Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（２）：ＤＣモーターを動かす

もくじ

1. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（１）：材料選定
2. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（２）：ＤＣモーターを動かす
3. Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（３）：USB Host Shield で Bluetooth ドングルを使えるようにする
4. 【完成】Wiiリモコン＋Arduino＋LEGO でラジコンを作る（４）：WiiリモコンでDCモーターを操作する

前回で材料がそろいました。

まずはＤＣモーターを動かします。



いきなり左右キャタピラのモーターを制御するのは面倒ですので、１個で試してみましょう。

出来上がるとこんな感じになります。







これの回路図は次のようになります。







前回書かなかった可変抵抗器と固定抵抗器が含まれていますが、

これらはArduinoでソフトウェア的に代替させることも可能です。

固定抵抗器なしの接続方法については「建築発明工作ゼミ2008」さんが参考になります。

モータードライバ TA7291P

１０本のピンが生えていて、上部の鉄板が欠けている側が１番ピンです。

それぞれのピンの役割は次のようになります。

• １番ピン：GND
  
  グランドピンです。
  
  Arduino の GND に接続します。


• ２番ピン：OUT1
  
  モーターへの出力です。
  
  モーターの片方の端子につなぎます。
  
  動かしたときにモーターが思ったのと逆向きに回ってしまう場合は、
  
  ２番ピンと１０番ピンを入れ替えればＯＫです。


• ３番ピン：NC
  
  使いません。
  
  誤って逆に挿した場合、ちょうどこの位置にVs（８番ピン）が来ます。
  
  Vs はモーター電源なので、万が一逆に挿してしまっても
  
  回路が壊れないように３番ピンをアースしてあるんだと思います。
  
  これを考えた人って賢いですね。


• ４番ピン：Vref
  
  モーター制御ピンです。
  
  
  
  普通はここには抵抗器ではなくArduinoのPWM出力を繋いでモーターの回転速度を制御します。
  
  その場合は５番６番ピンをデジタル出力するようにArduinoのプログラムを書きます。
  
  
  
  今回はその代わりに４番を固定抵抗にして５番６番をPWM出力にすることで回転速度を制御しています。
  
  どちらでもモーター制御は可能です。
  
  
  
  「ところでPWMって何？」
  
  という方は前掲の「建築発明工作ゼミ2008」さんで詳しく説明されていますのでご参照ください。
  
  


• ５番ピン：IN1
  
  モーター制御用の入力です。
  
  今回は Arduino の６番ピンにつなぎます。
  
  
  
  IN1をHIGH、IN2をLOWにするとモーターが正転します。
  
  IN1をLOW、IN2をHIGHにするとモーターが反転します。
  
  Vrefの電圧で回転速度を制御します。
  
  というのが普通の使い方です。
  
  
  
  今回の場合、Vrefの電圧を固定にする代わり、
  
  IN1とIN2の電圧を変化させることで回転速度と方向を一気に制御します。
  
  
  
  つまり、TA7291Pの内部では IN1 - Vref と IN2 - Vref の値を元に
  
  モーター電源からモーターに流す電圧を変化させているようですね。


• ６番ピン：IN2
  
  モーター制御用の入力です。
  
  ５番ピンと組み合わせて使います。
  
  今回はArduinoの５番ピンにつなぎます。
  
  
  
  IN1, IN2 の両方が LOW だったらモーターは停止します。


• ７番ピン：Vcc
  
  Arduino の 5V ピンにつなぎます。


• ８番ピン：Vs
  
  モーター用電源です。
  
  最大20Vまで入力できます。
  
  Arduinoに20Vを繋ぐと壊れてしまうのでArduino用とモーター用の電源を分ける必要があります。
  
  
  
  Vs の電圧がVrefの電圧より低くなるとTA7291Pが壊れるそうです。
  
  モーター用電源をエネループ４本(1.2V x 4）にするとUSBの5Vより
  
  下がってしまう可能性があるので注意してください。
  
  
  
  その場合は USB 電源をやめて Arduino の 5V ピンにモーター用電源も繋ぐと動く可能性がありますが、
  
  うっかり Arduino の許容電圧以上を掛けてしまうと今度は Arduino が壊れるため、
  
  それはそれで注意が必要です。
  
  
  
  余談ついでに言うと
  
  「モーターをパワフルに動かしたいがバッテリーも１つにまとめたいぜ！」
  
  という欲張りな方は20Vを分圧して5Vに落として繋ぐ方法もあります。
  
  
  
