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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。

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。

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。

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。

 

12月10日に発注した猫の手2号の基板が大晦日の本日到着。ということで、早速イメージ比較。

今回の基板は設計としては2作目。ビアやネジ穴がうまく作れているかどうかが課題だった。ネジ穴はメッキなしで開けられている。ビアドリル径は0.4㎜で製造上の最小穴径0.3㎜より僅かに大きくしてあるが、それでもレジストに埋まってしまうくらい細い。ベタGNDの隙間が目立つが、ケース組み込みの都合でサイズや実装上の制約が厳しいこともあってこれ以上追求しなかった。レジストが若干ズレていて、Dサブの異形パッド周辺が目立つがギリギリ許容範囲。

パターン面だが、トランジスタやタクトスイッチはこちらの面に実装する。R2とR3のシルクはこちら側にプリントしてあるが、実際はICソケットの下の隙間に実装する。これでギリギリケースに組み込みが可能。これ以上部品を増やせないのでPICはPORTCのプルアップ抵抗が不要の16F1823とした。

Vカットの隙間は1㎜以上確保したが、カット誤差でギリギリな感じ。次回からは1.2㎜くらい開けたほうがいいかも。ちなみにタクトスイッチ（SW1/2）の中心位置にメッキ無し穴を開けているが、これはケース加工用のガイド穴。タクトスイッチを実装しない状態でケースにネジ固定し、その状態でガイド穴に1㎜のドリルを挿しこんでタクトスイッチ穴のセンター出しをする。穴を3.2㎜に拡大した後でスイッチを基板に挿しこんで再度ネジ固定し、ガイド穴からタクトスイッチを押し出して高さ調節した状態ではんだ付けする。これで簡単かつ正確にケース穴の位置決めができる仕組み。

10枚面付けを5枚発注したので猫の手2号50個分が手に入ったが、50個もケース加工するのは大変そう…。まぁ、そんなに需要があるかどうかは分からないけど。

FusionPCBには5種類の基板を発注したが、それぞれ送料込のキャンペーン価格で申し込んでいるので別便で到着する。12月10日に猫の手2号を、12月11日に猫の手3号b、3号c、1号を発注したが、今回は猫の手3号bが到着した。

早速KiCadのイメージと比較してみる。

今回はレジストの色に黒を指定。FuisonPCBはレジストのカラーを変えても値段は同じだった。黒レジストはパターンが視認しづらくて回路デバッグに難ありと聴いているが、この回路ならデバッグの必要もないかと。例によってスキャナーによる画像なので、パターンが黒ずんで見えるが、実際は半田メッキされている。

目視チェックでは大きな問題は無さそう。VカットのラインでURL表示のシルク印刷が少し削られている個体があったが、コントローラに組み込んでしまうと読めなくなるし、実用上は差支えなし。Trのパターンは足間隔の狭いフットプリントを選んだので実装の際にはブリッジしないように要注意かも。

残り3種類の基板は配送状況を追跡しているが、2号、1号、3号cの順番で到着する見込み。

猫の手リモコンシリーズの量産は年明けに部品を調達しないと進まないので、新しい関連製品を開発してみた。猫の手リモコン送信機を利用してタミヤのリモコン戦車のような2モーターで動くオモチャを動かしてみようというもの。せっかくなので、トリガA/BやSELECT/STARTで他のモーターも駆動できるように汎用性を持たせてある。戦車やショベルドーザーに組み込んで砲塔やアームを駆動しながら走行するようなこともできる。

走行用のモータードライバはTA7291Pを使用。アームや砲塔等のオプション駆動用にはハーフブリッジドライバ（4個入り）のSN754401NEを使ってみた。双方向のモーターを2個、または片方向4個まで駆動できるはず（電源が負荷に耐えられるかどうかは不明）。オプションはトリガA/BとSELECT/STARTボタンで操作可能だが、JP2でSELECTの代わりにEX2(SELECT+START+上コマンド)に割り当てたり、JP3でSTARTの代わりにEX3(SELECT+START+下コマンド)に割り当てることもできる。ちなみにEX1はSELECT+START+左コマンドでon/offがトグルする。

基板サイズは100x100mmの基板に4枚面付けできるよう50x50mmに設定した。固定用のネジ穴間隔は40mmでタミヤのユニバーサルプレート（5mm間隔）に合わせてある。組み立て易さ重視でリードタイプの部品で構成したが、かなりギッチギチな感じ。

３D表示で部品を実装したイメージを見ると一部３Dデータの無い部品が表示されないが、案外無難に納まっているような感じもする。トリガA/BはインジケータLED付き。前方のLEDはヘッドライト用で電源投入時は常時点灯する（スイッチ消し忘れ防止の意味あり）。半固定抵抗は走行用モーターの速度調節用。

パターン面はこんな具合。実装密度が高そうに見えて、意外とあっさりパターンが引けてしまった。両面2層でICの足の隙間にパターンを這わせることができるのは基板製作の大きなメリットと感じた次第。一応ビアなしでも配線できるが、やたら遠回りになってしまう1箇所だけビアを使った。

今から発注しても学校の冬休みには間に合わないが、来年の夏休みの工作のネタにいいかも。

 

ようやく最初に発注した猫の手4号基板が到着。12月5日に発注し、24日に到着したので20日を要したことになる。

7.9$キャンペーン価格でのオーダーは自動的にSingapore Postでの発送となっていたが、一応書留扱いなのでFusionPCBのOrder historyでTracking numberを調べて、こちらのサイトから追跡することができた。

http://www.17track.net/ja

追跡中のスクリーンショットがコチラ。

12月5日に発注したものが12日に出荷され、19日にシンガポールの国際交換局から発送、22日に日本の交換局に到着したらしい。シンガポールで1週間ほど足止めを食らっていたようだが、これで普通なんだとか。

国内に入ってからは日本郵便で追跡可能。

https://trackings.post.japanpost.jp/services/srv/search/input

日本に到着した日の朝に通関処理され、通常の郵便と同様の日数で配達された。後からオーダーした1号～3号基板も順次出荷されているようだが、ほぼ同時に発注した1号、3号b、3号cの出荷日が前後していたり、国際交換局に到着した順が入れ替わっていたりしていて、発注から到着までの日数はかなりバラつきがありそう。

さて、到着した4号基板を検証。KiCadで作った３Dイメージと現物のスキャン画像を並べてみる。まずは部品面から。

現物スキャンイメージではレジストのかかっていないPAD部分が黒っぽく見えるが、実際は半田メッキされており、銀色に光っている。次はパターン面。

細かく見ると僅かなキズや汚れはあるものの、仕上がりが心配だった自作フットプリントのDサブ端子のスルーホールは問題なく、パターンとホールがズレていたりシルクがパターンにかかるような致命的なエラーも無さそう。シルク印刷は少しガタガタしているが、性能には影響しないし値段を考えたら全然問題ないと思う。サイトURLの部分はKiCadで0.1mmで線を引いてしまったが、FusionPCBではシルク幅は0.15mm以上になるので出来上がったものは少し太くなっている。Vカットも指定通り３ｘ４で加工されていて、若干ズレがあるが表裏の溝は一致しており許容範囲。これを追加料金無しでやってくれるのは有難い。

組み立てるためには部品を発注しないとならないが、年明けになる見込み。部品点数は少ないが、FCのDサブ15pもどきの加工が面倒くさいんだよなぁ…。