Ｎ　Ｎゲージ列車のデジタル運転（10）　〜分岐機能付き自動運転

ｂｙ　ｆｊｋ

　abc851で自動運転を実現したが、今回追加した機能は、最大26個のポイント（分岐器）の切替と、最大９編成の走行列車の選択である。ポイントの制御は、drcに‘A'〜'Z'または‘a'〜'z'を指定し。大文字/小文字の違いで分岐の方向を指定する。また、走行させる列車の選択は、drcに'１'〜'９'を指定することで、最大９編成の列車を選択できる。どちらの設定も列車が停止中の状態の時のみ指定できる。
　ポイント切替、運転列車を変更する場合、列車に電圧が印加されないように、pwm = 0(常点灯もOFF)にしている。また、変更が安定するまでの時間として、stmには最低でも10(1秒）以上を設定すること。
・drcの変更は列車の停止時にのみ行われ、
　　　drc＝0（0x00、停止）、1(0x01、前進)、2(0x02、後退）
　　　drc＝ '1' (0x31)〜'9' (0x39)の最大9種類の車両。
　　　drc＝ 'A' (0x41)／'a'(0x61)〜'Z'(0x5A)／'z'(0x7A)の最大26カ所のポイント。
　
　列車の徐行速度と常点灯停止速度を定数としていたが、複数の列車に対応するため、spdに2000以上を指定すると、その時選択されている列車のパラメータを以下のように利用することにした。
・spd≧2000の場合、走行パラメータは列車パラメータを利用
　　　spd＝2000　rsL（常時点灯）停車を指定
　　　spd＝2001　slw徐行［停止準備］(走行下限速度）を指定
　　　spd＝2002　slw＋(upL−slw)×1/4速度（低速）を指定
　　　spd＝2003　slw＋(upL−slw)×1/2速度（中速）を指定
　　　spd＝2004　slw＋(upL−slw)×3/4速度（準高速）を指定
　　　spd＝2005　upL高速（走行上限速度）指定
　
　今回使用したPICは20ピンのPIC16F18346で、センサとポイントの合計で最大11（PA0/1も使用）まで使える。また、14ピンのPIC16F18325/18326も同じピン配置で、今回の例ではRC6-7、PB4-6は使用していないので、そのままソケットに差し込んで使用可能で、この場合は最大5となる。なお、ピン配置は異なるが28ピンのPIC16F18857を使うと最大18となる。
　なお、テスト時、5V電源はUSB供給としたので、5Vの3端子レギュレーターは外している（12V電源端子のそばに装着可）。

ポイント制御付きパワーパック回路

PIC16F18346を使った試作回路 （ポイント制御ドライバーは個々に必要）

　【MCCの設定】　MCCの設定はabc850とほぼ同じ(ADCは使用しない）で、再掲載すると

【SyatemModule】 Oscilater Select = HFINTOSC HF internal Clock = 32_MHz Clock Divider = 1 【TMR2】 Check "Enable Timer" ＜Timer Clock＞ Postcaler = 1:1 Prescaler = 1:1 ＜Timer Period＞ Timer Period = 32us 【PWM5】 Check “Enable PWM" Select a Timer = Timer2 ＜Duty Cycle＞ Duty Cycle = 0.0% ＜PWM Parameters＞ PWM Polarity = active_hi 【FVR】 Check “Enable FVR"” FVR_buffer1 Gain = off FVR_buffer2 Gain＝1x 【DAC1】 Check “Enable DAC"” Positiv Reference = FVR_buf2 Negativ Reference = VSS 【CMP1】 Chek “Enable Comparator" Positiv Input ＝DAC Negativ Input ＝CIN2- Output Polarity = not inverted 【CWG1】 Check “Enable CWG" Input Source = PWM5_OUT Output Mode = Stearing mode Clock Source = FOSC

