SA-GIRL制御基板の回路設計
SA-GIRLの電気系は、火曜日にテストしたような基板レベルで売っている半完成品を組み合わせて作ろうと考えています。以前にブログで書いた図の再掲ですが、全体構成はざっくりこんな感じにするつもりです。
★は元々手持ちに余っているもので、☆の2つがまさに火曜日にテストしたものですね。
◆と◇は、Moddoreを後から自動化改良したとき(車がいなくなったことを検知して動作開始)に作った基板を使います。
こんな感じで全体のうちのかなりの部分を"ありもの"で賄う構成で作ろうとしているわけですが、さすがにそれらを制御する調停役がいないと動きません。この図の「新規設計制御基板」と書いたもののことです。
メカ系の工作をボチボチ始めているのですが、製作途中での動作テストにおいても、電気系がある方がいいので、この制御基板の設計を早めに固めてしまうことにしました。なお、昨日今日で設計を考えているわけではなく、前々から考えてきているものを最終的に固めようと言うことです。
さて、制御基板をどうやって作るのかには、いろいろ選択肢があると思います。王道としては、マイコンを使ってそのI/Oにありもの基板を繋ぐスタイルかなと思います。
[例] PICマイコンで電気ポットを作る
動作シーケンスをプログラムで記述することになるため、何か問題があったときに変更しやすくてつぶしが効きそうです。
さらに簡単に実現しようとするならば、汎用のPLCを使うという選択肢もあるかもしれません。でも、格安のものでもそれなりの値段はしますし、産業用の本格的なものはかなり高額なのが問題です。
[例] Amazonで売っている格安PLC
一方で、今回作ろうとしているものは、動作シーケンスがそんなに複雑なわけではありません。次に進むか否かの条件判定もそれなりに必要ですが、比較的シンプルなものだと思います。そのため、Moddoreのときと同様に、トランジスタや抵抗といったディスクリート部品を使ってロジックを組むので良かろうと判断しました。
まあ実際には、トランジスタと22kΩ抵抗がいっぱい余っている(100個単位で安く売っている)という理由が大きいのですけどね。ディスクリート部品は圧倒的に安いのです。
そして、ディスクリート回路は考えるべきことが単純で、Moddoreを作ったことで多少慣れているからというのも大きいです。
で、それなりに時間をかけて考えた回路がこちら。
‥‥あれ？ 簡単なはずが割と複雑‥‥ですね(汗)
それは、
・壁に近づいた場合だけではなく一定時間経過した場合にも止める動作に入るとか、
・車がいなくなっても壁に近いときには動作を始めないとか、
・車輪が下に着いていないと動作を始めないとか、
・一旦動かし始めた後じゃないと停止動作は始めないとか、
そんないろいろな条件をAND/ORする論理回路を作り込んでいくうちに、だんだんややこしくなったためです。
なお、こんなそこそこのサイズの回路がいきなり思った通りに動く自信はないので、KiCADでシミュレーションしながら設計しています。
これが、KiCADで同じ回路を描いたものです。
※周辺にシミュレーションのための余計な回路がくっついています。
この基板の回路に、さらに車がいなくなったことを検知するレンジファインダー1と、壁に近づいたことを検知するレンジファインダー2の回路も一緒に入れたものがこちらです。
※つぶれて見えないと思いますので雰囲気で
これで、全体のシミュレーションができるのですが、動かしてみた結果がこちらです‥‥
‥‥が、説明がたいへんなので、説明はやめておきます。ざっくりいうと、シミュレーション上では思った通りに動いていると思います‥‥‥たぶん‥‥。
と言うことで、回路はこれでいいことにして、結構ある部品を基板上に配置して、うまく配線する基板デザインが次にやることです。それができたらPCB発注ですね。
ぼちぼち進めます。
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コメント (5)
