A ラジコン、赤外線、リモコン (21)
230623 プラレール踏切警報機、自作基板で改造（Ｒ８Ｃ電子オルゴール）
[2023年07月14日（Fri）]
おもちゃクリニックゆりかご「やまのい診療所」、育児支援施設から預り入院の重症患者、今回は故障した基板に代えて、Ｒ８Ｃ電子オルゴールの自作基板で換装する。
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【初診状況】
プラレール踏切警報機（2023 診療状況一覧 より）
症状：警報音が鳴らない、光らない
治療：電池液漏れが酷く、配線や基板まで浸潤
基板にまでサビ腐食で重症
本来の姿ではないが、楽しく遊べるように
基板を自作して換装する方針で、調査中
退院：長期入院は必須、しばらくお待ちください
電池液漏れ跡がひどく、相当重症
多分、長らく放置されていた様子
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ウラから分解点検、2001年製の基板
LED点滅と圧電ブザーを鳴らすもの
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電池ＢＯＸからの液漏れが配線伝いに
基板まで浸潤、サビ腐食が進んでいた
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液漏れ後も放置された様子
22年間、お疲れさまでした
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踏切レールの下にも、リーフＳＷあり
左側が変形して、常にオン状態だった
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【基板回路】
COB（チップオンボードＩＣ）もなく、全部ディスクリート部品
LED点滅と圧電ブザーだけにしては、そもそも大げさな基板だが、、、
サビ腐食により持ち上がったレジストを除去し
パターンを研磨後、半田メッキしたが回復不能
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一見、キレイに見えるが、残念ながら復活には至らず。
元々の電子ブザー音とLED点滅だけのために、この基板の回路解析する気にならない。
【周辺回路】
警報切換えレバーは、OFF／AUTO／ONの３ポジション方式
園長先生や他先生方も、22年前の機能は分からないとのこと
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３ポジションＳＷの仕組みを、分解点検
大きな金属板によるスライド接点である
警報ランプからの配線は、赤２本と黒２本
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青レール下のリーフＳＷ、左側の変形を元の形状に戻して観察
遮断機バーを手で下ろしたり、列車が通過したときに接点オン
左右どちらかでもオンになると、トリガ信号が得られる仕様
列車３両の通過で「ON」３秒弱、「HI」では２秒弱の信号
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簡易DSOで波形を見る限り、きれいな矩形波
大きなチャタリングや波形訛りは見られない
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【治療方針】
園長先生のご了解が得られれば、当クリニックとしては久々の電子オルゴール回路で換装したい。
まずは、基板以外の周辺部品をザッと図面上に並べてみる
入力（電池、レバーSW、リーフSW）、出力（LED、SP）
※この図では、３ＰスライドSWを機能別に（電源SWと演奏SWに）置き換えている。
また、踏切リーフSWも視覚的に現物の形状に見えるように、２個並列接続している。
イメージを膨らませるため、リアルな単線踏切を調査見学
調査と並行して、園長先生からも ご了解、治療方針の一任 を貰うことが出来たので、これらの情報を元に、電子オルゴール用ファームウェア開発者「名張市つつじが丘おもちゃ病院」に、カスタマイズの相談を進めていく。
【開発要件】
