Webカメラの首振り制御

遠隔から向きを変えられるWebカメラを開発しました。

予備試験

動力はラジコン用サーボ　GWS S03T 2BBMG

供給電圧	4.8	V
速度	0.33	sec/60deg
トルク	7.40	Kg-cm

サーボの動作確認をしている様子

USB経由で制御

サーボが動いている様子。ちょっと見づらいですが、サーボホーンに貼った赤い三角の目印で軸が回転していることが確認できます。それとギア音も聞こえます。　

機構部分

２軸（パン、チルト）機構部分を作成しました。

まずはJWCADというフリーのCADを使って図面を書きました。でも、中学で習っただけですからいい加減極まりないものです。まあ、見たいという人はいないと思いますが、万が一見る場合は参考にとどめといてください。

基台部　　JWC形式　 DXF形式

ヘッド部　JWC形式　 DXF形式

材料はすべて近所のホームセンターにて調達。数量などこれもまたいい加減です。

材料表
品名	仕様	数量
アルミ板	t=1mm	1枚
アルミ板	t=2mm	1枚
ジュラコン製スペーサ	Φ=7.6mm/4.3mm L=10mm	適宜
ねじ、ワッシャ、ナット	M3	適宜
ねじ、ワッシャ、ナット	M2	適宜
真鍮パイプ	Φ=3.5mm	適宜

あとは例によってひたすらガリガリ、ゴリゴリと。てなわけで、、、

マイコン回路

マイコンは使い慣れたPIC16F876を使用することにしました。今回の目的のためには十分すぎるスペックですが、できたら後でテレビのリモコンでも操作できるように改造したいのでそのための余裕を持った選択です。

制御はUSB経由でパソコンから行えるようにします。USB部分はFT232RXモジュールを使いました。マイコン本体の電源はUSBから、サーボモーターの電源はUSBのバスパワーでは足りないので別途ACアダプターから供給します。

サーボ回路は１チャンネル余計ですがこれも将来？のために。それから、ジャンパーで装置番号を０から７まで設定できるようにしました。複数台を同時に使う場合に装置を識別するのに使おうと思います。

部品数を極力減らしたいのでパスコンやリセット用のCRなどは省略。

回路図

部品表
品名	型式	数量
U1	PIC 16F876 20SP	1
U2	FT232RX	1
X1	セラロック 20MHz	1
R1	470Ω 1/4W	1
R2,R3,R4	10KΩ 1/4W	各1
CN1,CN2,CN3,CN4	ピンヘッダの長いものをカット	少々
JP1	ピンヘッダの長いものをカット	少々
LED	5mmφ	1
ICソケット	20P、8P	各1
基板	ガラスエポキシ・ユニバーサル基板をカット	1

今回は、さらに全体を収めるケースも作成しました。ケースの材料はフロッピーディスクのケースです。基台部分が100mmx100mmなのでちょうど良い大きさです。ただ、アクリルなのですぐに割れが入ってしまい思いのほか加工が難しかったです。

作成したWebカメラのマイコン基板

ファームウェア

ファームウェア（マイコンのソフトウェア）とその動作確認のためのプログラムをパソコン側に作成しました。

ファームウェアの仕様

通信仕様：USBシリアル　RS232C　38400bps 8bit パリティなし 1ストップビットフロー制御なし
初期化処理：マイコンに電源が投入された直後に各軸の位置を中立の位置に戻します。また、LEDは消灯します。
制御パルスを生成：２軸機構部を制御するための制御パルスを生成します。ラジコン用サーボの仕様に従って、20mS周期で1mS-2mS幅のパルスです。

制御コマンド処理：パソコンから送信される制御コマンドを受信しそれに応じた処理を実行します。制御コマンドは本装置独自のもので、すべて、"コマンド文字<改行文字>"

制御コマンド一覧
コマンド文字	処理内容
Q	このコマンドを受信すると本装置は次の一行をパソコンへ送信します。Homebrew<改行文字>
P#	パン（首を左右に振る）。#は0から127までの値。
T#	チルト（首を上下に振る）。#は0から127までの値。
H	初期位置へ戻す。P63 T63 と同じ。
S	このコマンドを受信すると本装置は次の一行をパソコンへ送信します。装置番号(0-7)　現在のパン位置(0-127)　現在のチルト位置(0-127)<改行文字>
E	LEDを点灯します。
D	LEDを消灯します。

可動範囲制限：ラジコン用サーボの仕様上各軸は機構や電気的に可動範囲が制限されていないために過度な角度指令をすると壊れます。そこで、ソフトウェアで可動範囲を±６０度程度に制限しています。制御指令は0から127の範囲なので制御の分解能は120度/127≒1度ということになります。

開発環境

ファームウェアの開発環境はPICマイコンの開発元Microchip社のMPLAB IDE v7.40 (現時点で最新版）です。開発言語はこの開発環境に含まれているアセンブラ言語MPASMです。今回使用したPICはフラッシュマイコンなのでパソコンで作成したプログラムを最終的にマイコンに書き込まなければいけません。書き込みに用いたソフトウェアはPIC Writer for Windows Ver 2.37です。なお、フラッシュ書き込みに用いたハードウェア（PICライター）は自作です。

使用したPICライター