【授業☆しょ~かい】『LTC』のモータを『回転速度制御』して『自動ブレーキ』も搭載したよ! 電子技術科(都留キャンパス)No.426

2021年06月02日

令和3年5月20日:
こんにちは。ぼく、チビあんどくん
電子技術科をPRしているんだ★
みんな、あんどくんだけじゃなくて、ぼくの応援もよろしくね (。◕∀◕。)ノ⋆
産短大は前期授業がスタートして7週目なんだよ。
今日、令和3年5月20日(木)は、3限と4限に2年生の『電子回路設計』におじゃましたんだ。この授業では『LTC (ライントレースカー) 』を題材として、電子回路の設計方法について学んでいるんだよ。『LTC』っていうのは、白い紙面上に描かれた黒いラインに沿って、自動走行する『模型自動車』のことだよ。

前回、下の写真にあるモータの回転速度を制御する『PWM回路』が完成したんだ。
三角波発生回路』と『三角波増幅回路』でつくりだした『三角波』を、オペアンプのプラス入力端子に入力するんだよ。それから、可変電圧発生回路の出力電圧を、オペアンプのマイナス入力端子に入力するんだ。そうすると、オペアンプの出力からは『PWM信号』が出力されるんだよ。

 

下の写真が、実際に、オシロスコープで観測した電圧波形だよ。
黄色の『三角波』がオペアンプのプラス入力端子の電圧で、水色直流電圧がオペアンプのマイナス入力端子の電圧なんだ。それから、紫色の電圧波形がオペアンプの出力波形で、『PWM信号』なんだよ。
オペアンプの出力電圧は、プラス入力端子の電圧がマイナス入力端子の電圧より大きいときは3V (HI)、小さいときは0V (LOW)になるんだ。こんな風に、二つの入力電圧の大きさを比較するのに使うオペアンプのことを、『コンパレータ』っていうんだよ。

下のオシロスコープの画面で、黄色い波形水色の波形より上側にあるときは、オペアンプの出力電圧は3V (HI)、下側にあるときは0V (LOW)になるんだ。なので、紫色の出力波形パルス波形になるんだよ。ここで、水色の直流電圧を高くすると、パルス信号パルス幅が狭くなるんだ。
逆に、水色の直流電圧を低くすると、パルス幅が広くなるんだよ。

 

パルス幅が広いと平均電圧が高くなって、狭いと平均電圧が低くなるんだよ。
この性質を利用して、モータ回転速度を変えることができるんだ。
この『PWM信号』を『モータドライブ回路』に組み込んで、モータの回転速度を制御できるか実験で検証したんだよ。

 

モータドライブ回路』には『制御回路』から、0V (LOW)もしくは3V (HI)の制御信号が送られてくるんだ。制御信号が0V(LOW)のときモータ回転して、3V (HI)のときモータにはブレーキがかかるんだよ。この制御信号に『ORゲート』を使って『PWM信号』をのせるんだよ。そうすると、制御信号が0V (LOW)のとき、『ORゲート』の出力が『PWM信号』になるんで、モータの回転速度を変えられるんだよ。一方、制御信号が3V(HI)のときは『ORゲート』の出力が3V (HI)なので、モータにはブレーキがかっているんだ。

 

今回は『制御回路』の代わりに、3接点トグルスイッチで制御信号を3V (HI)と0V (LOW)に切り換えて、『PWM信号』によりモータの回転速度が変えられるか実験で検証したんだよ。

全員、『PWM信号』でモータ回転速度を制御できたみたいだよ。
PWM信号』によるモータ回転速度制御はここまで。

ここからは、『自動ブレーキ回路』を設計したんだよ。『LTC』に搭載した『距離センサ (測距センサ) ユニット』をつかって、『LTC』の前方にある障害物までの距離を測定するんだ。『LTC』が、障害物にある距離まで近づくと、『自動ブレーキ』が作動して『LTC』が停止するんだよ。

自動ブレーキ回路』は、『距離センサユニット』『フィルタ回路』『コンパレータ』『ブレーキ保持回路』で構成されるんだよ。

 

距離センサユニット』は、測定した距離に応じた直流電圧を出力するんだ。
この直流電圧信号から、『フィルタ回路』で、『自動ブレーキ』の誤作動の原因となるノイズを取り除くんだよ。

 

つぎに『コンパレータ』に接続した可変電圧発生回路のボリュームで、『自動ブレーキ』が作動する障害物までの距離を設定するんだよ。
今回は、『自動ブレーキ』が10センチで作動するようにしたんだ。

 

これで『LTC』が前方にある障害物に、10センチの距離まで近づくと『自動ブレーキ』が作動して『LTC』が停止するんだけど・・・
LTC』から遠ざかる方向に障害物が動いていたとすると、距離が10センチより少しでも大きくなると、すぐに『自動ブレーキ』が解除になるんだ。それで、『LTC』が走行をはじめたとたんに10センチまで近づくんで、すぐに停止するんだ。で、障害物が動いているんで、すぐに距離が10センチより大きくなって、再び『LTC』が走行をはじめるんだ。こんな風に『LTC』が短時間に『ブレーキ』『走行』『ブレーキ』『走行』をくり返すんで、『LTC』の動きがガクガクになっちゃうんだよ。
このように二つの動作をくり返し行い、動作が不安定になる現象を『ハンチング』ていうんだよ。
ハンチング』を取り除くためには、『自動ブレーキ』が作動したら、しばらくはブレーキ状態保持して、障害物が遠ざかるのを待てばいいんだよ。この回路が『ブレーキ保持回路』だよ。ブレーキ保持する時間は、可変抵抗をつかって変えられるんだよ。

今回は、ここまで。

みんな、今日も1日おつかれさま ⸜( ・ᴗ・ )⸝
次回は『自動ブレーキ回路』の組み立てと評価をする予定だよ。
今日も『産短大の毎日』をみてくれてありがとう!
また、明日からがんばろっ٩( ‘ω’ )و

バイバーイ٩( ᐛ )و

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