HACK THE MMCS LCD MONITOR

Introduction

　最近とみにフロント側にもモニターが欲しい状況が増えてきたが、エアバツグ付きのクルマの場合、万一の場合に危険なので安易にダッシュボード上にモニターを取り付ける訳にはいかない。　そこで　これまでリクエストが多かった「MMCSのモニターを乗っ取って任意のビデオ信号を入れられるようにしてしまおう！」というプロジェクトをスタートさせる事にした。　まずはリクエストを通じて背中を押してくれたtakeさんに感謝！　

Analysis

　MMCSのLCDモニターを中心に外部からビデオ信号を入力する方法を編み出すために、まずはハードウェアの解析を行う。　リストラで無くなってしまったディーラーで昔見せて貰った配線の情報を基に見当をつけていき、大方次のようなシステム構成であろうという結論に達した。

純正TVチューナーはナビユニット経由で接続するらしい
純正ヘッドユニットを外すと警告が表示されナビ等の画面が表示されなくなる
エアコン系、純正ヘッドユニット、ナビとの間に各３本のシールド線が走っている

そこで、愛車にオシロを持ち込んで信号を測定したところ、３本のシールド線を流れる信号は下の画像ようなものでました。

測定した箇所はMMCSのLCDモニタ裏の20pinコネクターを外から見て左上がpin1(白)その下をpin11と見てビデオ信号GNDがpin11、映像信号がpin1, pin2, pin13にほぼ同様の信号が乗ってるのが確認できました。　但し、信号レベルが特殊でペデスタルレベルが約2.0V、同期部分が約1.5V、各色ピークが約3.2Vとなってます。　水平の周期が約60uS、垂直の周期が約16mS、波形もカラーバーストが無い以外はタイミングも普通のCVBSとほぼ同じようなので
通常のNTSCビデオ信号を秋月の変換キットとかでアナログRGBに変換すれば何とかなりそうな気がします。　(2005. 5/13に測定)

いろいろ情報を調べてみても限界があるので、思いきって信号線を切断しその際表示される映像の色の変化から信号名を割り出すという実験的というか人柱的な強硬解析手段に出てみました（笑）

上画像の赤色の矢印が今回追加したナイロンコネクターです。（画像はバイパス接続した状態）　

オシロとテスターで解析を行った結果、以下のピンアサインが判明しました。

３本全ての信号線に同期信号が乗っていましたが、予想どおり同期に使われるのはG(Green)の信号線のみでした、ここまで解析すればもうあと一息。　あとは上のオシロで測定したビデオ波形互換のアナログRGB信号を生成すればビデオ信号の外部入力という悲願が達成できそうです。　

Name	Signal	Comment
R	Red
G	Green	Sync on Green
B	Blue
SGND	Video Signal GND	Shield of RGB Video Cable

Name	Signal	Comment
REV	Reverse Gear Indicator	シフトレバー連動
ACC	Switched Accessary +12V	キー連動
SPD	Speed Plus Signal	車速パルス
GND	Chassis GND	Power Ground

スピードパルスやシフトノブ位置の信号とかもあるので、めでたくビデオ信号の外部入力が実現できた暁には、リバースギア位置の信号を使ってバックカメラの自動切り替えなんて事も実現できそうです。　

Hardware

CVBS to RGB Video Converter (ビデオ→RGB変換部)

　ビデオ信号をRGB形式に変換するのに秋月電子通商の「ビデオ信号→アナログＲＧＢコンバータ・ユニット（Ｖｅｒ.２）」を利用します。　RGBのビデオ信号に同期信号を合成する方法は、やや乱暴なやり方ですが、この基板のハイインピーダンスRGB出力を同期信号部分のみGND側に引っ張ることで実現しました、(M52042Fの出力インピーダンス＋47Ω)と１５０Ωの抵抗の分割比で同期波形の底のレベルが決まります、ダイオードは小信号の高速スイッチング用を使用、抵抗だけだと同期波形がやや鈍ってしまうのでこれを補正するために0.01uFのコンデンサーをパラ付けしてあります。
この段階で以下のような同期付きのRGBビデオ信号が得られました。