「名張市つつじが丘おもちゃ病院」 の Dr.大泉さまに相談しながら、ファーム開発要件を決定していく。（以下、メールから抜粋）
今回もご指導のほど、何卒よろしくお願い申し上げます。
①ハード面
・ターゲット：いよいよ、Ｒ８Ｃ／Ｍ１１Ａの出番、今回はコスト計算までやる予定です。
既存基板の部品は再利用せず、手持ち在庫部品で基板全体を作り直します。
・電源構成：単３電池×３本＝４．５Ｖ、電源ＳＷは、既存の３ＰスライドＳＷを流用します。
電池ボックス負極と、基板ＧＮＤとの間に３ＰスライドＳＷを接続して、「ＯＦＦ」で電源断。
・電源スイッチの機能：「ＡＵＴＯ」で導通して、警報音とＬＥＤ点滅が自動でＳＴＡＲＴ。
ＯＮでは、上記に加えて、電子オルゴールが自動ＳＴＡＲＴ、入力モードはリアルモード動作。
・操作ＳＷ数：踏切レール下のリーフＳＷ（負論理）×１個、押されるとトリガ信号で音声が（列車通過音に）切り替わる。
列車通過音は再生が終了すると、自動でＳＴＯＰ。同時にＬＥＤ点滅もＳＴＯＰ。長押しには反応しない。
できれば、音声再生がＳＴＯＰしているときに、押されるとトリガ信号で音声が（警報音に）切り替わり再ＳＴＡＲＴ。
警報音はＬＥＤ点滅と同時に、反復繰り返し再生を続ける。長押しには反応しない。
※プラレール標準の３両編成では、すぐに通過してしまうので、オリジナル仕様ならではのアイデアを考えました。
・出力信号の種類及び極性：ＬＥＤ交互点滅制御（正論理）×２本、
スピーカ制御（８オームＳＰをブレーキ出力で）２本。
②動作内容（時系列で次のとおり）
・電源は３ＰスライドＳＷで、通常ＯＦＦである。
・スライドＳＷを「ＡＵＴＯ」でＲ８Ｃに電源供給し、音声再生とＬＥＤ点滅を自動ＳＴＡＲＴする。
・最初の音声再生は警報音で、トリガ信号があるまで反復繰り返す。
・スライドＳＷを「ＯＮ」で、さらに加えて、電子オルゴールを自動ＳＴＡＲＴする。
・演奏曲は１曲または数曲を連続演奏し、反復繰り返す。
・スライドＳＷを「ＡＵＴＯ」に戻すと、電子オルゴールの演奏のみＳＴＯＰする。
・踏切レール下のリーフＳＷで列車通過のトリガを得ると、音声を列車通過音に切り替えて再生。
・列車通過音は再生が終了後、自動ＳＴＯＰし、同時にＬＥＤ点滅もＳＴＯＰする。電子オルゴールはそのまま継続する。
・音声再生が終了したとき、電子オルゴールを演奏していなければＳｌｅｅｐする。
・スライドＳＷの「ＯＮ」か、リーフＳＷオンを検知したら、Ｗａｋｅｕｐする。
・音声再生終了後に再度、リーフＳＷオンで警報音とＬＥＤ点滅以下の動作を繰り返す。
なお、本来の動きとは、大きく異なる仕様ですが、ご了承願います。
③曲名リスト、音声再生リスト
・各ＳＷの機能、割当て
電源３ＰスライドＳＷの「ＡＵＴＯ」で＝音声「警報音」とＬＥＤ交互点滅を自動ＳＴＡＲＴ。
同ＳＷの「ＯＮ」で＝オルゴール曲で鉄道関連の曲を連続演奏、「RAILWAY」なら１曲だけで良い。
踏切レール下のリーフＳＷ=トリガで、「警報音」を再生していたら「列車通過音」に切り替え再生、
このとき、何も再生していなかったら「警報音」再生とＬＥＤ点滅以下の動作に戻る。
・音声・曲データ（依頼元の当クリニックで、音源用ｍｐ３を提供）
警報音は、リアルの単線踏切の録音から「カン、カン、、、」部分を長めに切り出したもの。
列車通過音は、同じ録音から「ガタン、ゴトン、、」部分を切り取ったもの、リアリティ抜群。
このｍｐ３から適当なところを、音声データに変換していただければ、ありがたい。
（メール抜粋はココまで）
【評価版で試作】
・ポート割当てや機能設計について、開発途中で評価版プロジェクトが送られてくる。
・その都度、依頼元でも試作して動作確認し、試作の結果や改善要望をスクショ画像や動画で報告する。
・このようにして、不具合や改善点などの改修が済めば、それが最終版となる。
・毎朝晩のメールチェックを励行していれば、あれよあれよという間にプロジェクト開発は完了するので、実際のおもちゃ治療の準備が間に合わない程。
（画像クリックで拡大表示）
Dr.大泉さまから、音声データの「カンカン」は２回、「ガタンゴトン」も２回で ２秒に収めて作成 して貰った。
それを繰り返し再生することで時間を稼ぎ、その結果、外付けメモリ不要でコスパ良く換装することができる。
実装するオルゴール曲目は、持ち主である「めだか園」に選曲リクエストを要請する。
