虎の手リモコン

takedaさんと共同で開発していた虎の手リモコンシリーズの送信機「虎の手3号SS」を間もなく家電のKENちゃんさんでリリースの予定→8月12日に店頭販売開始となった。

家電のKENちゃんさんの当方の出品物販売ページはコチラ。

https://kadenken.com/shopbrand/ct142/

頒布できるのは送信機「虎の手3号SS」の組み込みキットのみであるが、試作機含めて虎の手1号~3号のラインナップを公開。

純正SSコードレスと虎の手リモコン

虎の手リモコンとは、セガサターン純正のコードレスパッドと互換性のある赤外線リモコンシステムで、8方向+10トリガまで、2人同時プレイに対応したもの。送信機には「虎の手モード」と「猫かぶりモード」があり、虎の手モードで純正SSコードレス互換機として動作、猫かぶりモードで猫の手リモコンとして動作する。


・虎の手1号

SSコードレスと同等の性能を持ったセガサターン実機用の受信機。純正品の赤外線信号フォーマットをtakedaさんが解析して製作したもの。私は回路考案とファーム開発を担当した。

虎の手リモコンや純正のコードレスPADで使うことができるが、オリジナルの受信機とは若干の相違点がある。純正は受信機側に連射機能(1段階)があるが、虎の手1号には連射機能なし。その代わり、虎の手リモコンでは送信機側に連射機能(3段階)を持たせている。

受光インジケータLEDは1P/2P信号を受けると赤・緑が点灯する。連射インジケータの役割もあり、虎の手送信機のトリガを連射モードに設定し、トリガ単独で押下することで設定された連射速度で点滅する。受光状態を確認できるこのLEDは地味に便利。

内部の様子。オリジナルはカスタムICで受光プログラムを走らせているようだが、虎の手1号はPICマイコン16F1823と74HC670x2の構成で、プログラムはゼロから機械語で書いている。受光性能はほぼ純正品と同等で、60fps・1フレーム未満の遅延で応答する。

受光ICは純正品と同じU2505Bで、フォトダイオードで捉えた400kHzキャリアの赤外線信号を読み取れる(受光回路はシールド板で囲っているので画像では見えない)。U2505Bは製造中止品のため入手難であり、ケース加工やコネクタ入手の問題もあるため、製品化の予定は無し。


・虎の手2号

猫の手3号cの基板と市販のPSコントローラ-USBアダプタを流用して製作したもの。PS用のノーマルコントローラ相当のジョイスティックを接続可能。「虎の手モード」では1P/2Pモードに切り替えでき、SS用受信機があれば実機でコードレスPADと併用して二人同時プレイも楽しめる。電源投入時にSELECT+STARボタンをホールドしておくことで「猫かぶりモード」に設定することができ、猫の手リモコンの送信機としても使用可能。

猫の手3号cと同じ回路構成だが使用PICが異なる。画像のLED内蔵ボタンは動作インジケータ兼WakeUpトリガ。LEDはスリープで消灯する。電池は単三型Ni-MHx3本で、電池ホルダーは背面に貼り付けてある。こちらの送信機も材料入手の都合で製品化の予定は無し。


・虎の手3号SS

純正SSPADに基板を組み込んで赤外線ワイヤレス送信機に改造したもの。純正SSコードレスと信号互換の「虎の手モード」と猫の手リモコン互換の「猫かぶりモード」に切り替えて使える。純正SSコードレス受信機を持っていればSS実機でゲームをプレイ可能。猫の手1号などの受信機があればMSXやファミコンでゲームをプレイできる。

中央の黒いボタンは、純正コードレスのFUNCキーの役割とスリープ状態からのWakeUpキーを兼ねている。純正と異なり、テレビリモコンの機能はないが、FUNC+START+トリガ押下で3段階(7.5/15/30)の連射機能あり(虎の手モードのみ)。

単4乾電池(またはNi-MH電池)2本で動作する。電池BOXはプレイの邪魔にならない位置で、電池を入れても今時のPADと比べて軽量。虎の手・猫かぶりモードは電池投入時のLRボタンの状態で設定する。Lで虎の手1P、Rで虎の手2P、L+Rで猫かぶりモードに設定される。マイコンは3分間操作無しでスリープ状態に移行し、電池は結構長持ちする

