ヘッドライト調光プロジェクト(その１) - PWM回路の実験

バイクのヘッドライトを調光（減光）するためのしくみを自作したくて、その準備段階の作業（実験）の第一段階です。

まず最初に、先日秋葉原に行った時に見つけて買ってあった、秋月電子通商の「ＰＷＭ（スイッチング方式）ＤＣモーター速度可変キット」を試してみることにします。　　専用のプリント基板と部品および説明書付きで５００円です。

 部品点数が少ないですし特殊な部品も無いので、ハンダ付けが出来る人ならアッと言う間に作れてしまいます。

 職場から借りてきた、オシロスコープ(Keysight MSOX3104T)とＤＣ電源を使って、動作確認してみます。

 せっかっくなので、手持ちの電球（25W球だったかな？）を光らせてみることにします。

PWM（パルス変調)による制御なので、高速でオンオフのスイッチングが繰り返されます。
この場合、オン電圧は常に１２Ｖ、オフ電圧はゼロですが、オン時間とオフ時間の比率によって見かけ上（というか実効の）電圧が変わり、電球の調光が可能になります。

これは、Duty (１周期ごとのオン時間比率）が約２０％の状態。

 こちらは、Duty:60% くらい。　上の写真に比べてオン時間の比率が大きくなり、電球も明るく光っているのが分かると思います。

 Duyt: 約90%でこんな感じ。　オシロの波形は明確ですが、スマホのカメラ撮影ということもあり、電球の明るさの違いはあんまり分かりませんね。

キットなので当然ですが、ちゃんと期待通りの動作をしていることが確認できました！
ただし、このままでは私のやりたいことはできないので、自作の回路と組み合わせて使うことになります。

いずれにしても、このキットについてはひとまずここまででＯＫ。

こんどは、エーモンの「調光ユニット」を試します。
この調光ユニットもＰＷＭのはずですが、ホントにそうなのか、秋月のキットと同じようにオシロで制御波形を見ながら電球を光らせてみることにします。

Duty 約25%の状態。

Duty 約50%です。

Duty 約80%。

Duty 約90%の状態です。

これは、Duty 約10%。　電球がごくわずかに光っているのが見えますでしょうか？

ということで、このエーモンの調光ユニットも秋月のPWMキットと同様に使えそうなことが確認できました。

バイクの電装系をいろいろ改造するにあたり、Arduinoマイコンボードを使って複雑なこともやろうと考えていましたが、まずはエーモンの調光ユニットを利用したヘッドライト減光のしくみを作り込もうと思います。

バイクのヘッドライト(55Wハロゲン球)を制御するためには、追加の回路が必要になるので、そのあたりはまた次回の作業に続きます。。。

R1200GSのCAN BUSデータ読み出しツール作成

Arduino(マイコンボード)を使って、自分のバイクのCANバスを流れるデータを読み取るツールを製作しました。

ノートPCを繋げて１６進数としてのデータをさせるところから始めて、、その後、小型のTFT液晶ディスプレイにデータの意味も含めて表示させるところまで出来ました！

動画でどうぞ。　(字が小さいのである程度大きな画面表示でご覧下さい。十分に高い解像度でアップしてあります。）

以下、上記 動画からの切り出し画像が中心ですが、、、

バイク(BMW R1200GS)の基幹CANバスのコネクタから信号線を引き出します。

コネクタのピン配置はこうなってます。

Arduinoマイコンの自作プログラムで CANのデータをリアルタイムに読み取ります。

表示は 2.2インチの小さなTFT液晶ディスプレイです。

こんな感じで、CANデータを読み取って表示させています。

ハードウェア的なデータ読み取り処理はリアルタイムですが、使っている液晶ディスプレイの描画速度が遅いため、表示のところで小細工しているので、使わずに捨てているデータもあります。(^^;

具体的な表示項目を一覧にするとこんな感じ。

Throttle	スロットル開度	0-100%		RPM	エンジン回転数	rpm
Clutch	クラッチ	ON / OFF		Kill SW	キルスイッチ	KILL / RUN
Stand	サイドスタンド	UP / DOWN		Brake	ブレーキ	F / R / Non
ABS SW	ABSスイッチ	ON / OFF		ABS	ABSモード	ACT / INACT
Light	ハイビーム	LOW / HIGH		Turn	ウインカー	L / R / HZRD
Front	前輪速度	km/h		Trvl	前輪走行距離	m
Rear	後輪速度	km/h		Trvl	後輪走行距離	m
Gear	ギヤポジション	1,N,2,3,4,5,6
Fuel	燃料残量	0-100%		Info SW	INFOスイッチ	ON / OFF
G Heater	グリップヒーター	OFF / L / H		Od	オドメーター	km
Clock	システムクロック	sec		Ambient	周囲明るさ	DARK / LIGHT
Air	吸気温度	℃		Eng.	エンジン温度	℃

