はじめに
歩行系のロボットを作る場合はRCサーボが良い（インターネットなどで情報が手に入り、比較的簡単に制御できるので）のですが、車輪系のロボや、どうしても自分でサーボをつくってPID制御したい（巷では”オレサーボ”と言われている）という方がいるかと思います。（PID制御をしようとする方は浅草ギ研のホームページは見ないと思いますが．．．）
このような場合は通常は 「小型DC（直流）モータ」 を使います。
DCモータの制御は、マイコンなどと違って大きな電流を扱いますのでモータを駆動するドライブ回路が必用になります。DCモータのドライブで一般的なのはトランジスタを使用したHブリッジ回路で正転、逆転させるという方法があります。また、Hブリッジ回路が１つのICに入ったものなども販売されておりいくつかは秋葉原でも購入できます。（ツクモロボット王国や千石電商のホームページなどでも購入できます。）
Hブリッジ回路で１つのモータを正転／逆転させるには、マイコンのIOを２つ使用します。モータが２つならIOは４つ必用になります。今回使用しているPIC１２Ｆ６７５は８ピンしかなく、ＩＯは６個しかないのでモータを２つ使用する場合はＩＯが２つしか残りません。
浅草ギ研では、シリアル通信でデータを送ることにより、２つまでのＤＣモータの正転／逆転およびスピードを調整できるモータコントローラを販売しています。ここではこのコントローラとＰＩＣとの接続について説明します。この場合、使用するＩＯは１つで済みます。
超小型ＤＣモータコントローラ
超小型ＤＣモータコントローラの商品説明はこちらのページ
以下概要です。
＜概要＞
超小型２ｃｈDCモータコントローラはシリアル通信で簡単な命令を送ることにより２つのDCモータの回転方向と速度を制御するコントローラです。
９ピンSIPタイプなので市販のブレッドボードやユニバーサル基板などにさすことができます。
シリアル通信の通信速度はコントローラ側で自動検出しますので設定の必要がありません。 |
＜仕様＞
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コントローラ
電源電圧
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+3〜5.5V DC |
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モータ
電源電圧
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+1.8〜9V DC |
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駆動モータ数
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最大２個 |
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最大電流
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１A/モータ |
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速度調整
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正転127段階、逆転127段階 |
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通信速度
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1200〜19200bps(自動検出) |
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通信方式
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TTLレベル、8ビット､ノンパリティ、ストップビット０、フロー制御無し |
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PWM周波数
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600Hz |
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サイズ
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23.0mmx11.5mm |
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＜ピン配列＞
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ピン番号
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説明 |
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１
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モータ用電源（1.8〜9V）
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２
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グランド(0V) |
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３
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コントローラ用電源(3〜5.5V) |
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４
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シリアル入力 |
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５
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リセット |
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６
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モータ１ ＋ |
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７
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モータ１ − |
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８
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モータ０ − |
