

PIC12F675コントローラーのKR-400RCmk2.cをダウンロード

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2014年7月14日 (月)

クリエートデザインRC5A-3の修理

<カテゴリ:ローテーター>

東広島も7月は落雷が多く、今年もプリセットMTUの制御回路が誘導雷により被害を受けました。 

Rc5a3front

同じ時期に誘導雷でローテーターが壊れたと、修理を頼まれました。単純な修理なら、ブログで紹介するまでも無いのですが、今回のクリエートデザイン製RC5A-3の配線図に誤りがあり、修理に時間がかかってしまいましたので、同じテツを踏まない為、紹介する事にしました。

このローテーターの配線図は取説の中に印刷されています。これは簡単だと思ったのは最初だけで、プリント基板にシルク印刷が無く、配線図と現物の対比が難しくなっています。 壊れた部品を特定し、手持ちがなければ、それを通販で発注する事になりますので、まず最初は壊れた部品探しになります。

U1の4558はプラスチックカバーが吹き飛んで、中のICチップがむき出しですので、これは間違いなく壊れています。U2の4558はスピード制御に使われいますが、電圧をチェックしても配線図に記入された参考値の電圧とはかけ離れています。このOP-AMPも壊れたのだろうと、ICを取り外すし再度電圧チェックをしても、配線図を追いかけて得られる推定電圧にはなりません。 回路図と実際が違うのではと、基板をカメラで撮影し、それに実装部品を並べて確認していく事にしました。

Rc5a3pcb

実体配線図を途中まで作成した時点で、配線図の間違いが判りました。 ダイオードCR6とCR7の交点とU2Bの7番ピンは接続されていました。配線図上で交点を示す黒丸が抜けていたものです。ここがつながっているとすると、U2Bを取り外した後のDC電圧はすべて計算通りの電圧になります。 要はU2Bが壊れている事に他ならないのですが。

それ以外に壊れていた部品はQ2の2SA1015、Q4の2SC1815でしたので、手持ちの部品でまかなうとして、4558のみが通販手配となりました。

このローテーターの動力回路のコモンラインは商用電源と直結しています。修理の最中にうっかり1次側をさわり感電しました。背面の1番~3番端子に触れたら感電します。ローテーターまでこのコモンラインはつながっていますので、要注意です。 多分電安法は不合格と思います。 PSEマークの有無の確認を忘れました。 例え電安法対象外製品でも感電は無いですよね。 安全規格をどう思っているんでしょうかね。 

RC5A-3の配線図をダウンロード

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2013年1月28日 (月)

YAESU G-800DXAの修理

<カテゴリ:ローテーター>

YAESUのローテーターのコントローラーの修理を頼まれました。 私のFT-450が誘導雷により壊れた同じ日に、落雷の直撃を受けたタワーに設置してあったローテーターとのこと。

電源を入れてもヒューズが飛び全く動作しない状態ですので、雷により、電源を含めた、かなり電力の高い範囲が損傷しているようです。

ローテーターの場合、回路図があれば、なんとかなるのですが、幸い今回は、八重洲無線から正規ルートで回路図を入手できており、回路図とテスターだけで、対応できました。

壊れていたのは、

  • Q1(2SC5198)が全端子ショート。
  • Q1025(2SC2812)全端子オープン。
  • D1031,1032(1SR154-400)ショート。
  • C1049(0.01uF)リーク。・・・ローテーターのポテンションメーターのセンター端子に接続されたコンデンサ。

2SC5198 は秋月に有りましたので、秋月で販売していた2SC3325(2SC2812の代用)と一緒に購入。 1SR154-400は手持ちの1N4002で代用。 C1049も手持ちの1608タイプのチップコンデンサに交換。

G800dxa_0_2


以上で修理完了です。

G800dxa_1
このコントローラーの設計は良くできています。   制御回路と動力回路が完全に分離された基板に乗っていて、電源系統もそれぞれ独立しています。雷の直撃を受けても、制御回路は、ローテーター内臓のポテンションメーターからの入力部分にあるセラッミクコンデンサがリーク(実際はショートに近い)しているだけで、その他の回路は、無傷で残っているのは偶然ではなさそうです。

ローテーターの修理をする為に、配線図が欲しい場合、YAESUのUSAホームページから取説をダウンロードすると、最後のページに付いています。解像度が悪いので、目を凝らしても、よく見えませんが、正規ルートで入手した配線図も、同じように良く見えませんでした。

下記のサービスマニュアルの中に基板部分だけですが、きれいな配線図があります。     全体図はUSAホームページからダウンロードした配線図を参照して下さい。

G-800DXA, G-1000DXAのサービスマニュアルのダウンロード。

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2012年10月29日 (月)

ケンプロ KR-400RCの修理

<カテゴリ:ローテーター>

現用中のアンテナは、ブロードな8の字の指向性を持ったスカイドアとかヘンテナであり、アンテナは必要に応じて、手で回転させていましたが、夜中に方向を変えたいときなど不便でしたので、頂き物のローテーターでこれを回転させることにしました。 