いつものようにサブ基板搭載での改造。コネクタを引っこ抜いてピンヘッダを半田付けして基板を増設するだけでなのでお手軽。ケースの穴あけ加工については位置決めシールを添付したので難しくないと思う。

キット内容
穴あけガイドシール

使用説明書:
http://niga2.sytes.net/upfile/tora3ss.pdf

改造手順書:
http://niga2.sytes.net/upfile/tora3ssk.pdf

ちなみに製品の基板は出荷前に全数チェッカーで動作確認済み。

基板チェッカー

出荷

量産した猫の手シリーズを本日出荷した。

QRコードは説明書PDFのURL。店頭でスマホで読み取ると説明書全文をダウンロードできる仕組み。3号キットは説明書PDF内のリンクから改造手順書もダウンロードできる。リンク先は自宅サーバーなので落ちないようにしなくては。

あと、電子工作マガジンに投稿したデジタルアンプ基板が余っているので、これをフルキットにして委託販売することにした。プログラム書き込み済PIC同梱で面実装のアンプICは基板に実装済みなので製作の敷居は下がったと思う。

全説明書のURLはコチラ。

猫の手1号:niga2.sytes.net/upfile/neko1.pdf
猫の手2号:niga2.sytes.net/upfile/neko2.pdf
猫の手3号共通:http://niga2.sytes.net/upfile/neko3.pdf
猫の手3号b改造手順書:http://niga2.sytes.net/upfile/neko3b.pdf
猫の手3号c改造手順書:http://niga2.sytes.net/upfile/neko3c.pdf
猫の手4号:niga2.sytes.net/upfile/neko4.pdf
電子工作マガジンのアンプ:http://niga2.sytes.net/upfile/IRamp.pdf

実際にお店で応答性能を確認できるように店頭デモ用の受信機や3号完成品も同梱した。週末にはお店に並ぶかも。

 

基板チェッカー

猫の手3号は組み立てキットとしてリリースするため、出荷する基板が良品か否か、組み込み前に調べる必要がある。M.A.D.社からのリリースが滞ってしまった主な理由がコレで、簡単にチェックできる装置の必要性は感じており、今回重い腰上げてチェッカーを作成した。

猫の手3号b用のチェッカーがコチラ。内部の2mmピッチの5pパターンにピンヘッダとピンソケットを継ぎ足してかさ上げし、ケース背面からキット基板を直接挿し込めるようにしてある。

鰐口クリップはWakeUp信号用のもので、Rボタンへ配線してある。電源のピンソケットを差し込むと動作するので一通りの操作をチェックできる。

猫の手3号c用のチェッカーがコチラ。ピンソケットを長めのピンヘッダでかさ上げしてある。基板は赤外LED非実装の状態のためテスト用のLEDが必要で、足にスルーホール用テストピンを半田付けしている。鰐口クリップはR2ボタンに増設したダイオードに接続してある。

テスト対象を挿しこみ、LEDと鰐口クリップと電源を接続すると動作する。これらのチェッカーで製造した基板が全品動作品であることを確認した。

D-SUBコネクタ加工方法

猫の手リモコン受信機で使うDサブコネクタの加工方法について、試行錯誤の末辿りついた我流のやり方ではあるが、備忘録として記録しておく。

Dサブ9pはMSX本体によっては金具の出っ張りが本体に干渉して奥まで刺さらない。15pの方はファミコンの拡張端子と同じ形状であるが、金具だけでなく、中の樹脂部分の出っ張りが邪魔で奥まで刺さらない。

