shotaのマイクロマウス研修15[回路設計③ 物体検出センサ回路]


こんにちは、shotaです。

社員研修として、オリジナルマウスの製作しています。

[前回の記事]では電源回路について書きました。

今回は物体検出センサ回路(通称:壁センサ回路)について書きます。

 

物体検出センサ回路

物体検出センサ回路のブロック図はこのようになりました。

点線から左側が内部回路で、上半分が発光回路、下半分が受光回路です。

点線から右側が外部回路です。回路はありませんが、赤外線を反射する壁があります。

 

物体の検出にはフォトリフレクタ[LBR-127HLD]を使用します。

フォトリフレクタには赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタが内蔵されており、ダイオードが発光した赤外線が壁で反射し、フォトトランジスタで受光されることで壁を検出できます。

壁がない場合は、赤外線が反射されず、フォトトランジスタが受光できません。

 

回路図はこのようになりました。

自分のマイクロマウスには、この検出回路が4つ搭載されます。それぞれ、前(左)・左・右・前(右)の壁を検出します。

 

それでは発光回路・受光回路について説明します。

発光回路

回路図は[HM-StarterKit]を流用していますが、より詳しい発光回路の動きについては[マイクロマウスのセンサについて②]を参考にしました。

 

参考記事に書いてあるとおり、環境光による壁の誤検知を防ぐため、発光ダイオードをパルスでON/OFFさせます。パルスの周波数は1kHzとします。

発光ダイオードを1kHzでON/OFFすると、それに伴い電源電流が変動します。この変動をなだらかにするためにローパスフィルタを搭載しています(回路図のR5とC11)。

素子の定数はHM-StarterKitの値をそのまま使用しています。電源ICがHM-SterterKitのものから変わっているので、実際に動かした時の波形を見て定数を変えようと思います。(もしかしたらフィルタ回路が不要かもしれません。)

 

ON/OFFするパルスは、ESP32から出力します。発光した赤外線が別の受光部に入らないように、4つのダイオードを別々のタイミングで発光させたいです。

そのためには、パルスの出力端子も4つ必要ですが、ESP32の端子数が足りないため出力端子を2つに減らしています(回路図のIRLED_R_FLと、IRLED_L_FR)。

本来は別々に点灯させる、RとFLを同時に点灯させます。同じようにLとFRも同時に点灯させます。

RとLのセンサは角度が傾いているので、センサRとFL、LとFRのペアで発光すれば、誤検知しません(おそらく)。

受光回路

こちらも、HM-StarterKitの回路図を流用します。

フォトリフレクタに内蔵されているフォトトランジスタは、ベース電流の入力が光の入力に置き換わったトランジスタです。

[赤外LEDとフォトトランジスタ – ローム]

フォトリフレクタが壁に近づくと、光の反射量が増加し、フォトトランジスタの受光量も増えます。そうすると、フォトランジスタのコレクタ電流が流れ始めるので、センサ信号(回路図中のAN_IRLED_L)を読み取ることができます。

※受光に関しては、ADC端子を4つ分確保しています!

 

余談:ESP32の端子が足りない問題

Q.インジケータ(LED)の搭載をやめたら良いのでは?

A.デバッグが辛いので許してください・・・

次回の内容

次回はモータドライバとエンコーダ回路について説明します。


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