＜Events＞ Rasing Counts = 0 Falling Counts = 0 ＜Output Pin Config＞ （CWGA) Check “Enable Stearing" Stearing data = high Polarity = inverted （CWGC） Check “Enable Stearing" Stearing data = high Polarity = inverted ＜AutoShutdown＞ CWGA&CWGC Shutdown State ＝logic1 Check “Comparator1 Output” 【MSSP】 Check “Interupt Driven" ＜Hardware Setting＞ SerialProtocol = I2C Mode = “Master" I2C Clock Frequency = 100000 ＜Interupt Setting＞” Check "Enable I2C Interrupt" 【Pin Module】 Regster/PinModule：Check "Interrupt Enables” RA0(Itr_A0)：(reserved)、(ICSPデータ) RA1(Itr_A1)：(reserved)、(ICSPクロック) RA2(Itr_A2)：input/degital、IOC＝positiv RA3(Psw_A3)：input ・・・スイッチ RA4(Itr_A4)：input/degital、IOC = positive RA5(Led_A5)：output　・・・赤LED RC0（MCL1)：(I2Cクロック) RC1（MDA1)：(I2Cデータ) RC2(CIN2-)：input（CWG shutdown入力） RC3(CWG1C)：output(PWM出力）、WUP RC4(CWG1A)：output(PWM出力）、WUP RC5(Pt_C5)：output(ポイント出力)

PinModule設定画面

Interrupt Vector CWG設定

【プログラムの補足説明】

• 走行データ構造体や列車パラメータ構造体はabc851と同じ。
• LCD表示ライブラリとして i2cLCD_AQM0802A.cとi2cLCD_AQM0802A.hが必要(abc850参照)。
• 指令値がswL以下の場合、目標値＝swLとしていたが、指令値が1024未満の場合、目標値＝指令値。
• 今回、どのセンサーからの割り込み入力があってもmainでは同じ処理としているが、IrFlgのビットを調べることで、どのセンサーからの信号か判断できる。
• 関数のプロトタイプ宣言は、使用前に記述することで省略しているが、必要であればtrain.hヘッダーファイルの中などで宣言すること。
• 多くの変数はデバッグを容易にするためグローバル変数としたが、ローカル変数に出来るものもある。

【列車走行のレイアウトと走行テスト】

• ２つのポイントは同時に内線と外線に切り替わるように各ドライバ出力に接続（12V電源の電流容量に余裕があるか要確認）。もし、ポイント切替が完全に行われないと、２つの車両が同時に走行したり、ポイントで脱線したりする。どうしてもポイントがうまく動作しない場合、ポイント用に別途15V電源を準備すること。
• 列車は２両ともデキ1000（TM-03）を使ったので、２つの列車パラメータを同じとしたが、それでも列車の常点灯停止値は車両毎に異なることがある。
• 電源投入後、start/stopスイッチ(RA3)を押すと、ポイントを直行とし外線列車が走行開始し、加速・減速を行い、しばらくすると停止する。その後ポイントを分岐に切り替え、内線列車が逆方向へ走行し、しばらくすると停止する。そして、この走行パターンを繰り返す。
• 電源投入時のポイント位置は直行にしておくこと。これは、ポイント切替動作がコンデンサ方式のため、電源投入直後はコンデンサに電荷が蓄えられず、直側には動作しないためで、事前に一度でも分岐側（出力＝H)に動作させておく方法もある。
• 列車走行中にstart/stopスイッチを押すと、列車は緊急停止し、赤LEDが点滅する。その後、再びstart/stopスイッチを押すと、列車は再び走行を開始する。走行を最初から再開するには、電源を入れ直すこと（赤LEDが点灯する過電流トラブル時の再開も同じ）。
• 過電流閾値はTM-03では0x03でちょうど良い値だったが、動き出しの悪い車両やパワーのある駆動ユニットの場合はもっと大きな値にする必要がある。
• 磁気センサーのケーブルが長くなったためか、１回の感知で複数の状態変化割り込みが発生することがあった。そこで、割り込みフラグIrFlgをクリアする前に0.1秒の delay を追加した。それでもノイズの影響がある場合はこの delay時間（列車のセンサー通過時間）を長くすること。
  

C140とミニポイントを使ったレイアウト

走行風景(5VはUSBから供給）

走行時のパワーパック表示例

pin_manager.c 内で IrFlg の外部宣言と割込処理を追加する（赤字部）

/*========================= * pin_manager.c *========================*/ extern uint8_t IrFlg; 　・・・ void IOCAF2_ISR(void) { IrFlg |= 0x01; ・・・ } 　・・・ void IOCAF4_ISR(void) { IrFlg |= 0x02; ・・・ }

　

