前回、蓄光テープにLEDで像が描けることを確認しました。蓄光テープはLEDの光を当てた直後は明るく、時間が経つにつれて暗くなっていきます。暗くなったところにもう一度LEDの光を当てれば、1回目とは違う像を描くことができますね。このためには、テープを環状にして、光が弱くなったころにLEDが戻ってくるようにすると良さそうです。今回は、これに挑戦してみます。
テープ上にあるかどうかを光センサで判別
テープを環状にするので、LEDがテープをたどる方法を考えないといけません。今回は簡単に、光センサを使うことにしました。黒い紙の上に蓄光テープを貼り、反射光を見て、蓄光テープ上にいるかどうかを判断します。進行方向に対して左前方にセンサを置き、テープの上に来たら左に、テープから外れたら右に向きを変えます。これによって、センサがテープの縁をたどるようになります。テープの最後を過ぎるとセンサがテープから外れ、右方向に回り続けます。その結果180°回転して、反対側のテープをたどることになります。このテープを渡りきると、また180°回転して、最初のテープに戻るという仕組みです。さて、はたして考えた通りに行くでしょうか。
やってみると、とりあえず期待通りに動いてくれているようです。ケーブルがからまるという問題はありますが、エンドレスに描いていくことができるようになりました。あとは、PCから文字イメージをもらえば、好きなテキストがどこまでも描けることになります。というわけで、次回はこれに挑戦してみましょう。
ハードとソフトの構成
自分でも作ってみたいという方のために、もう少し詳しく見ていきましょう。
まずセンサですが、フォトリフレクタと呼ばれる、反射型の光センサを使いました。データシートを見ると、フォトトランジスタ側は、1V印加時の電流が最大2mAくらいです。2kΩの抵抗を直列に入れて5Vの電源を用意すると、この抵抗に4Vが現れ、センサに1V残ることになります。これをマイコンのADコンバータに入力します。
このセンサは赤外線タイプで外乱光の影響を受けにくいということになっていますが、せっかくなのでLEDもマイコンで制御するようにしました。LEDオン時の数値と、LEDオフ時の数値の差を反射光と判断することで、外の明るさの変化に強くなります。
図1 前回の基板と今回の比較。こちらは前回。PICのチップと紫外線LEDが並んでいるだけです。
図2 今回は車輪の車輪（モーター）の位置を変え、LEDの反対側に光センサを配置しました。これがテープの位置を判別します。
ソフト側ですが、反射光の強さに応じてモーターの速度が連続的に変わるようにしました。今回使ったのはステッピングモーターですから、なめらかに回転させるためのPWM制御も必要です。次回の範囲まで考えると、シリアル通信も必要です。どう組むのがいいでしょうか。
これは私のやり方ですが、まずシリアル通信に必要なクロックを基準にしました。9600bpsの場合、3倍のクロックは約35μsになります（なぜ3倍にするかについては、『組込みプレス』Vol.18 p.133に詳しい記事があります）。これを256分周してPWMに使うと、約110HzのPWM出力が得られます。同時に、速度を位置に反映させる計算もおこないます。ここまでがシリアルクロックごとの処理です。
リスト1 モーター処理
waitrx3
call waitrx
call waitrx
waitrx
movf posll, 0 ; 左モーターPWM処理
addwf pwmval, 0
movlw 0
btfsc STATUS, C
movlw 1
addwf poslh, 0
call getmotor
andlw 0xf0
movwf work0
movf posrl, 0 ; 右モーターPWM処理
addwf pwmval, 0
movlw 0
btfsc STATUS, C
movlw 1
addwf posrh, 0
call getmotor
andlw 0xf
iorwf work0, 0
movwf PORTC
incf pwmval, 1 ; PWM位相送り・256分周
btfss STATUS, Z
goto waitrx1
movf vell, 0 ; 速度を位置に反映
addwf posll, 1
btfsc STATUS, C
incf poslh, 1
movf velr, 0
addwf posrl, 1
btfsc STATUS, C
incf posrh, 1
waitrx1
movlw 0x55 ; (87clk - 2)
subwf TMR0, 1
waitrx0
btfsc TMR0, 7
goto waitrx0
; シリアル受信処理
retlw 0
光センサの処理とシリアル送受信、LED出力の処理は、これとは独立して行います。今回はシリアル送受信はやりませんが、LEDを出力して、センサのAD変換を行い、結果を速度に反映させる処理を行います。シリアル送受信中にセンサ処理が一瞬だけ遅れても、問題ないだろうという判断です。
リスト2 センサ読み取り処理
traceproc
bcf val_ra, PORTA_LED ; LED off
movf val_ra, 0
movwf PORTA
call waitrx3
call waitrx3
call waitrx3
call waitrx3
call waitrx3
bsf ADCON0, 2 ; AD変換
call waitrx3
movf ADRESH, 0
movwf work1
bsf val_ra, PORTA_LED ; LED on
movf val_ra, 0
movwf PORTA
; このあとAD値を速度に反映
センサの動作確認ですが、せっかくLEDが8つあるので、ここにAD変換した8bitをそのまま出力してしまいました。反射させたときにどんな値がが出るかがわかれば、それを速度に変換するときの参考になります。今回は、LEDオン時とLEDオフ時の差が0x20以下であればテープ外、0x40以上であればテープ上と判断し、この間であればなめらかにモーター速度に反映されるようにしました。
ぜひ、みなさんが作るときの参考にしてください。