　せっかく基板上にバッファーICが載っているので有効活用することにしました、BA7623Fの入力ピンに繋がっているパターンをカットしてHIGH出力端子につなぎます、秋月オリジナルの状態だとRGB出力がACカップリングになっているので今回はこれをバイパスする必要があります。　具体的にはC18/C23/C24を取り外しワイヤーで直結します。　以下に改造部分の回路図を朱書きで示します。（秋月電子回路図集CD-ROMから引用）

上記の改造を行った基板の画像。

「もうMMCSなんていらねぇ～、見たくもないぜ！」って方は（笑）信号を切り替える必要もないので、この基板を接続するだけでオッケーです、常に外部入力がLCDに表示されます。
RGB Video Signal Selector Circuit (RGB信号切替え部)

当初はRGBビデオ信号の切り替えに３回路２接点のDC12Vリレーを使おうと思ったのですが、入手に意外と手間取るので、ここは早急に実験できるようアナログスイッチを使った電子式セレクターを考えてみました。　回路図は以下の通り

リレーと違って消費電力も少ないので+5V電源はRGBコン基板から引き出せる。　アナログスイッチICはオン抵抗が低い74HC4053等がベターだと思います、それでもこの目的に対し十分低いかどうかは、実際に実験して表示される画面を見るまで何ともいえない....
Automatic Selector Switching Circuit (車速反応型セレクター制御回路)

上のセレクター回路とRGB変換基板さえあれば水色部分のスイッチの切換えでMMCSと外部ビデオをマニュアル選択して表示できるが、ビデオ映像が視野に入っているとどうしても注意力がそがれがち（血液型がB型だからという声もあるが...）なので、運転中の安全のため車速に連動して速度が一定以上になると自動的にMMCSの画面に切り替わるような回路を考案してみました。(→ ver 0.8回路図)　当初の構想だと、低速ではビデオが見えるように（かえってアブナイとの声もある...）、走り出したら自動的にMMCSに切り替わるという動作をするはずであったが、かなり速度が高めでないとうまく動かないことと、初期化回路を入れなかったためや極低速や完全に停止した状態の始動時に動作が不定になる問題等々があったため方針を変更し、完全に静止していないとビデオの表示はダメという回路にすることにした（こっちの方が簡単だしより安全...）極低速のときに多少動作がバタつく場合があるが、今回は74HC4053による電子式のビデオスイッチを採用したのでメカニカルリレーのように騒音を発生することもないし、完全に停止すれば確実にビデオ表示に切り替わるので特に問題はないはず。　純正のMMCSにも同様の機能があるが、これは停車してからの反応が少々というか３秒ほども遅れる感じがします。

簡単に動作を解説すると、左端から入力された車速信号(SPD)パルスは抵抗でロジックICレベルに変換される（２本のダイオードはノイズでICがラッチアップを起こさないための保護用）レベル変換された車速信号を左側の74HC123で波形整形を行いチャタリング系のノイズを除去する、こうして処理した波形の立ち下がりで右側のワンショット74HC123をトリガする、走行を開始し速度が上がって車速パルスの周期が短くなると右側の74HC123はリトリガー状態になってQ出力は常にH状態をキープする。　逆に車両が停止すれば約0.5秒後にQ出力はL状態となる。　ソースセレクト(NAVI/AUTO/VIDEO)スイッチはソースと表示モードの選択用でセンター位置でOFFにできるトグルSWを使えば一個で各モードを切換える事ができる。つまり中立位置では自動切り替え、VIDEO/NAVI側に倒すとそのソースが強制的に表示される。　(VIDEO)LEDは切換動作の確認テスト用で回路動作的には不要、RGB変換基板側が選ばれている状態のとき点灯する。　あくまでも参考情報だが、左側の74HC123の次定数をもう少し長く（但し右側の74HC123の時定数を越えない範囲で）すると、AUTOモードの場合に完全に停止した状態でビデオ側が、走行を始めるとナビ側が、そしてある速度を超えるとまたビデオ側が表示されるようになるはず。うまく設定すれば一般道ではナビ画面が表示され、停止時と高速クルージング時にはビデオが表示されるので、渋滞と長距離移動時における同乗者の退屈しのぎには貢献できる可能性があるかも？（これもまだ試していないので、具体的な時定数などについては未知数...）試してみたい方はあくまでも、個人の責任においてどうぞ...
Video Source Control Board ver1.2(車両停止検出機能つきビデオ切り替え部)