まずは金具のカシメ部分(ネジ穴)を金工用ドリルで皿モミする。ステンレス用のビットを使うのがbetter。

このくらい削っておけば殻割りできる。

Dサブ15pの方も同様に殻割りして中身を取り出す。金具は燃えないゴミに捨てる。

15pの方は一旦ピンを全部引っこ抜き、ベンチバイスに固定して棒ヤスリでゴリゴリ削る。

棒ヤスリで4辺を削ったところ。

角はルーターで削って仕上げる。このルーターはステンドグラス製作で使うガラス用。プラを削るには効率が悪いが仕上がりは綺麗になる。

削り終わったところ。バリはナイフで削ぎ落とす。

15pの方はピンを戻しておく。全ピン使うと着脱が固くなるのでファミコンの1コンに必要なピンだけにした。

プラ部品の接合にはアルミの粘着テープを使う。手前がダクト・水回り補修等で使うアルミテープでホムセンで売っているもの。奥のはガラスファイバー入りで昔ラジコンのポリカボディの加工用に買ったもの。機械的強度が稼げるが厚みが出るのが難点。今回は普通のアルミテープで十分。

短冊に切ったアルミテープを接合部分に巻きつける。

手で軽く馴染ませたらペグという道具でさらになじませる。

ちなみにアルミ短冊のサイズはこのとおり。9p用は7x55mm、15p用は6x60mmに切ると丁度良い。

コネクタの加工はこれで完成。15pは削る工程が面倒くさい。

1個や2個作るくらいなら大した作業量ではないが、1ダース作ろうとすると地味に大変だったりする。

猫の手3号c製品版試作

初代プレステのノーマルコントローラをレトロPC&ファミコン用に赤外線ワイヤレス化する改造基板「猫の手3号c」基板の試作を行った。まずは部品実装状態から。

PSノーマルPADは製造時期・工場によって複数のリビジョンがあるが、基板にHOSIDENとシルクのあるものはコネクタのピンアサインが他と異なるという困った仕様。幸いPICはプログラムでピンの機能を変更できるので、起動時にJP1の状態を読んでモードを切り替えている。今回はホシデン製のコントローラでテストするのでJP1は半田を盛ってショートした。ちなみにJ1から伸びているワイヤーはWakeUpトリガ用。

組み込み後は見えなくなる基板裏側。コントローラ基板のコネクタ位置はリビジョンにより微妙に異なるので、LEDは仮組みして位置を合わせた状態で半田付けする。

ガワにも問題なく組み込めたが、内部の構造もコントローラによって多少異なるため、一通りの検証作業は必要。

WakeUpトリガ用のワイヤーはコチラに接続。R2ボタンのワイヤー(3本のうち左側)を引っこ抜いて基板にダイオードのアノード側を接続し、カソード側に引っこ抜いたワイヤーとJ1に接続されたワイヤーを半田付けする。マイコンは3分間無操作でスリープするが、R2ボタン押下で動作再開する。

以上で今回作成したすべての基板での試作が完了した。初めての基板設計であったが特に大きなミスも無いようなので部品を発注して量産体制に入ろうと思う。

猫の手2号製品版試作

猫の手2号はMSXやメガドライブ用のジョイスティックを外付けしてワイヤレス化するためのデバイス。今回作成した基板での試作と動作チェックを行った。まずは基板に部品を実装した状態がコチラ。部品干渉や穴径など特に問題なし。

単三電池のケースへ組み込むために諸々工夫して部品を配置している。ファームをICSPで書き換える仕組みが無いのでICソケットを使用

単三電池ケースに組み込んだところ。専用基板になったことで製品版っぽくなった。コチラ側にPICを実装したのはケース組み込み後に着脱できるようにしたため。

ケース加工手順は、まずDサブの穴を開けて基板を挿しこんだ状態でネジ穴を開け、ネジでケースに固定した状態でボタン穴を加工する。よってタクトスイッチはケース加工が終わってから実装する必要あり。位置決めは比較的簡単であるが、Dサブ穴を開けるのは結構大変。赤外線LEDは電池ケースのケーブル穴を拡大して挿しこんでいる。

なお、タクトスイッチはMSX仕様のジョイスティック接続時は青がSELECT、赤がSTARTボタンとなる。ファミコン+猫の手4号受信機でのプレイ時や連射等の猫の手コマンド(連射機能設定等)送信で使用する。