最新のＲ８Ｃ電子オルゴールに、できるだけ多くの曲目を実装して、サンプルとして先にお渡し（プレゼント）しておく。
サンプル演奏おもちゃには、65曲を実装できた。すごいね！
このようにして、お客さまのご要望を取り入れて改造できるのが、リサイクルおもちゃの良いところ。
ToyDr.わたなべ 個人的には、「RAILWAY」は外せないところだが、果たして、、。
【周辺部品のテスト】
22年前は、踏切のレールに乗ったときだけ警報音が（圧電ブザーで）鳴っていたとしたら、間違いなく機能アップしてると思われる。
ここで、周辺部品のテスト動画を公開するので、ご覧あれ
評価版ではシングル出力だったが、完成基板
ではBTL出力にして音量アップを図りたい。
【ダウンロード】
今回の、プラレール踏切専用に開発していただいたファームウェア（カスタマイズ完成版）は、当方の共有フォルダにて公開する。
お客さまから実装曲を選曲して貰うために、サンプル演奏のおもちゃをプレゼントしたときに、電子オルゴール曲目一覧表を作った。（song_ファイル名、曲名、作曲と、演奏時間を、エクセル表でリスト化したもので、下記プロジェクトにも同梱している。）
なお、これらのプロジェクトは（拙作の曲データも含めて）、複製・改変・再配布は自由であることを、あらためて付け加えておく。
【おもちゃへの実装】
プラレール踏切警報機、改造後の動作確認
実際のおもちゃへの実装にあたっては、改造基板の自作もさることながら、周辺部品の点検、電池液漏れでサビ腐食した電極板やリード配線の交換や、スピーカ取付場所の加工なども、必要になってくる。
サビ腐食した電極金具は、全部交換
単３電池３本で4.5Ｖ仕様に改造する
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電池ホルダーのウラに空スペース発見
音量アップするので、16Ｒでも十分
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電池ホルダーは、踏切監視小屋の中
BTL出力は電池越しでも良く聞こえる
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改造に必要な部品調達コストは、仮に今現在で買い揃えると、約 220円だが、不要なおもちゃや 100均商品からの部品取りなどで、もっと安価にできるだろう。
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（2023/7/19 追記）園長先生から、「踏切のカンカン音が鳴るだけで十分、このまま完成で良いです。」との、ご返答あり。ということで、仮退院がそのままの姿で本退院になった。
実装されているオルゴール曲は、鉄道関連の楽しい曲ばかりだ。
・song_KISYA 汽車
・song_KISYAPOPO 汽車ポッポ
・song_RAILWAY 鉄道メドレー（５曲）
・song_SENROWA 線路はつづくよどこまでも
【消費電流】
最後に、完成したプロジェクトで、電流値を測定してみた。
ＡＵＴＯにして、警報音や通過音を再生中、２５～４０ｍＡ
通過音が終わって、Ｓｌｅｅｐ移行したとき、１．２μＡ
ＳＷ０（ＯＮ）がオンで曲演奏中、３０～５０ｍＡ
さらに、曲演奏と同時に音声再生しているとき、３５～６０ｍＡ
【謝辞】
Dr.大泉さまには、わがままを聞いていただき、感謝申し上げる。
久々の実際のおもちゃでのマイコン換装は、初心者としては「Ｒ８Ｃ事始め」から一連の学習をオンライン指導していただいたようなもの。
よく考えてみると、これって特別な 最高の贅沢 ではないだろうか。
今回に限らずDr.大泉さまには、初心者ユーザーの質問や要望への迅速な対応やきめ細かいサポートをいただき、心から敬意を表する。
修理完了した暁には、全国のおもちゃドクターにも技術志向の輪を広めるべく、及ばずながら情報発信していく所存。
書き込みソフトは、フラッシュ開発ツール（ＦＤＴ）を使い、書込みアダプタは、
安価なUSB-シリアル変換器が使えます。
なお詳しいＲ８Ｃ開発環境は、ご本家のブログをご参照ください。
（参照）Ｒ８Ｃ事始め つつじが丘おもちゃ病院
http://tutujith.blog.fc2.com/blog-entry-625.html