Ｎ　Ｎゲージ列車のデジタル運転（8）　〜加減速自動運転

ｂｙ　ｆｊｋ

　前報（abc850）までに列車の走行制御と列車センサの動作確認ができたので、列車の速度を変化させて自動加減速運転を試みる。レールレイアウトは C103レールを使用したループで、磁気センサを１個設置したものを用いた。ハードウェア（制御回路）は PIC16F18325 を使った abc850 と同じ。
　列車の走行パターンは、加減速を繰り返しながら、指定された速度で定速走行を行うもので、センサを感知する毎にステップを進め、速度の切替を行っている。なお、徐行時にセンサが列車を検知すると列車は停止し、一定の時間経過後に再び（最初から）走行を繰り返す自動運転パターンである。

• 列車運転のパラメータは「運転制御変数構造体 drv_val」の配列データとして記憶し、センサが列車を検知するたびに、次ステップのパラメータに移行する。
• 停止時間は列車の停止時に待機する時間で、0.1秒単位で指定する（最大9999）。停止時間が0になると次ステップに移行する（停止時間中は停止時間以外のパラメータは無視）。
• 走行停止PWM値（rsL）は列車が走行しない最大値（僅かな電流が流れ常点灯に使える）で、abc850 の回路を用いて列車の走行状態を確認し、少し余裕を持って決定した（slw は rsL＋100 程度）。
• 列車の進行方向(drc)は 1（前進→）または 2（後進←）を指定する。0（＊）にすると列車は停止する。
• 現在の運転ステータス、進行方向、ステップ番号、PWMパルス幅／残り時間は LCDに表示される。
• 次ステップ番号（0〜99）が 100以上の場合、モータ出力を 0（BREAK)とし、運転を終了する。
• 加減速係数は 0〜（3程度まで）指定でき、数値が大きいほど加減速が遅くなる。

【列車の運行】

�@ 電源投入後しばらくは停車したままで、0.1秒カウンタが 0となったら走行を開始する。

�A その後、センサが列車を検出すると、次の運転条件に変わる。

�B 速度が指令速度に満たない場合は加速し、指令速度以上なら減速する。

�C 徐行時にセンサが列車を検出（立ち上がりエッジ）すると列車は停止する。

�D 列車停止後、指定された時間が経過する（0.1秒カウンタが 0になる）と再び走行を開始する。

�C 脱線などで過電流が流れるとPWM出力を停止し、赤LEDが点灯。解除はリセットボタンを押す。

列車の運行パターン図

【主な変数】

【ハードウェア】

MCLR端子（RA3)を汎用入出力端子ではなく Reset入力のままにした他は abc850と（回路図も）同じ。なお、VR（RC5)は利用していない・・・。
　

【プログラムの概要】

個別列車の走行条件はtrain_p（列車パラメータ）構造体として保存。

    struct train_p{
    	uint8_t   acf;	// 加速係数
    	uint8_t   dcf;	// 減速係数
    	uint16_t  rsL;	// 走行停止PWMパルス幅
    	uint16_t  upL;	// 走行上限PWMパルス幅
    	uint16_t  slw;	// 徐行時PWMパルス幅（停止準備）
    };	

運転に必要な条件はdrv_val（列車制御変数）構造体配列に保存。条件が揃えば次のステップへ移動。

    struct drv_val{
    	uint8_t   nxt;	// 次ステップ番号
    	uint16_t  spd;	// 指令走行PWMパルス幅
    	uint8_t   drc;	// 指令走行方向
    	uint16_t  stm;	// 停止時間 (100ms単位)
    };

