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新しい列車コントローラーの試作

最近アップデート数が少なくなっています。今回はいま検討中の電子回路の件です。

Hブリッジ(説明は後述)という回路が組み込まれたモータードライバーとArduinoのマイコンを使って列車速度制御コントローラのRev3を考えてみました。通常のモーターコントローラーはモーターの回転速度を変化させる機能はありますが、モーターの正転と反転を行うことができません。その場合手っ取り早いのが出力反転できるようなトグルスイッチを外付けにします。わたしのRev2までのコントローラはこのような方式を採用していました。

しかしこれはマニュアル動作で行わなければならず、列車の自動運転等を行うにはいろいろ工夫が必要になります。このようなハードウエアの小細工をしなくても正転、反転、速度制御ができるHブリッジを組み込んだドラーバーICがあります。今回はこれを使ったコントローラを作りたいと思います。今まではディスクリートの素子を使用していましたが、今回はArduinoのマイコンとドライバーIC、たった2個の素子で実現可能なモーター制御回路を試作しました。

今まで使用していた反転スイッチを示します。かなり古典的な方法です。

トグルスイッチ反転機構

今回使用するのはHブリッジ(下図)と呼ばれる回路でスイッチの代わりにトランジスターをスイッチに使用します。試作機のモータードライバーICのTA7291Pにはこの回路が組み込まれています。
図の赤字のケースを正回転とすると青字に切り替わると反回転になります。赤と青でモーターを流れる電流が反転しているのがわかりますね。このコントロールにはICの入力のINPUT1, INPUT2で行います。
Hブリッジ回路

TA7291の外観、10本のピンが出ています。左から1番、2番の順番です。3番と9番は使いません。
TA7291P外観 TA7291APin _Assignment



以下、今回の試作回路です。部品表、写真と回路図を示します。
使用した部品表です。モーターとTA7291Pはこの試作のために購入しました。黄色で示した行の部品は汎用品で、いろいろな実験の共通部品です。
部品表

ブレッドボードに装着した部品。電源確認用のLEDがついていますが、これは特に必要な物ではありません。
Motor ControlV3_1

回路図です。ご覧のようにモーターの電源とICの電源が分かれています。Arduinoのマイコンボードの中にはレギュレータが入っていて9Vを5Vに変換しています。モーターには直接6Vを印加しました。モータによってこれが3V等低くなる場合もあります。その場合はVs>Vrefにしなければなりません。若干の注意が必要です。今回の試作ではVs=6V、Vrefが5V Peak_to_Peakなっています。実はVrefにはモータの速度を抑えるためにPWM要素が入っています。これは次のプログラムを見ると理解できます。
Motor_Controller_Ver3_1.png


マイコンのプログラム。正回転(時計回り)と半回転(反時計回り)を交互に3.5秒回転して5秒停止するループを繰り返すようなシーケンスになっています。
20140930_Arduinoスケッチ

その様子を示した動画です。偶然ですが、途中うまくハイホーの音楽にハーモナイズしています。面白いですね。


マイコンのアナログ入力に何らかの信号を与えることにより、外部から速度や回転方向を制御することも可能です。次の拡張版で試したいと思います。レールにセンサーを置くことで方向転換もできるようになります。このコントローラではハードをかえずにプログラムをかえて結構いろいろなことを行えて便利ですね。



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