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Fグループ電子工作講座

秋月電子SH7125ボードで始めるマイコン開発

通信を行うにあたって

通信はマイコン開発において難所の一つです。

通信ができる様になればできることが一気に増えます。
ただし、必要な知識な知識も多くなります。
パソコンでシリアル通信を行う際には各メーカーが用意したドライバを使用すれば良いのですが、マイコンの場合ドライバに相当する部分もプログラムを作成する必要があります。
・シリアル通信の設定項目
・ストレートケーブル、クロスケーブルの違い
・ASCIIコード
・割り込み
・char型配列
・関数
・ポインタ
・電圧変換ICの取り扱い
それらをすべて正しく理解していないと通信機能を実装することはできません。
情報のやり取りを行うには16進数ビット演算等の知識が必要となります。
マイコンに関する知識が詰め込まれているため、「マイコンで通信ができる=マイコンを使いこなせている」と言えるでしょう。

また、PCと通信を行う場合、PC側のプログラムも作成する必要があります。
一度ひな形さえできてしまえばあとは使いまわせば良いのですが、一番最初にひな形を作成するのが大変です。
正直なところ、説明を作るのも大変です。

では、気合を入れてまいりましょう。

そもそも通信とは

なぜ通信を使うのか、通信のメリットとは

「楽をするためならどんな努力でもする」それがプログラマーです。
通信を実装するにはそれなりの時間を必要とします。それでもなお通信を行うからにはメリットがあります。私は通信のメリットを以下の様にとらえています。

遠隔装置接続におけるメリット
・省配線
・省電力
・情報伝達の確実性
異種装置接続におけるメリット
・電圧の異なる機器の接続
・機器同士の切り離し


ここでは、遠隔装置接続におけるメリットを考えてみます。

・省配線、省電力

数十メートル先にある装置を手元の操作端末で動かしたい場合を考えます。

大電力が必要な装置をスイッチで操作する場合、装置とスイッチをつなぐ電線は流れる電流に対応した太さである必要があります。また、操作したい個所が増えるごとに電線の数も増えていきます。当然重く硬いため操作端末を持って移動することは難しいでしょう。

数十メートルの長さの電線に大きな電流を流すと電線自体でも電力を消費してしまい、電力の無駄になります。
この問題を解決するために通信端末を使用します。
制御対象の近くと操作端末内に通信端末をとりつけ、2つを数本の通信線で繋ぎます。

操作端末内の通信端末からは操作信号をおくり、制御対象の通信端末が制御対象の電力制御を行います。通信端末間は微弱な信号のみが伝送されるため電線は細くても問題ありません。また、操作したい個所が増えた場合でも通信に用いる電線の本数は変わりません。
さらにこの通信端末間の信号のやりとりは電波に置き換えることができます。

・情報伝達の確実性

続いてセンサー値を伝送する場合を考えます。
センサーと表示器が近い場合はあまり問題が無いでしょう。
 
これがコネクタなどを経由して道のりが長くなると

電線やコネクタの接触抵抗、電磁ノイズなどにより値が変わってしまう可能性があります。
ここで通信端末を利用すると

電線の増減はありませんが、情報をデジタル化することで情報の劣化を防ぐことができます。

シリアル通信(RS232C)とは

通信には色々な種類があります。
信号を送りたいビット数だけ入出力ポートを用意し、1回分のデータを一気に並列で伝送する方式をパラレル通信と言います。これに対してモールス信号の様にON-OFFで信号を時間的に直列にして伝送する方式をシリアル通信と呼びます。
RS232Cはシリアル通信の一種でマイコン間やマイコンとPCとの間でよく使われる通信方法の一つです。
RS232Cはパーソナルコンピュータが普及し始めた頃からあるレガシーな通信方式で、日本では(世界でも?)「シリアル通信=RS232C」という扱いをされることが多いようです。
配線を最低3本接続すれば双方向にデータの送受信ができます。
SH7125へプログラム書き込む際に使用する9ピンのあのコネクタがRS232Cのコネクタです。


PCにはよく似た15ピンコネクタもありますが、これは映像出力端子なので関係ありません。
 

厳密に言えばマイコンで扱う通信はRS232CではなくUARTという方式です。
UARTと電圧変換ICを組み合わせるとRS232C方式になります。
SH7125ベースボードに搭載されているICがこの電圧変換ICです。

例えば3V系マイコンと5V系マイコンをそのまま配線でつなぐと3V系マイコンに5Vが入力されるので壊れてしまいます。
電圧の異なるマイコン同士を接続するのに仲介機能を果たすのがRS232Cです。

SH7125のシリアル通信を使った装置紹介

Fグループの勉強会で使用している制御デモ用の装置です。

テクニック パワーショベル 42006(定価¥8,640)に無理矢理モーターを6個積んでSH7125ボードとモータドライバで6軸比例制御可能にしたものです。
クローラー左右、旋回、肩起伏、肘起伏、クロー開閉が独立して制御可能です。
角度センサー代わりに可変抵抗を搭載してあります。
XBEEによるシリアル通信無線化でPCや別のマイコンからリモート操作が可能です。
※現在42006は販売終了してしまったのか転売者により定価の倍以上の値段で売られています。
 安い装置を高機能化するのが自作制御の面白みなので、現在42006を購入するのは間違いです。

もう一つ
東京マルイFA-MASベースのリモート砲台です。

SH7125ボード搭載で、旋回起伏動作にはタミヤのウォームギヤと遊星ギヤを使用し、サーボ化してあります。射撃操作は自作FET基板経由にて制御します。
RS232Cとイーサネットの変換基板を使ってPCから有線/無線LANにて遠隔操作が可能です。

通信さえ覚えてしまえば、プロポを買う値段で遠隔操作ロボットが作れてしまいます。

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