/*======================== * train.h (train_h.zip) *=======================*/ #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)) #define SWITCH_IN Sw_A3_PORT #define WAIT_CHAT() __dealay_ms(20) enum { BREAK = 0, LOWLM, SLWSP, CNTSP, ACCEL, DECEL, UPRLM, RAEDY, TRABL, POINT, TRAIN }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 (main_c.zip) *=======================*/ #include "train.h" /*--- Drive Sequence array ---*/ struct drv_val s[] = { // （最大９９ステップ） { 1, 0, 'A', 20}, // ポイント−＞直側、2秒待つ { 2, 0, '1', 30}, // 列車１を指定、3秒待つ { 3, 400, 1, 0}, // 速度(400)で進行 { 4, 500, 1, 0}, // 速度(500)で進行 { 5, 400, 1, 0}, // 速度(400)で進行 { 6, 300, 1, 0}, // 速度(300)で徐行［停止準備］ { 7, 100, 1, 50}, // 常点灯で5秒停止(方向維持） { 8, 0, 0, 20}, // PWM出力停止、2秒待 { 9, 0, 'a', 20}, // ポイント→分岐側、2秒待つ {10, 0, '2', 30}, // 列車２を指定、3秒待つ {11,2002, 2, 0}, // 逆方向へ1/4速度(400)で進行 {12,2003, 2, 0}, // 逆方向へ1/2速度(500)で進行 {13,2002, 2, 0}, // 逆方向へ1/4速度(400)で進行 {14,2001, 2, 0}, // 速度(300)で徐行［停止準備］ {15,2000, 2, 50}, // 常点灯で5秒停止(方向維持） { 0, 0, 0, 20}}; // PWM出力停止、2秒待つ /*--- Train Parameter ---*/ struct train_p t[] =[ // （最大９列車まで） {0, 0, 100, 700, 300} // 列車１パラメータ {0, 0, 100, 700, 300}}; // 列車２パラメータ /*--- Global Work Variables ---*/ struct drv_val *a; // 列車走行データ構造体用ポインタ struct train_p *b; // 列車パラメータ構造体用ポインタ 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 uint16_t tSp; // 目標走行PWMパルス幅 /*--- 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("Raedy"); break; case 8: LCD_str("Trbl!"); break; case 9: LCD_str("Point"); break; case 10: LCD_str("Train"); 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(sBuf,"%2d",n); LCD_cursor(6,0); LCD_str(sBuf); } /*--- Speed up/down functions ---*/ void speed_up(){ if(Vct == 0){ Spd++; Vct = b->acf; }else{ Vct--; } } void speed_dwn(){ if(Vct == 0){ Spd--; Vct = b->dcf; }else{ Vct--; } } /*--- CWG controle function --*/ void set_CWG(uint8_t x){ LCD_cursor(5,0); switch(x){ case 0: PWM_OUT(0); Spd = 0; CWG1STR = 0xF5; LCD_dat('*'); break; // ブレーキ case 1: CWG1STR = 0xF1; LCD_dat(0x7E); break; // 前進 case 2: CWG1STR = 0xF4; LCD_dat(0x7F); break; // 後進 } } /*--- Set Speed from Train Parameter ---*/ uint16_t set_sp_trp(uint16_t w){ uint8_t d; uint16_t r; d = b->upL - b->slw; switch(w){ case 2000: r = b->rsL; break; // 常点灯停止 case 2001: r = b->slw; break; // 徐行[停止準備] case 2002: r = b->slw + d/4; break; // 低速 case 2003: r = b->slw + d/2; break; // 中速 case 2004: r = b->upL - d/4; break; // 準高速 case 2005: r = b->upL; break; // 高速 } return r; } /*---- Set Train Number---*/ void set_train(uint8_t n){ // 走行させる列車を指定 set_CWG(0);) dsp_sts(TRAIN);) if((n > 0x30)&&(n < 0x33)){ // 列車数（〜0x3A） b = &t[n - 0x31]; // 列車番号配列ポインタ LCD_Cursor(5,0); LCD_dat(n); } } /*---- Switch Point ---*/ void swh_point(uint8_t x){ // ポイント切替（最大26） set_CWG(0);) dsp_sts(POINT); LCD_cursor(5,0); LCD_dat(x); switch(x){ case 'A': Pt_C5_SetLow(); break; case 