マイコン君モーター制御（その１）

（第４回）モーター制御（その１）

モーターは手動のスイッチであれば、電源を直接接続すればよいのですが、マイコンでモーターを制御する場合、LEDをチカチカさせるのとは違います。例えばマブチモーター「ＦＡ－１３０ＲＡ」の場合、５００ｍAの電流が流れます。マイコンの端子は数十ｍAしか電流が流れませんので、モーターを直接接続しても動きません。

まえばしロボコンは主に「ＦＡ－１３０ＲＡ」を使っているので、ロームのモータードライバーを使用します。モータードライバーはスイッチの役割をします。「ＢＤ－６２１１Ｆ」は３．３Ｖで動作するＩＣで、最大１０００ｍＡの電流を流すことができます。

注意）モータードライバーは壊れやすい部品です。
故障原因No1：連続して動作させる。ＩＣに連続して電流を流すと熱で故障します。
故障原因No2：急に逆回転する。ＩＣに逆起電力が発生して壊れる場合があります。（電源のプラスマイナスが逆転）
故障原因No3：大きいモーターで急にＯＮにする。突入電流が１Ａ以上流れて、壊れる場合があります。

モーターが大きくなると流れる電流が大きくなるので、故障する可能性が増えます。例えば「ＲＥ－２８０ＲＡ」を「モーターだけ（ギヤなし）で連続して１０分通電」「急に逆回転する」と簡単に故障してＩＣが動かなくなります。

マイコンでモーターを動かす

マイコンの信号をモータードライバーに入力することで、モータードライバーからモーターへ電力を供給してモーターを動作させます。

＜使っている部品＞

ａ．Arduino Pro Mini 328 3.3V 8MHz

ｂ．BD-6211F-E2

ｃ．ＳＯＰ８（１．２７ｍｍ）ＤＩＰ変換基板　金フラッシュ

ｄ．ＲＥ－２８０ＲＡ（説明用に大きいモーターを使用します）

ｅ．ショットキーダイオード４０Ｖ１Ａ　１Ｓ４＋コンデンサ１０ｕＦ

　1.接続

ｂとｃを半田付けします。小さくてちょっと難しいですが、はんだフラックス（H-722）を使えば、問題なく半田付け可能です。Arduinoは４，５，６番に接続。モーターとは１，７番に接続します。

(ＢＤ－６２１１Ｆの端子と機能)

（接続図）

＜注意＞図のモーターはギアがついてませんが、必ずギア付きのモーターで実験してください。

モーターとＢＤ－６２１１Ｆ（変換基板）の間にあるのがダイオード・コンデンサ（無極性なので図略）です。このダイオード・コンデンサが故障原因Ｎｏ２の逆起電力をＩＣに流れないようにしてくれています。ただし完全に防止できるわけではありません。大きいモーターの回転開始時にノイズが発生しますので、コンデンサはそのピーク電圧を小さくする役割があります。（ドライバーのドキュメントにも記載されています）

（参考）電源－ＧＮＤ間のコンデンサの効果
下のグラフは電源とＧＮＤ間のコンデンサの容量を変えた時のグラフです。ＲＥ－２８０ＲＡをＯＮしたときに、「容量の小さいコンデンサ１ｕＦ」と「ロームのドキュメントの指定どおりの１０ｕＦのコンデンサ」の違いを確認しました。１ｕＦではモータードライバーの定格の７～－０．３Ｖを超えてしまいますが、１０ｕＦでは発生しません。このノイズは小さいモーターの時はほとんど発生しませんのでコンデンサは不要ですが、大きいモーターでは駆動した瞬間や逆転時（特にひどい）にＩＣの定格を超えるので、故障する場合があります。このノイズからモータードライバーを保護するためにコンデンサとダイオードを取り付けています。
これに気付くまでにかなりの数のＩＣを壊しました・・・（＾＾；）

２.プログラムの準備

①以下がサンプルプログラムです。コピーして使います。

//----(プログラム)----
uint16_t MyCount;//モーター加速用カウント
uint16_t MyCount2;//モーター加速用カウント
uint8_t Mode;//モーター状態
uint8_t Plus_Count;//モーター加速幅
uint8_t KirikaeFlag;//モーター切り替え判断
void setup() {

delay(100);
pinMode(2, OUTPUT);//正転指令
pinMode(4, OUTPUT);//逆転指令
pinMode(5, OUTPUT);//モーター速度
Plus_Count = 1;
KirikaeFlag = 1;
Mode = 3;
}

void loop() {
if (MyCount > 254) {
MyCount2 = 255;
} else if (MyCount < 50) {
MyCount2 = 50;
} else {
MyCount2 = MyCount;
}
analogWrite(5, MyCount2);//ここでモーターの速度を決める
delay(10);
if (KirikaeFlag == 1)
{
KirikaeFlag = 0;
if (Mode == 0) {
Mode = 1;
} else if (Mode == 1) {
Mode = 2;
} else if (Mode == 2) {
Mode = 3;
} else if (Mode == 3) {
Mode = 4;
} else if (Mode == 4) {
Mode = 5;
} else if (Mode == 5) {
Mode = 0;
}
if (Mode == 0) {
digitalWrite(2, HIGH) ;
digitalWrite(4, LOW) ;
}
if (Mode == 1) {
digitalWrite(2, LOW) ;
digitalWrite(4, LOW) ;
}
if (Mode == 2) {
digitalWrite(2, LOW) ;
digitalWrite(4, HIGH) ;
}
if (Mode == 3) {
digitalWrite(2, LOW) ;
digitalWrite(4, LOW) ;
}
if (Mode == 4) {
digitalWrite(2, HIGH) ;
digitalWrite(4, LOW) ;
}
if (Mode == 5) {
digitalWrite(2, LOW) ;
digitalWrite(4, LOW) ;
}
} else if (MyCount > 254) {
if (Mode == 1) {delay(100);Plus_Count = 2;KirikaeFlag = 1;}
if (Mode == 1) {delay(500);Plus_Count = 1;KirikaeFlag = 1;}
if (Mode == 2) {delay(100);Plus_Count = 2;KirikaeFlag = 1;}
if (Mode == 3) {delay(500);Plus_Count = 1;KirikaeFlag = 1;}
if (Mode == 4) {delay(100);Plus_Count = 2;KirikaeFlag = 1;}
if (Mode == 5) {delay(10000);Plus_Count = 1;KirikaeFlag = 1;}
MyCount = 0;
}
MyCount = MyCount + Plus_Count ;

}

②プログラムをArduinoに書き込むとモーターが動きます。少し複雑ですが、モーターにゆっくり電力を供給するようなプログラムになっています。連続して動作させると発熱でモータードライバーが壊れてしまうので、10秒間停止しています。またタミヤのギヤモーターが完全に停止してから次の回転がするようになっています。

実験の様子

モーターは動きましたか？小さいモーターの場合は、「Plus_Count=1」の数値を大きくしても問題ないです。この実験では大きいモーターを使っているので、ゆっくり加速するプログラムになっています。これは、まえばしロボコンで使っているＡＣアダプター（３．３Ｖ　２Ａ）が過電流で一時停止（動かなくなる）を防ぐためにも大切な制御になります。

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（第４回）モーター制御（その１）

マイコンでモーターを動かす

２.プログラムの準備

マイコンを使おう