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PICと２軸加速度センサ
はじめに

　浅草ギ研ではパルス幅出力タイプの２軸加速度センサを販売していますが、パルス幅の測定という点では前回行いましたラジコン受信機の読み取りと同じ方法が使えます。ここではPICと２軸加速度センサとの接続方法を紹介します。
２軸加速度センサ

　加速度のセンサとは言いますが、ホビーロボットで使用する場合は主に、
　
　■ロボットの転倒検知（２軸の場合は倒れた方向も検知可能）

　■歩行時の制御の補助

　■衝撃検知

などに使われています。転倒検知は、重力を利用するもので、９０°傾いた状態では１Gの力が加わります。
浅草ギ研で販売している２軸加速度センサの商品説明についてはこちらにも掲載されています。
＜ピン配列＞



※GNDは両方ともGNDにつながなくてはなりません。 		＜出力波形＞



Ｔ２＝１０ｍＳで固定、加速度でＴ１が変化する。
０Ｇ時にはデューティー５０％、つまりＴ１＝５ｍＳとなります。
重力と傾き

　地球の重力は垂直方向に１Ｇです。加速度センサを傾けるとこの重力に反応しますので９０°傾けると１Ｇの力が生じます。　傾きと重力の関係は次の図のようになります。



　 以上から　重力加速度（Ｇ）　＝　Ｓｉｎ（傾き角度）　と言えます。

　＜動作イメージ＞の図の公式で重力加速度（Ｇ）が計算できますのでアークサイン関数を用いて角度を計算することができます。
角度
Ｓｉｎ
０°
０．００００
１０°
０．１７３６
２０°
０．３４２０
３０°
０．５０００
４０°
０．６４２８
４５°
０．７０７１
５０°
０．７６６０
６０°
０．８６６０
７０°
０．９３９７
８０°
０．９８４８
９０°
１．００００
　マイコンでＳｉｎなどの三角関数の計算をするには非常にパワーが必要で、場合によってはメモリが足りなくなる場合があります。このような場合は三角関数のテーブルを作っておき、その値と比較しておおまかに角度を求めるとメモリを消費せずに角度を求めることができます。
　左の表は１０°ごとのＳｉｎの三角比の表です。上で求めた（Ｇ）の値がどの範囲に入っているかをこの表と比較することにより、 １０°単位での解像度で角度を求めることができます。

　今、たとえば測定結果から０．７Ｇとの結果が出たとしますと、左の表から約４５°傾いているということがわかります。

回路図




　この回路図については説明するまでもないかと。
　電源回路などについては「ＰＩＣを使ってみる」を参照願います。
　結果の出力（デバックモニタ）については「ＰＩＣとＰＣとの接続」を参照願います。

接続ですが、前回と同様に、ＰＩＣ基板に出ているヘッダピンを２５５０コネクタが付いたケーブルで接続します。


こんな感じで数本用意しておくと、実験に便利です。この他にも１ｘ２列や１ｘ３列のものも作ってあります。
ブレッドボードの逆の感じですね。ブレッドボードよりは抜けずらいです。



加速度センサにつないだところ。加速度センサ側にはあらかじめ０．１インチピッチ（普通のＤＩＰと同じピン間隔）でヘッダピンがハンダ付けされています。
３０秒で配線が終わりました。
プログラム

プログラムはラジコン受信機との接続のものをほぼ同じです。２軸なのでＧＰ０とＧＰ１の２つのパルス幅を測定しています。
１２Ｆ６７５は使い方にコツがありますので、詳しくは前のページを参照願います。

ここでもタイマ０を使ってますが、タイマ０は８ビットカウンタなので分周する必要があります。今回は周期１０ｍＳでデューティー５０％なので基本的には５ｍＳのＨｉｇｈのパルスが出ます。仕様をみると１Ｇで１２．５％変化するようなので、１Ｇ、つまりプラスマイナス９０°傾けると４．３７５〜５．６２５ｍＳ変化するハズです。
内部４ＭＨｚクロックを使用しますが、内部クロックの場合はタイマのカウントが１／４になるので、１ＭＨｚ、つまり１ｕＳで１カウントします。これにより分周した場合のカウント値の表を作ると、下記のようになります。
　
４．３７５ｍＳ
５ｍＳ
５．６２５ｍＳ
０分周
４３７５
５０００
５６２５
８分周
５４６．８８
６２５
７０３．１３
３２分周
１３６．７２
１５６．２５
１７５．７８

タイマ０は８ビット、つまり０〜２５５までしかカウントできませんので３２分周がちょうど良い感じになります。

これにより作成したプログラムが下記のようになりました。




テキストデータはこちら　PIC_2Axis.txt
（右クリックで保存）


実行結果


実験の結果、水平にした場合はＸ，Ｙとも約１５４の数値が出力されました。
以下、倒した場合の結果です。

※重ねて書きますが、ハイパーターミナルでの結果の出力（デバックモニタ）については「ＰＩＣとＰＣとの接続」に書いてあります。

＜向こう側に９０°倒した場合＞
Ｙは変化せずに、Ｘが１１５ぐらいまで下がっていきます。


＜手前側に９０°倒した場合＞
同じく、Ｙは変化せずに、Ｘが１９２ぐらいまで増加します。


＜右に９０°倒した場合＞
今度はＸは変化せずに、Ｙが１９２ぐらいまで増加しました。


＜左に９０°倒した場合＞
Ｘは変化せずに、Ｙが１１５ぐらいまで減少しました。


水平位置はほぼ計算通りでしたが、９０°の時点の変化率は思ったよりも大きいものとなりました。実際には１Ｇでの変化率は１２．５％ではないのかもしれません。

この水平時と９０°時のデータと始めの方で説明したＳｉｎ関数により「ｘｘ°傾いている」、というような計算も可能です。
余裕がある人はプログラムを考えてみてください。（私は余裕が無いのであった。）


２００５年８月１５日
　
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