CANデータの解析とプログラムのデバッグ用として、CANバスを流れるデータを16進数で表示させる「ダンプモード」を作り込んであります。
というか、このモードを先に作って、それぞれのデータの意味付けを解析したわけです。

海外のBMWバイク愛好家のforumや GitHub上の情報、および自身によるデータ解析の結果、ウインカーやギヤポジショ­ンなどの簡単で分かり易い情報はバッチリ読み取りに成功しましたが、、、
実は、何を表しているか不明なデー­タもいろいろ見えています。

また、きっと流れているはずなのに、どのデータがそれを示しているか発見できていないものもあります。

ちなみに、このArduinoマイコン側から CANに任意のデータ（コマンド）を流し込むことも簡単にできるのですが、、、どんなコマンドがどのような意味を持つのか、という情報を、今のところ一切持ち合わせていないので、まったく実験していません。
ランダムに試すような実験はとても怖いので。。。

もし、送出コマンドに関する情報が得られれば、試してみたいとは思っていますが。(^^;;;

カラーTFTシールドが到着。早速動作確認！

Arduino用に、シリアル接続の、2.2インチ、カラー液晶ディスプレイをAmazonから発注していたのですが、本日届きました。　
3/10発注で3/22到着なので、２週間弱。。。　　届いた封筒には「航空便」と書いてあるんだけど、実際にはどういう経路で届いたのかサッパリ不明です。(^^;

発注から２週間近く掛かりましたが、送料込みでわずか 885円ですから、それくらいの待ち時間は大目に見ましょう。　というか、前回の中国発送のブツは１ヵ月以上待たされたので、今回はむしろ速く届いた感じ。(^^;;;

問題は、ちゃんと動くかどうか。
これには、現物の品質という意味と、適切な情報に到達できるかどうか、という２つの意味があります。

 なんたって、説明書はおろか、一切の情報源への誘導はなく、入っていた袋に貼られていたラベルから、使用しているデバイスがILI9225という型番らしい、、、ということが分かるくらい。。。

でもまぁ、結果的にはご覧のように無事に動かせました～！

 たったの220x176という低解像度ではありますが、カラーのグラフィックディスプレイです。TK-80がTK-80BS、いやPC-8001になったくらいの感じ？(^^;;;

 ちょっと描画速度が遅いのが気になるけど、、、PC-8001とかもこんなもんだったっけなぁ。

CAN-BUSシールドの準備

Arduino(マイコンボード)に接続するCAN-BUSシールド（子ボード）の入手とセットアップです。
先に動画にまとめてしまうと、こんな様子。

先日の記事（CAN-BUSシールド調査中）でどちらを選ぶか悩みましたが、結局 Sparkfunにしました。

シールドは完成品だけど、Arduinoのメインボードと連結するためにはこのピンソケットをはんだ付けする必要があります。

 さぁーはんだ付けだ！　と意気込んで準備したけど、今回はピンソケットを付けるだけでしたっけ。。。(^^;

Arduinoのメインボード（写真の下側のボード）のUSBコネクタが上のシールド（子ボード）に干渉し、ピッタリ入らない。。。(;_;) 　　ま、いっか。(^^;

CAN-BUSシールドにD-sub 9ピンのコネクタが付いているので、バイクとの接続（実験）用のフィクスチャを自作しました。　市販のRS232Cケーブルをぶった切って、使う予定の４本にピン先を付けただけですけど。(^^;

 これで、一応、自分のバイクのCAN-BUSをArduinoで読み出せるようになる、、、はず。(^^;;;

バイクのCAN-BUS信号をオシロスコープで観測してみた

R1200GSの電装系をいじくりたくて調べていたら、このバイクには CAN-Bus (CANバス)が採用されていて、各種コントローラやユニット同士がこれを通じて制御されていることが分かりました。
つまり、CANバス信号をモニタすることができれば、車速やエンジン回転数、ギヤポジション、ウインカーの状態などなどを知ることができるはず。。。

CAN-Busは規格化された通信方式ですが、このバイクに使われている方式（電気的な仕様や通信プロトコル）がどこまで規格通りなのか分かりません。
「どうぞご自由にお使い下さい」とユーザーに公開されたものではないので独自方式が採用されている可能性もあります。

そこで、実際にどのような信号（データ）が流れているのか、オシロスコープで覗いてみることにしました。
結果としては大成功！　オシロでCANバス信号をデコードすることに成功しました！！

以下、今回の作業の様子です。

まずはリヤフェンダーをバラして、、、車両の基幹CANバスの端っこのコネクタを取り出します。

 これが、お目当てのコネクタ。
本来は、オプション装備のＤＷＡ（盗難警報装置）のユニットに接続されるコネクタですが、このバイクにはＤＷＡが無いので、ダミーのコネクタに接続されています。