• ピン状態変化割り込みを使うので、pin_manager.c 内で IrFlg を設定すること(詳細はabc848参照）。
• LCDライブラリを使うので、i2c_LCD_AQM0802A.h と i2c_LCD_AQM0802A.c が必要です。なお、ライブラリの使い方はabc-840などを参照。
• 列車に「徐行」または「（走行）停止」を指示する場合、列車のPWMパルス幅（rsL、slw）と運転のPWMパルス幅（spd）を同じにしないと正常に走行（動作）しないので注意！
• slw で徐行中にセンサーを検知すると車両は停止する。すなわち次ステップは「停止」に設定しておく必要がある。もし、停止したくない場合は、slw ではなく slw＋α のPWM値を指定すること。
• 列車速度の加減速は制御ループ内で、係数分だけ経過すると、速度を１だけ加減し、指定速度に到達すると、その後は定速で走行する。

　走行テストに用いた列車は「C103レール」に対応する「TM-03動力ユニット」を付けた「デキ100」で、「粘着付き超強力 ネオジウムマグネットシート」（RMG-026、t = 0.8mm、和気産業、1,500円）を5mm角（60 mT）に切って床下に貼付けた。なお、同じ厚みの強力フェライトシート（1cm角で15 mT）では磁気センサが列車を検知せず。
　今回の例では、周回レール長が短いので、センサーを1個しか使わなかったが、周回レール長が長い場合や単線往復運転の場合、複数のセンサ(最大4個)をセットし、それに併せて状態変化割り込み処理を記述することで、ホーム停車・往復運転などの自動運転が可能となる。
　なお、関数のプロトタイプ宣言は、同じファイル内で関数を使用する前に記述することで省略している。必要であればヘッダーファイル（train.h）中で宣言して下さい。また、PICでのデバッグを容易にするためグローバル変数を多用したが、ローカル変数に変更も可能。

デキ100の床下に磁石を貼付	LCDを外した試作回路	自動運転中の様子
状態表示例１（加速）	状態表示例２（定速）	状態表示例３（停止）

/*====================== * train.h *=====================*/ #include "mcc_generated_files/mcc.h" #include "mcc_generated_files/examples/i2c1_master_example.h" #include <stdio.h> #include "i2cLCD_AQM0802A.h" #define _XTAL_FREQ 32000000 #define PWM_OUT(x) (PWM5_LoadDutyValue(x)) enum { BREAK = 0, LOWLM, SLWSP, CNTSP, ACCEL, DECEL, UPRLM, TRABL }Drv_Stat; struct train_p{ uint8_t acf; // 加速係数 uint8_t dcf; // 減速係数 uint16_t rsL; // 走行停止PWMパルス幅 uint16_t upL; // 走行上限PWMパルス幅 uint16_t slw; // 徐行時PWMパルス幅（停止準備） }; struct drv_val{ uint8_t nxt; // 次ステップ番号 uint16_t spd; // 指令走行PWMパルス幅 uint8_t drc; // 指令走行方向 uint16_t stm; // 停止時間 (100ms単位) };