ぷしゅ〜〜・・・ポムッ！
頭の中で、劣化した電解コンデンサが破裂したような感覚がありました・・・
慣れで、瞬間的に見えるようになる感覚になるのでしょうね・・・
ほぼほぼ自分向けの作業日誌と言うか日記に過ぎない内容に反応いただきありがとうございます。
瞬間的に見えるようになる感覚はありませんよ。基本形(NOTとNOR)を組み合わせて、あれとこれがこうなるとああなると論理演算を積み上げていく感じです。そのままやると肥大化しがちなんですが、共通化したり他の方法で置き換えたり、如何に少ない素子数で作れるかを考えるパズルみたいな感じです。割とじっくり考える頭の体操になります。
やり過ぎたり勘違いしたりして間違えまくるんですが、ありがたいことに立派なシミュレーションがただで使えるので、自力で直していけます。
ぷしゅ〜〜…
複雑すぎて私の回路がショートしました(^^;;
ほぼほぼ自分向けの作業日誌と言うか日記に過ぎない内容に反応いただきありがとうございます。
いくつか基本形があって、それらの仕組みを基に組み合わせていく感じなんですよね。編目の組み合わせで欲しい模様を作り出す編み物にちょっと似てるかも。答え(入口と出口)があって、その間を埋めていくパズルみたいなものでもあります。
こんばんは～・・・・。
私も、その昔はこうした回路図を描いて機械設計と電気制御の仕事をしていたのですが、その後シーケンサーが安く出回るようになってからは（昭和６０年頃）ラダー図で制御回路を作ってシーケンサーで済ませる様な機械設計屋になってしまいました・・・・笑。
A6GPPとか、 FIT10とか…今では懐かしいツールです・・・・。
おはようございます。
私は、仕事ではないどころか、自分で設計する電子工作を去年初めてやった初心者です。
そもそもDIYの目的は、作ったものを使うだけではなく、どうやって作るのかを考えることを楽しむこともありますので、こんなやり方がちょうど良いのです。多少ややこしそうな問題を解く頭の体操が入るくらいで。
そして、トランジスタは1個2円以下、ダイオードは1個1円以下、高めのフォトカプラでも20円くらいだったりしますから、如何にシーケンサーが安くなったとしても、この規模の回路であればディスクリートに組んだ方が圧倒的に安いと思います。
仕事だと高い信頼性が求められたり、保守性が重要だったり、作る早さが重要だったりすると思いますので、こんなやり方はしないでしょうね。
ラズパイとか…と思ってしまいましたが、あれはあれでi/oあると面倒なんですよね。。。
ラズパイ(スタンダードなやつ)は、高い演算能力があってカメラ等も付けられ、Linuxが動くのが強力だと思いますが、まったくの宝の持ち腐れになってしまいます。ほとんど何もしないのに無駄に高級なOSが載っていて、無駄に起動時間もかかりますしね。なので、ラズパイならば候補はnanoと言うことになると思いますが、それならPICでもいいじゃんとか、I/Oボードもそれなりにたいへんそうとか、やっぱりいらないって思ってしまいます。
そもそもシンプルなシーケンスなので、ソフト的な制御までしなくてもディスクリート回路で十分作り込める程度だと思いますので。そして、5Vや3.3V電源すら作る必要もなく、アナログ的振る舞いをする回路とデジタル的振る舞いをする回路を同居させられますし。
すごい、全く未知の世界。私には理解できません。
私の電子回路設計は、作り始めたModdoreの作り方を変えないとそのままではできないとなったときに、必要に迫られてネットで勉強した超付け焼き刃です。やれることの引き出しが少なくて、トランジスタのスイッチングだけ理解してゴリ押しするスタイルなので、だいたい似たような感じになります。www
一見複雑で難しそうに見えるかも知れませんが、ネットにある初心者向けに説明しているような基本回路を組み合わせただけだったりします。少ない道具(知識)しかない中で組み合わせでパズルを解く感じです。頭の体操にはなりますね。