 ダミーコネクタは単なるキャップではなく、中に抵抗が入っていました。
CANの教科書通り、120Ωの終端抵抗です。

ブレッドボード用のジャンパーケーブルで CAN-H と CAN-L ２本の信号線を引き出します。
CANは差動信号なので、オシロスコープとの接続にはマジメに差動プローブを使用しました。

 使用するオシロスコープは、借用品の「KEYSIGHT InfiniiVision MSOX2024A」です。
このオシロには CAN信号を観測するための機能が備わっていますが、自分は初めて使うので、まずはデモ画面でどんなふうに測定できるのかイメージをつかみます。
とても分かり易い！

 オシロを屋外で使用することは滅多にないだろうけど、、、画面は大きいし明るいので電源さえあれば屋外でも問題無く使えそうですね。

 差動プローブをバイクのコネクタの CAN-H, CAN-L ２本の信号線に繋げて見ると、、、
呆気ないほど簡単に、CAN信号がデコード表示されました！！

 ホントのところ、正しくデータを読み取れているのかどうか、この時点ではサッパリ分かっていないのですが、、、少なくともオシロの機能として、エラー無くデコードできていると表示してくれているので、きっと大丈夫なはず。。。(^^;
（ちなみに後日の解析で、完璧なデータ取得であったことが確認できました）

ＵＳＢメモリスティックにセーブして、大量のデータを後でじっくり解析することが可能です。
このデータに、スロットル開度や車速、各種電装系のスイッチ状態などの情報が載っています。

これは記念撮影用のポジション。　 オシロをこんなところに載せてはいけませんよね。(^^;
昔のオシロと違って、こんなところに載せられるほど小型軽量になったわけですが。v(^o^)

 CANバスに接続されている、様々なユニットからデータが送り出されていることが分かります。
データが送出される頻度（ペース）もいろいろで、1ms毎に送られているデータ（つまり１秒間に1000回）ものもあれば、10msごとや 100msごとのデータもあるようです。

オシロの性能（機能）のお陰で予想以上に簡単にCAN信号を観測することができましたが、残念ながらオシロを繋げた状態で走ることはできないし、CAN信号をデコードしても単なる１６進数のデータの羅列で、これを見ているだけではどれがエンジンの回転数でどれがウインカーの信号なのかもサッパリ分かりません。

次のステップは、Arduinoマイコンボードを用いて CANデータを読解すること。。。
そのためのハードウェアとソフトウェアをいじくるプロジェクトに移行します。

バイクの車体側について、毎回リヤフェンダーをばらさないとCANバスにアクセスできないのでは困るので、、、
リヤフェンダー内のハーネスの束ね方を少しいじって、シート下のアクセスしやすいところに、このコネクタを移動させておくことにします。

具体的な様子は後日の記事にて。

CANバス信号の取り出しポイント

バイク(BMW R1200GS)の CAN BUSデータを覗いてみたくて、あれこれ調べてみたところ、海外のBMWバイク愛好家サイトの情報から、CAN信号の取り出しポイントとして使えそうなアテが見つかりました。

このバイクには、オプションでリヤフェンダー内に DWA(盗難警報装置)のユニットが収まるのですが、そのDWAには車両の基幹CANバスが直結されます。

で、私のバイクにはDWAは取り付けていないので、そこの空きコネクタから CANバスにアクセスできる、、、はずです。

＃　ちなみにＤＷＡは付けていませんが、他の盗難防止策は講じてあります。(^^;

 タンデムシートの下にあたる、この荷台部分を外せば目的のワイヤーハーネスとコネクタに到達できるはずなのですが、、、実は、これを外すには、その上の、トップケース用の台座のところから外していかなければならないことが分かりました。

 整備解説書(Rep-ROM)で DWAの取り外し方を調べたら、リヤフェンダーの裏側（タイヤ側）から取り外す手順が書かれていたので、素直に従うことにします。

ほぼ同じ角度（車体の左後ろ）から見た現物。
私のバイクには DWAのユニットはありません。

 反対側（車体の右後ろ）から見ればこんな感じ。

車体のほぼ真後ろからだとこうなります。

DWAユニットの代わりにダミーのコネクタキャップがフェンダーに取り付けられており、そこにCANバスケーブルのコネクタが接続されていました。

そのコネクタを外してみたところ。

しっかりとした造りの 防水防塵コネクタです。　・・・高そう。(^^;

コネクタのパーツ番号刻印「BMW 8364620-06」「tyco 1-967369-1」

 コネクタに来ている線は5本。
このうちの２本がお目当ての、CAN-L と CAN-H という CANの差動信号線。
１本がGNDで、１本はバイクのメインキースイッチに連動した１２Ｖ、もう１本はどうやらバッテリー直結の常時１２Ｖです。　怖っ！

さて、CAN信号へのアクセスポイントは見つかったので、今度はその信号の内容をどうやって見るか。。。

次の記事に続く。