Krp400c  ローテーターは KR-400RCというケンプロ製のモデルですが、300度付近を向くように操作すると、コントローラーの針がストッパー位置まで移動し、ロックしてしまうという症状がありました。270度くらいまで戻してやると正常に動作します。 原因を調べると、ローテーター側に内臓されている可変抵抗器がガリオームになっており、300度付近の回転角度では、抵抗がときどき無限大になります。抵抗が無限大になると、コントローラーは回転角不足と判断して、ストッパー位置まで指針が回転します。しかし、指針はそれ以上回りませんので、モーターがロックされてしまいます。 たまにガリオームが無い位置に止まると、正常な位置で指針が止まるという症状です。

Krp400v ローテーターから取り外した可変抵抗器の捺印からメーカーを割り出し、インターネットで調べても、通販はしていないようです。仕方なく、似たような形状をした物を探し出し、注文しました。

物が届いて取り付けようとするとシャフトが短くてギアが止められません。再度シャフトの長いものを探して注文。今度はうまくいきました。結局送料を含めると4倍以上の高い部品になってしまいました。

コントロールケーブルは20mくらい必要です。手元に5mくらいのLANケーブルが有り、AWG24のより線が8本入っています。5m長のDC抵抗を実測し、20mになっても0.1Ω以下に収まりそうです。 3本の動力ラインはこのより線を2本パラにして6本使用し、2本の制御線は各1本でまかなえる事がわかりましたので、8本の芯線の構成はちょうど具合がよさそうです。 近くのホームセンターでも買えますが、その半額で売り出されている20mのLANケーブルをインターネットで見つけこれを注文しました。ケーブルが届いてコネクター加工を始めると、このケーブル、いやに細く、かつ導体に半田が付きません。どうやらアルミ線らしい。案の定、コントローラーとローテーターを接続しても、回転せず。電圧降下が大きくてモーター電圧が不足し、回転しないという症状です。 ケーブルの表面にはAWG24と印刷してあります。うそだろう! AWG規格は導体の断面積を決めるもので、AWG24とは、0.2SQ相当で、直径約0.5mmの銅線の断面積に相当します。このケーブルは直径0.2mmくらいのアルミ線が4本(0.125SQ)。 結局、このケーブルもローテーター用として販売されている正規品を再手配することに。

しばらく使用していましたら、今度はコントローラー側の可変抵抗器がガリオームになってしまいました。症状は、コントローラーの指針がいったりきたりして、なかなか止まらないといものです。 結局、コントローラー内の可変抵抗器も新品に交換しました。

KR-400RCの配線図をダウンロード

ローテーターの修理という技術的な部分は実に簡単なことですが、ローテーターに限らず、トランシーバーの修理の為の部品手配も、失敗は数多く、これが、修理完了までの期間を長引かせると共に、宅配業者の上お得意様になってしまいました。

地方に住んでいるのでしょうが無いですかね。

2014年9月

ローテーターを半時計方向に回すと、コントローラーの指針の動きが、シャクトリ状態で動いていました。 しかし、最近この現象がひどくなりましたので、改善できないものかとトライしました。  現物と配線図を見ながら考察していると、この回路はローテーターとコントローラー間のケーブル本数を1本ケチッタ為に、回路的にかなり無理をしている事が判りました。 ローテーター側の可変抵抗器を2本の線でしか結んでいない為、抵抗値が変化すると、当然電流も変化し、これがブリッジのバランスをくずしてしまいます。 この対策の為、Q5,Q6を使い、ブリッジ内の電流に負帰還をかけ、抵抗値が変わってもバランスが崩れないようにしています。 ところが、詳細を調べると、このQ6が可変抵抗の値に関係なく、いつも完全ONの状態で、この為、Q5はいつも完全OFF状態にあり、R16の電流は常に0となっていました。

これは、この負帰還回路が動作していない事にほかなりません。 何か間違いがありそうと、抵抗の値をチェックすると、R19が4.7Kとなっていました。配線図では33Kですから7倍近い差があります。 試に、手元にあった36Kに交換しましたら、シャクトリ現象がかなり改善されました。 この抵抗を56Kにすると、指針が半時計方向に回りだし、止まらなくなります。 47Kにすると、正常動作します。 相手がトランジスターですので、温度変化による影響などを考慮し、33KΩくらいが一番よさそうですが、あいにく手持ちが有りませんので36Kとしました。 

これらの検討中に配線図と実際の抵抗値がかなり違っている箇所の有る事もわかりました。 R1,R2は配線図は220Ωですが実際は120Ωです。配線図の通り220Ωに変更すると、温度が下がると指針モーターが起動しなくなりますので、これはまた、120Ωに戻しました。

結果的にはR19の抵抗が不適切だったのが原因ですが、元から4.7Kだったのか、誰かが修理したとき間違ったのか不明のままです。

2017年8月

とうとう、アンテナの方向とアジマスメーターの指示が一致しなくなりました。 このままでは不便ですので、回路を丸ごと入れ替える事にしました。 改造内容はこちらを参照下さい。

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