Dサブ9pコネクタはケースにネジ止めしていないためコネクタ着脱時のストレスが半田付け部分に集中する。ここを強化しておかないといずれパターンが剥離・断線すると予想されるが、猫の手シリーズではパッドをスルーホール化したフットプリントを作成することで接合強度を確保したつもり(1号、4号も同様)。スルーホールが横方向の応力に対してアンカーの役割を果たすので簡単には剥離しないと思う。

猫の手2号は電源が必要なジョイスティックやメガドライブ仕様のPADにも対応しているが、3V程度の電源で動作するものに限る。ウチで動作確認したところ、メガドライブの純正3B/6Bコントローラは使用可能であった。マイコンソフトのXE-1 ST2(PCモード/SEGAモード)でも安定動作した。海外の安いMD互換PADで動作するかは不明。なお、MSXとメガドラのPADは仕様が異なるが猫の手2号ではPICが起動時に接続されているPADを調べてモードを切り替えている。よってPADの繋ぎ替えは電源OFFで行う必要あり。ジョイスティック側の連射機能の使用は推奨しない。電池の消耗が早くなり、通信が不安定になる恐れがあるため。連射が必要な局面では猫の手受信機(1号・4号)内蔵の連射機能が使える。

運用中は3分間無操作でスリープするので電源スイッチを切り忘れても電池が消耗する心配はほとんどない。スリープ時は赤いタクトスイッチを押下すると動作再開。なお、MDモード時はPADのCボタンがSELECT、STARTがそのままSTARTボタンとなり、タクトスイッチの役割はWakeUp機能のみとなる。

猫の手1号&4号製品版試作

猫の手シリーズの基板が全て揃ったところで試作をしてみた。猫の手1号(MSX用受信機)と猫の手4号(FC用受信機の2つ)。なんとなく1号基板はMSXぽく青レジスト、4号はファミコンぽく赤レジストにしてある。

幸い部品の干渉や穴径間違い等の致命的なミスもなく組み立てられた。ちなみにLEDの並びはMSX用とFC用は逆にしてある。FCのコントローラはトリガが左からBAの順で並んでいるが、MSXはABの順になっているものが多いため(例外はあり)。MSX用は右側のポートに挿して使うことを想定しているが、左側のポートでは並びが反対になるし、LEDの色でABを識別できるのであまり気にしなくてもいいのかも。

FC用のコネクタは基板に15pのパターンを用意しているが、ピンが多いと本体に着脱しにくくなるため、物理的or電気的に必要なピンだけ残して実装した。

半田のヤニであまり綺麗ではないが、裏側はこんな感じ。この肉球マークが赤外線信号の互換性を示す目印になるかなと。

ICソケットは不使用としてジャンパーピンヘッダも2㎜ピッチにしたので全体的に高さを抑えられている。ファームウエアはDサブピンとジャンパーピンを使って書き換えが可能になっているので問題なし。

なお、FC用のDサブ15pもどきはコネクタをバラして余分な出っ張りを削らなければならない。今回はステンドグラス製作で使うガラスルーターを使って削ってみたが、それでも固くて削りにくかった。製品として数を用意するのは骨が折れそう。

これら動作チェックも特に問題なし。部品を調達すれば量産体制に入れる。

シリーズ全基板揃い踏み

最後の猫の手3号c(PSノーマルPAD送信機)の基板が到着。12月11日にまとめて3種類の基板を発注したが、この基板だけ何故か出荷が遅かった。製造工場で失敗して作り直していたのかも。猫の手1号~4号の5種類の基板が揃ったところで記念撮影。

今回到着した3号cのイメージを比較してみる。

黒レジストでパターンはまったく見えないが、今回はJP1/JP2の異形パッドがうまく出来ているかが課題。画像は黒く見えるがパッドは半田メッキされている。JP1はOPEN、JP2はCLOSEのパターンで作ったが、肉眼的には問題ない模様。JP1はホシデン製のコントローラに組み込む時に半田を盛ってショートにする。

シルクは1×1㎜(太さ0.15㎜)の文字も判読可能。実は1か所やっちまったところがあるが、些細な表記ミスであり、実害はないので見なかったことにする(笑。次回ロットを作ることがあればコッソリ修正。