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９
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モータ０ ＋ |
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こちらはＳＣ−０１とは違い、マイコンなどと接続されるように設計されてますので 論理１−＞５Ｖ、論理０−＞０Ｖ で通信します。よって前回のようなインバータは不要です。
これも電源は基板用に５Ｖとモータ用の２つの電源が必用です。基板用電源は３〜５．５Ｖを入れればよいのでＰＩＣボードの５Ｖから取ることにします。ＰＩＣボードについては「ＰＩＣを使ってみる」を参照願います。モータ用の電源はモータに合った電源を使います。今回はタミヤの工作キットのモータを動かしますがこれは１．５Ｖぐらいから動きますので乾電池でよいでしょう。しかし、ＤＣモータコントローラのモータ電源電圧の最小値が１．８Ｖなので乾電池２個直列の３Ｖで駆動することにします。
前回のＲＣサーボを動かすところで、「電流が取り出せないので市販の乾電池は不可」、と言いましたがこれはＲＣサーボを複数動かす場合であり、普通の小型ＤＣモータは電子回路がついてないので電圧が低くてもリセットがかかったりしないので問題ありません。電圧が低いと動きが遅くなるだけです。
通信は１２００〜１９２００ｂｐｓの通信速度で行います。このコントローラの場合は通信速度自動検出なので、設定（あとでプログラム中で設定する）はこの範囲であれば問題ありません。
ＰＷＭによるモータの速度制御
上記仕様を見ると速度が１２７段階で調整できます。ＤＣモータの速度を調整するには通常、ＰＷＭという方式を使います。
ＤＣモータの動作は単純で、電源が入っているとその電圧値に応じたパワーが出ます。無負荷（モータになにも付けない状態。）の場合だとパワーが上がれば回転スピードも上がります。実際に電圧を上げたり下げたりするという方法もありますが、マイコンなどから制御する場合はパワーをＯＮ／ＯＦＦを繰り返して制御します。
これをＰＷＭ（ＰｕｌｓＷｉｄｅＭｏｄｕｒａｔｉｏｎ）制御と言います。パルス周期を一定にした場合、パルスのＯＮ（Ｈｉｇｈ）の時間が長いほどスピード（パワー）が出るというものです。
小型ＤＣモータは電圧を上げると（そのモータにより定格電圧（最大に入れて良い電圧）は決まってますが、）スピードが速くなるだけですので、マイコンの５Ｖを直接モータに入れればよいのでは？と考えるかもしれませんが、マイコンのＩＯは「流れ出す、もしくは流し込む電流の最大値」が決まっており、大抵のマイコンは数十ｍＡ程度です。今回使用するＰＩＣ１２Ｆ６７５はどのぐらいの電流が流せるでしょうか？これはデータシートの ElectricalSpecifications（電気的特性）
のところに書いてあります。
ここの AbsoluteMximumRatings（最大定格） の部分を見ると
Maximum output current sunk by any I/O pin（各ＩＯピンに流し込む最大電流）・・・２５ｍＡ
Maximum output current source by any I/O pin（各ＩＯピンから流れ出る最大電流）・・・２５ｍＡ
となっています。
また、
Maximum current sunk/sourced all GPIO・・・１２５ｍＡ
となってますので、全ＧＰＩＯが出し入れする電流の合計が１２５ｍＡを超えても壊れる可能性があります。
マブチモータなどの普通に模型屋などで買える小型ＤＣモータ（今回使用するモータ）は、回転するときに数百ｍＡ〜約１Ａぐらいの電流が流れます。よって、ＰＩＣなどのマイコンのＩＯを直接ＤＣモータにつないでＩＯのオン／オフでスピード調整をしようとするとマイコンのＩＯポートが（間違いなく）壊れます。
これを解決するには、ＩＯにトランジスタをつないで電流を増幅してモータに加えてやればよいことになります。また、このトランジスタの組み合わせでＩＯの２ピンを使って１つのモータを正転／逆転させることができます。この辺りの詳細はＢＡＳＩＣスタンプとトランジスタでモータを回転させる実験をやっているページがありますのでそちらを参照願います。また、このページでは秋葉で購入したモータドライバＩＣを使ってみたりもしてます。
今回使用する超小型ＤＣモータコントローラでもこのようなドライバ回路を経由してスピード調整していますが、これらのＰＷＭパルスはドライバに積んであるマイコン側で生成しますのでＰＩＣ側ではそれらを意識しなくても良いのです。
Ｈ８などのマイコンで、ＰＷＭパルスを簡単に作れる機能のあるものもあります。ＰＷＭパルスをつくるときはタイマでパルス長を調整するのでＰＷＭとタイマの説明がセットで（データシートなどに）書かれていることが多いです。
回路図
以前、ＰＣから直接このモータドライバを接続して制御する実験をやりまして、今回はその時に使用したモータのセットを使います。ＰＣで直接、の方に興味のある方はこちらのページを参照願います。（でも、ＰＣからＤＣモータを動かすメリットってあるのかなぁ？このページ、やってみたけどまったく反応が無い。）
タミヤの工作シリーズのねずみの形で走り回るヤツの電池を３Ｖ（乾電池２個直列）に変更して、ＤＣモータドライバをくっつけてます。
接続は次の通り、
ＧＮＤ同士は全て接続します（というかＰＩＣボードのＧＮＤに挿してます）。今回も前回同様ＧＰ０からシリアルデータを送ることにしました。
実際の配線はこんな感じです。ネズミの方は前回ＰＣとの接続の時に、ケーブルを２５５０コネクタで接続してましたのでＰＩＣボードに挿すだけで簡単に終わりました。
ＰＩＣボードについては「ＰＩＣを使ってみる」を参照願います。
プログラム
超小型DCモータコントローラの仕様を見ると、４バイトのデータでモータのスピードと方向を制御するようです。
■１バイト目：常に ０ｘ８０ （１０進数だと１２８）
■２バイト目：常に ０ｘ００ （これは１０進数でも０です。）
■３バイト目：５＝０番正転、４＝０番逆転、７＝１番正転、６＝１番逆転
■４バイト目：スピード （０：停止〜１２７：最速）
よって、speedを速度変数とすると
０番正転 0x80,0x00,0x05,speed
０番逆転 0x80,0x00,0x04,speed
１番正転 0x80,0x00,0x07,speed
１番逆転 0x80,0x00,0x06,speed
となります。
これで作ったプログラムが下の通り。
尚、各関数や設定についてはサーボコントローラを動かしたところを参照願います。
ｆｏｒ文でスピードをどんどん上げていくというプログラムです。
テキストデータはこちら PIC-DCM.txt
（右クリックで保存）
これも注意点は前のページと同じ。printf( )文などで文字データを送らないように。数値データを送ることで制御しますので。
結果、上のプログラムで動作確認できましたが、あまりおもしろくないので結果のコーナーは割愛します。
（ちょっと疲れた。）
これで（超小型ＤＣモータコントローラを買えば）ＰＩＣで簡単に２つのＤＣモータの方向と速度を制御できるようになりました。
２００５年８月１８日 |
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