上のセレクター回路と切換制御回路をまとめて一つの回路図に書いてみました。　この基板における+5V電源は秋月のRGBコン基板から拝借します。

実際に製作したver0.8版の試作基板の画像(注：74HC74が載ってますがver1.1以降の回路では不要になりました）

ver1.1以降なら基板は、この半分のスペースで十分ですね。

Evaluation

いよいよお待ちかねの動作テストです、試作したビデオ切換基板と改造RGBコン基板を合体させて愛車に搭載します。

出来上がっていざテストと意気込んでみたら、真っ暗で何も表示されません、ありゃら！失敗か？と思ったのですが、冷静に基板をチェックすると何とRGBコン基板の12V電源と、切換基板の5V系の電源が繋がってませんでした（失笑）RGBコン基板のジャンパー穴の１-３の間を接続して再トライ！

みごと成功～！

　こんどはめでたく入力したビデオ信号が表示されました。　RGBコン基板のJP-2はソース機器のコンポジットビデオ信号出力に別のモニター等をすでに接続している（要するにパラ接続する）場合には不要ですが、ビデオ分配器を使っていたり、この基板のみを機器に接続する場合には入力レベルオーバーになるので映像が白飛びを起こします、JP-2無しでも一応画像は見えますがこの状態では画像が真っ白に飽和してしまいます、今回のテストではこの基板のみを接続するのでJP-2ジャンパーは必要です。　

　懸念されたアナログSWによるビデオセレクタによる画質低下ですが、眼を凝らして注視すれば僅かに図形のエッジが甘くなったかなぁ？って気がする程度で運転中にルートを確認する程度では全く判らないないレベルだったので安心しました、何よりもリレーを使った場合のようにパタパタと接点がぶつかる音がしないので非常に軽快に切り替わります。

しばらくテスト走行を行ってみると、なぜか車速パルスのエッジ位置ギリギリで停止した場合にだけナビ画面のまま戻らない症状が出ます、ほんの僅か（２～３ｃｍ）前後させると問題なく切り替わるので、どうやらスピードパルス信号にノイズが載ってしまっているような気がします。　家で信号発生器のパルスをブチ込んでもこの現象は発生しないので、ちゃと究明するにはこりゃクルマにオシロ持ち込んで調べてみないと原因わかんない事態にハマってしまったようです。　ver0.8回路での動作が不安定だったのはこれに一因があるのかもしれません。 (記：2005, Aug.19th)

机上で考えていてもラチがあかないので、車両に測定器を持ち込み調べてみました、その結果、12Vだと思っていた速度パルス信号はピークで約9.5V、その前後では8V～9Vでアナログ的に変化します、この状態では車輪の振動で出力電圧が微妙に揺れています、そこで対策としてレベル変換回路の定数をすこし変更し、さらに高い周波数のノイズをカットするコンデンサーを追加し安定して動作するようになりました、回路図のバージョンが上がってver1.2となりました。(記：2005, Aug.21th)

Installation

完成した回路基板のシャリオグランディス(N94W)への搭載記事はこちら

Memo

実際に走行してみた実感として、切り換え回路の時定数が0.5秒だと極低速で切換え動作がバタつく時が多く、現状ではやや短いような気もします、これは時定数を1～2秒ほどにすればかなり低減されるので気にならなくなると思います。　具体的には回路図右側のHC123の15ピンに接続されている470kΩをお好みで1MΩ程度に倍増してみてください。

［注意事項］
　本情報は、確実な性能及び動作等の一切を保証するものではありません。従って本情報に基づいて機器を改造した際に、機器が動作しない、もしくは、期待した性能が得られない等の障害が発生したり、万が一に事故等が発生したとしても、当方は一切の責務において関知しないものであります。　従って実際に機器の改造を行う際は、あくまでも各自、個人の責任において行ってください、腕に自信の無い方は絶対にトライしないで下さい。
[Caution:] (If you use above information, At Your own risk!)
更新日 2005.Aug.31