今回の基板はVカットの誤差が少なく、シルクが削られている部分は認められなかった。とはいえ、パターンギリギリなところまで溝が来ているので、Vカットの隙間には基板メーカー基準値より余裕を持たせた方が良いと思われる。

3号b製品版の試作とモーター制御

猫の手リモコンでモーター玩具を制御するテストタイプができた。まずは動画。

猫の手1号Jr.(モータードライバ仕様)受信機は適当な家電リモコンでコード登録しても操作できるが、猫の手3号b(SFC-PAD送信機)の十字キーは操作しやすく、60fps相当の赤外線フォーマットなので応答性も良好。

今回は製品版基板のテストを兼ねて新作3号b基板を組み込んでみた。電池ケースがやや突出しているが、ここがPADの構造と干渉せず、持ったときに邪魔にならない位置で最も合理的。

オリジナルのスーファミPADの基板に3号b基板を増設する手法での改造。Rボタンの2本の配線はWakeUp信号用。送信機は無操作3分でスリープ状態に移行するため、再開時は一度Rボタンを押下する。組み立てキットとしては増設用の小基板に部品実装した状態でのリリース予定で、コントローラの調達・加工(ケーブル引っこ抜き、基板増設、Rボタン配線、電池ボックス接続)が必要となる。基板のパッドを痛めずにケーブルを引っこ抜けるかどうかが改造初心者にはネックになるかも。ちなみに今回の試作基板は子供の冬休み工作ネタとして製作したので、実装作業は小学生が担当。そのためRやDが少し斜めっていたりする。

このタミヤ工作キットのリモコンタンクは昨年の子供の夏休みの工作ネタだったもの。製作当時は市販リモコンのコードを登録して操縦するしかなかったが、今回は猫の手1号Jr.のファームウエアを改修して猫の手リモコンに対応させた。

回路図はこんな感じ。PICマイコンは8本足の12F629で、回路としては非常にシンプル。十字キーの方向を2モーターの回転制御信号にエンコードし、モータードライバTA7291Pを通して制御している。十字キーを斜めに入れると信地旋回、左右に入れると超信地旋回するようにプログラムした。

ブレッドボードの実体図はこんな感じ。電源は単三型エネループ4本で4.8V。130型モーターに対して電圧が高すぎる気もするが、モータードライバ内部のトランジスタブリッジで意外と電圧降下するらしく、3本の3.6Vだとパワー不足だった。電圧降下分モータードライバが発熱し、遊び続けると熱々になるので要注意。TA7291Pにはサーマルプロテクションがあるので壊れることはないと思うが迂闊に触ると火傷するかも。

電池BOXはブレッドボードの下に配置して、まとめてモビロンバンドで固定している。直進させてみたところやや右に向いてしまうので左側TA7291PのVrefにトリマVRを取り付けた。左右のモーターの特性のバラつきに由来するものと思われるが、速い方を遅くするだけでよいのでトリマVRは片側だけで問題なし。

1トリガボタンに対応しているので、とりあえずLEDが光るようにしているが、発射音が出るサウンドICと組み合わせると面白いと思う。

元旦に猫の手1号

郵便局は元旦でも書留郵便を配達してくれて猫の手1号基板が到着。お仕事お疲れ様です。

拡大すると小キズが見えてしまうが、肉眼的にはほとんど分からないかも。やはりVカットの精度はさほど高くなく、モノによっては少しズレが気になるが機能上は差支えないレベルではある。とはいえシルクがVカットで削られている部分もあり、今後は余白を広め(1.2㎜以上)にしたほうが良さそう。

今回の基板はシルクやレジストの剥離がやや目立つところがあったが、1個あたりの製造原価20円以下の基板にあまり贅沢も言えないかなと。基板5枚に2×6の面付けなので、猫の手1号60個分。ほとんどは問題なく使えるレベルと思われる。

残りの3号c基板は仕上がりが遅かった模様でまだ国内に到着せず。届くのは正月休み明けになると思われる。