  QuadcopterにArduinoを載せる場合などにはこの方法で軽量化することもありますが
  
  電圧が不安定になるのであまりお奨めしません。


• ９番ピン：NC
  
  使いません。
  
  万が一、左右反転して挿してしまっても、OUT1（２番ピン）の位置になってモーター回路がカットされます。


• １０番ピン：OUT2
  
  モーターへの出力です。

Arduino UNO

やっと Arduino の登場です。

Arduino へのスケッチ（プログラム）書き込み方法については様々なサイトで紹介されていますので、

簡単な説明だけに留めておきます。

1. Arduino公式サイトから Arduino IDE をダウンロードしてインストールします。


2. Arduino UNO を USB ケーブルでＰＣにつなぎます。


3. Arduino IDE を起動すると既に認識されているはずです。

今回使用した Arduino IDE のスケッチは次の通りです。

このスケッチは「hiramine.com」さんを参考にさせていただきました。

というか、ピン番号以外ほとんどそのままです。すみません。



このプログラムを Arduino に流し込んで可変抵抗器を動かすと動画のように動くはずです。

レゴはお好みで適当に。

#define IN1PIN  5
#define IN2PIN  6
#define VOLUMEPIN  0

void setup()
{
pinMode(IN1PIN, OUTPUT);
pinMode(IN2PIN, OUTPUT);
}

void loop(){
int iValue = analogRead(VOLUMEPIN);
int iMotor = Map(iValue, 0, 1023, -255, 255, true);

MotorDrive( IN1PIN, IN2PIN, iMotor );
delay(15);
}

int Map(int iIn, int iIn1, int iIn2, int iOut1, int iOut2, boolean bConstrain = false) {
double dValue = (double)(iIn - iIn1) * (iOut2 - iOut1) / (iIn2 - iIn1) + iOut1;
int iValue = (0 < dValue) ? (int)(dValue + 0.5) : (int)(dValue - 0.5);
if( bConstrain ) {
int iOutMin, iOutMax;
if( iOut1 < iOut2 ){
iOutMin = iOut1;
iOutMax = iOut2;
} else {
iOutMin = iOut2;
iOutMax = iOut1;
}
if( iOutMin > iValue ){
return iOutMin;
}
if( iOutMax < iValue )
{
return iOutMax;
}
return iValue;
}
}

void MotorDrive( int iIn1Pin, int iIn2Pin, int iMotor ){
if( -5 < iMotor && iMotor < 5 ){
digitalWrite(iIn1Pin, LOW);
digitalWrite(iIn2Pin, LOW);
} else if( 0 < iMotor ) {
analogWrite(iIn1Pin, iMotor);
analogWrite(iIn2Pin, 0);
} else {
analogWrite(iIn1Pin, 0);
analogWrite(iIn2Pin, -iMotor);
}
}

スケッチの説明

• void setup()
  
  Arduino起動時に実行されます。
  
  Arduinoのスケッチを作る際は必ず必要な関数です。
  
  pinMode(PIN,MODE) は第一引数に指定したピンを第二引数のモードに設定する関数です。


• void loop()
  
  setup() で初期化された後、繰り返し実行されます。
  
  これも必ず必要な関数です。
  
  analogRead(PIN) は引数に指定したアナログピンからアナログ値を読む関数で、0～1023の値が返ります。
  
  何もしないとものすごい勢いでループが回ってしまうので delay(N) で適当にスリープを入れています。


• int Map
  
  第一引数で与えた二、三引数の範囲内の値を四、五引数の範囲に丸めています。
  
  Arduino 自体にも map という関数があるので見比べると参考になるかもしれません。
  
  
  
  Arduino map


• void MotorDrive
  
  可変抵抗の値がプラス側だったらモーターを正転させ、マイナス側だったら逆転させています。
  
  digitalWrite(PIN,VALUE) は VALUE=HIGH だと PIN が 5V になります。
  
  LOW だと 0V になります。
  
  
  
  analogWrite(PIN,VALUE) は PWM ピンの場合、PWM で電圧が VALUE 相当になります。
  
  アナログピンでも PWM ピンでもないデジタルピンの場合は正しく動作しません。

以上でモーター１個の制御は出来るようになりましたので、

次回からはいよいよキャタピラ部分を作っていきます。