/*==================== * main.c (abc851) *====================*/ #include "train.h" #define STP_L 200 // 走行停止最大PWMプルス幅 #define SL_SP 300 // 徐行時PWMパルス幅 /*--- Drive Sequence array ---*/ struct drv_val s[] = { {1, 0, 0, 30}, {2, 400, 1, 0}, {3, 500, 1, 0}, {4, 400, 1, 0}, {5, SL_SP, 1, 0}, {1, STP_L, 0, 100}}; struct train_p t = {0, 0, STP_L, 800, SL_SP}; struct drv_val *a; /*--- Global Variables ---*/ uint8_t TMd = 0; // 走行モード(reserved) uint8_t Sts = 0; // 走行ステータス uint8_t Snm = 0; // ステップ番号 uint16_t Spd = 0; // 現在走行PWMパルス幅 uint8_t Drc = 0; // 現在進行方向 uint8_t Vct = 0; // 加減速用カウンタ uint16_t Tmc = 0; // 停止時間カウンタ uint8_t IrFlg = 0; // 状態割り込みフラグ char sBuf[10]; // 文字列関数作業用 /*--- LCD Functions ---*/ void dsp_sts(uint8_t n){ Sts = n; // ステータス番号セット LCD_cursor(0,0); switch(n){ case 0: LCD_str("Brak!"); break; case 1: LCD_str("LowLm"); break; case 2: LCD_str("SlwSp"); break; case 3: LCD_str("CntSp"); break; case 4: LCD_str("Acccl"); break; case 5: LCD_str("Decel"); break; case 6: LCD_str("UppLm"); break; case 7: LCD_str("Trbl!"); break; } } void dsp_pwm(uint8_t x, uint16_t n){ sprintf(sBuf,"%4d",n); LCD_cursor(x,1); LCD_str(sBuf); } void dsp_stp(uint8_t n){ sprintf(nBuf,"%2d",n); LCD_cursor(6,0); LCD_str(nBuf); } /*--- speed up/down functions ---*/ void speed_up(){ if(Vct == 0){ Spd++; Vct = t.acf; }else{ Vct--; } } void speed_dwn(){ if(Vct == 0){ Spd--; Vct = t.dcf; }else{ Vct--; } } /*--- CWG controle function --*/ void set_CWG(uint8_t x){ LCD_cursor(5,0); switch(x){ case 0: CWG1STR = 0xF5; // ブレーキ LCD_dat('*'); break; case 1: CWG1STR = 0xF1; // 前進走行 LCD_dat(0x7E); break; case 2: CWG1STR = 0xF4; // 後進走行 LCD_dat(0x7F); break; } } /*==== Main application =====*/ void main(void) { SYSTEM_Initialize(); INTERRUPT_GlobalInterruptEnable(); INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable(); uint16_t tSp; // 目標走行PWMパルス幅 LCD_init(); DACCON1 = 0x03; // 過電流閾値セット（DAC) dsp_sts(BRAEK); do{ dsp_stp(Snm); // 現在ステップ値を表示 a = &s[Snm]; // 走行データ配列ポインタセット Tmc = a->stm; if(Spd <= t.rsL){ // 列車が停止中なら進行方向セット Drc = a->drc; set_CWG(Drc); } if(a->spd > t.upL){ // 指令PWM値が最大値を超えているか tSp = t.upL; }else if(a->spd < t.rsL){ tSp = t.rsL; }else{ tSp = a->spd; } dsp_pwm(4,tSp); do{ if(CWG1AS0bits.CWG1SHUTDOWN){ dsp_sts(TRABL); // 過電流トラブル発生 dsp_pwm(0, 0); Led_A5_SetHigh(); break; // トラブルでループ脱出 } if(Tmc > 0){ // 停止中タイマー処理 __delay_ms(100); Tmc--; dsp_pwm(4,Tmc); if(Tmc == 0){ break; // タイマー＝0ならループ脱出 } }else{ if(Spd < tSp){ dsp_sts(ACCEL); // 加速中 speed_up(); }else if(Spd > tSp){ dsp_sts(DECEL); // 減速中 speed_dwn(); }else{ if(Spd == t.slw){ dsp_sts(SLWSP); // 徐行中 }else if(Spd == t.upL){ dsp_sts(UPRLM); // 最速走行中 }else{ dsp_sts(CNTSP); // 定速走行中 } } } PWM_OUT(Spd); dsp_pwm(0, Spd); }while((IrFlg == 0)||(Tmc > 0)); // センサ入力無し又はタイマー残あれば if(Sts == SLWSP){ // 徐行中にセンサ入力があれば Spd = t.rsL; PWM_OUT(Spd); // 走行停止 dsp_pwm(0, t.rsL); dsp_sts(LOWLM); } if(Sts == TRABL){ // トラブル発生中なら break; // ループ脱出 } IrFlg = 0; // 割り込みフラグをクリア Snm = a->nxt; // 次ステップへ }while(Snm < 100); // ステップ値が99より大きいと終了 set_CWG(0); // PWM出力停止 if(Sts != TRABL){ dsp_sts(BREAK); } }

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電磁波・電磁場放射テスター (N-8)加減速自動運転

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