'a': Pt_C5_SetLHigh(); break; } } /*--- Breaking & Pause ---*/ void bk_pause(uint8_t x){ set_CWG(0); // PWM出力停止(ブレーキ） dsp_sts(x); dsp_pwm(0, Spd); dsp_pwm(4, tSp); dsp_stp(Snm); if(x == BREAK){ WAIT_CHAT(); // チャタリング待ち while(SWITCH_IN == 0); // スイッチが離れるまで } do{ Led_A5_SetHigh(); // 0.5秒間隔で赤LED点滅 __delay_ms(250); Led_A5_SetLow(); __delay_ms(250); }while(SWITCH_IN > 0); // スイッチが押されるまで WAIT_CHAT(); // チャタリング待ち while(SWITCH_IN == 0); // スイッチが離れるまで WAIT_CHAT(); // チャタリング待ち set_CWG(Drc); } /*==== Main application =====*/ void main(void){ uint8_t d; SYSTEM_Initialize(); INTERRUPT_GlobalInterruptEnable(); INTERRUPT_PeripheralInterruptEnable(); LCD_init(); DACCON1 = 0x03; // 過電流閾値セット（DAC) bk_pause(RAEDY); // スイッチが押されるまで待つ //----- main loop ------ 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(a->spd == 0){ // 指令速度が0なら set_CWG(0); // PWM出力停止 tSp = 0; dsp_sts(BREAK); }else if(a->spd < 1024){ // 指令速度が1024未満なら if(a->spd > b->upL){ // 指令PWM＞最大値 tSp = b->upL; }else{ // 最大値以下 tSp = a->spd; // 指令値＝設定値 } }else{ // 指令値＞1023 tSp = set_sp_trp(a->spd); // 列車パラメータ使用 } if(Spd <= b->rsL){ // 列車が停止中なら d = a->drc; if(d < 3){ // drc = 0〜2なら Drc = d; // 進行方向セット set_CWG(Drc); }else if((d > 0x30)&&(d < 0x3A)){ // '1'-'9'？ set_train(d); // 列車選択 }else if((d > 0x40)&&(d < 0x7B)){ // 'A'-''z'？ swh_point(d); // ポイント制御 } } dsp_pwm(4,tSp); //--- Sequency loop ---- do{ if(CWG1AS0bits.CWG1SHUTDOWN){ dsp_sts(TRABL); // 過電流エラー dsp_pwm(0, 0); // PWM出力無し Led_A5_SetHigh(); // 赤LED点灯し exit(1); // 異常終了 } if(Sw_A4_PORT == 0){ // スイッチがON bk_pause(BREAK); // なら緊急停止 } if(Tmc > 0){ // 停止中タイマー処理 __delay_ms(100); Tmc--; dsp_pwm(4,Tmc); if(Tmc == 0){ // タイマー＝0なら break; // 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 == b->slw){ dsp_sts(SLWSP); // 徐行中 }else if(Spd == b->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ならループ継続 if(Sts == SLWSP){ // 徐行中にセンサ入力があれば Spd = b->rsL; PWM_OUT(Spd); // 走行停止（常点灯） dsp_pwm(0, Spd); dsp_sts(LOWLM); } __delay_ms(100); // センサ誤入力動作対策 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100以上ならプログラム終了 set_CWG(0); // PWM出力停止 LCD_cursor(0,0); LCD_str("-End-"); exit(0); // 正常終了 } /*--- End of File ---*/

★★★　トラブル　★★★ ・・MCCのEasySetUpで再設定や変更しても反映されないことあり！！

1．PIC書き込み時に”Target Device ID (0x0) is an Invalid Device ID”エラー（PIC書込不可）

−【配線不良】ICSPの配線チェック、特にブレッドボードでは接触不良に注意

−＞MCLR端子の配線で接触不良（Pickit読み取り値でDeviceID＝0ならこの可能性大）。

2．I2Cが動作しない（I2C接続LCDに文字が全く表示されない。I2C信号が出力されていない）

−【MCCバグ】MCCでRC0、RC1のWPUをチェックするも正しくセットされていない。

−＞PIN_MANAGER Initialeze()でWPUC＝0x00となっていた。WPUC = 0x03に変更。

3．IOピン状態変化割り込みが実行されない(磁気センサ入力が無視される)

−【MCCバグ】MCCでRA2とRA4のIOCをpositiveにするも、IO状態変化割込み許可の記述がない

−＞PIN_MANAGER Initialeze()の最終行に　PIE0bits.IOCIE = 1;　の記述を追加。

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※ 本レポートの参考・利用は、あくまでも自己責任でお願いします。

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ワード・一太郎で数式入力 (N-10)分岐機能付き自動運転

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