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Xmas Tree 製作編 [デロリアン製作記]

久し振りの更新です^^
運転席の後ろにある、フィールド・コンテインメント・システム表示器(長いし何の事かわからんので、以後は通称のクリスマスツリーで)を製作しました。

実物を同じスケールで製作すると、かなり小さく作らなければなりません。
コレね.jpg
当初は光ファイバーを並べて植えて再現しようと思っていたのですが、大量のLEDを遮光してひとつひとつ繋いだら、かなり巨大なスペースが必要になります。
車内にはそんな余裕はありませんので、LEDを直接並べる事にしました。
実物よりLEDの数を減らして、8個×6列(48個)にしましたが、それでもオーバーサイズです。
これ以上小さくするとハンダ付け出来ないので、悔しいけど妥協しました。

パネル.jpg
横10mm、縦15mmの透明プラ板に、格子状の升目を彫り、1005(1mm×0.5mm)のチップLEDを貼り付けていきます。
通常使っているのが1608(1.6mm×0.8mm)なので、それの約半分の大きさの極小LEDです。
LEDの端子には、予めハンダを乗せておいて、エポキシ接着剤をチョイ付けして並べていきました。
下から緑4段、黄色3段、赤1段で並べています。

マトリクス配線.jpg
配線は横をプラス、縦をマイナスにしたマトリクス配線です。
全部点灯させるなら、いっぺんに配線すれば済みますが、今回は劇中の様に縦に上下する動きを加えたいので、こんな面倒臭い配線をしています。
0.08mmのポリウレタン線の被覆を溶かした、極細の銅線を使います。
お互いがショートしない様に、プラスの線は下に迂回して這わせ、マイナスの線は空中を渡らせてハンダ付けしていきます。
1列出来たら、ボタン電池で点灯テストをして、ショートしていないかテスターで導通をチェックします。
細かくて見えないので、ほぼ勘でハンダ付けしていますので、48個のハンダ付けに3日掛かりました。

完成した発光部分です。
LED配線.jpg
すみません。ハンダ付けが完了した写真を撮り忘れました。
再度点灯テストを行ったら1箇所ミスがありましたので修正し、配線も縦横まとめてからエポキシ接着剤で固めてしまいます。
ちょっと触れたら断線してしまう様なデリケートな回路ですので、樹脂で固めてしまいました。
1円玉に乗ってしまうサイズですが、ちゃんと48個のLEDが並んでいます。

XmasTree.jpg
コレを、マイコンでダイナミック制御します。
マイコンはPIC16F648Aと、「電飾しましょっ!2 PIC編」でご紹介したSOPタイプがあるチップです。
だいぶ古いPICなのですが、SOPパッケージがあって、足のピッチが広くてハンダ付けしやすく、I/Oの数がたくさんあるPICとなると、選択の幅は狭くなります。
それでも、アルディーノやラズパイを使うよりコンパクトで低コストで済みますから、模型にはPICで十分なんですよね(性能的にはだいぶ劣ります)
PICの出力をプラスに使って、マイナスはTD62083という入力があるとマイナスに繋いでくれるシンク・ドレインICを使います。
PICの端子で直接マイナス制御すると、最大8個のLEDの消費電力を食らって壊れてしまうため、このICでマイナスへ繋いでもらいます。

ダイナミック点灯ってなーに?という方もおられるかも知れませんので、簡単にご説明します。
ダイナミック 回路.jpg
回路は、LEDを格子状に繋ぎます。
PICからA~Hのプラスの出力と、マイナスに1~6のスイッチが付いていると思ってください。

A~Hに、00111111と出力すると、AとBは0V、C~Hには5Vが出てきます。
点灯パターン1.jpg
この出力は横1列全部のLEDに出力されていますが、1のスイッチだけONにすると、1の列だけが光りますね。
では次に、
1のスイッチを切って、00000111と出力して、
今度は2のスイッチをON、また2のスイッチを切って、
011111111と出力して、今度は3のスイッチをON、
また3を切って・・・と続けていけば、
点灯パターン2.jpg
それぞれ好きな高さの点灯状態を作れるわけです。
これが高速で切り替わっていくので、人間の眼には同時に光っているように見えますが、実際にはどこか1列が光っていて、他は消えている瞬間が続いています。
この回路の良いところは、少ない配線数でたくさんのLEDを制御出来るところで、数字をデジタルで表示している(デロリアンで言えばタイムサーキットの設定するところ)機器にたくさん使われています。
デメリットは、高速で点灯/消灯を繰り返しているので、ちらつきが発生する点です。
今回は、どこかの列を点灯させたら、4ms点灯したまま待ってから次の列の点灯をさせています。
そうしないと、点灯したと思ったら一瞬で消えてしまうので、明るさが極端に暗くなってしまうからです。
んで、表示の高さをランダムに上下させる処理が入ると、その計算の分移動スピードに違いが出て、表示させておく時間が微妙にズレます。
それがチラつきとなって出てしまうのです。
高さの増減をランダムに変化させている部分は、500msの割り込み処理を使って、一定のタイミングで行う様にしましたが、それでもチラつきを完全に治すことは出来ず、タイミングを微調整して最もチラつかないパラメーターを設定しています。
この様に、ダイナミック点灯はチラつきの調整がちょっと面倒です。
よくTVでデジタル数字がチラチラ波うって映る時がありますが、それはダイナミック点灯の切替がカメラのシャッターと干渉しているからです。
でも、ダイナミック点灯を使えば、好きな文字を表示させたり、駅のホームにある案内板の様に流れる文字を表示させたり出来るわけです。
ダイナミック点灯は、実はとても身近な技術だったりします。

今回は表示部分を製作しましたが、まだ取り付けは出来ません。
指の上.jpg
パネルを取り付けたい場所が平面ではないため、バックパネルを加工する必要がありますが、一番の問題は制御回路を取り付けるスペースが無いためです。
空いているスペースはあるのですが、内装とボディーを接着しないと出来ないスペースなので、回路をエンジンルームの裏に置く事にしました。
組み立て順序の都合から、回路の設置場所が移動した感じですね。
電飾モデラーには、よくあることです(^_^;)

ほかにも、ELワイヤーの点灯回路も追加したいので、もっと空間が必要になりました。
そこで、思い切って電池駆動をあきらめました。
DCコンバータ外し.jpg
電池を取り去り、ホルダーの接点やDCコンバータ回路を取り去りました。
これで空間は確保できましたが、手に持ってブンドドする夢は消えてしまいました。
やはり1/24ではあきらめなくてはならない部分が出てきますね。

さて、クリスマスツリーの動作の様子は、動画で見て頂いた方が伝わると思いますので、YouTubeへ動画としてアップしました。

ぜひご覧下さい!

はやくタイムトラベルがしたいです。

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