| 「ライントレース・カーを作る」４回目の記事です。 今回は2枚目の基板「論理回路IC基板」を製作します。 |
使用した基板はサンハヤト ICB-91 です。この基板もIC部品の取扱いに便利な回路プリントとなっています。
20PまでのIC部品を1個真ん中に配置すると１つのピンについて４つの連結されているピンがあるのでジャンパ線やリード線をハンダ付けするのが楽にできます
使用した論理回路ICは「74HC00」(NAND回路)です。
ここで使うジャンパ線やリード線の本数が少ないこともありますが配線図もスッキリした感じです。
完成した「論理回路IC基板」です。
基板にハンダ付けしたICソケット(14P)にIC-74HC00を挿してあります。
| 「ライントレース・カーを作る」3回目の記事です。 前回フォトリフレクターの機能を理解したのでいよいよ"センサー基板"の製作です |
使用する基板は普通のユニバーサル基板ではなく、サンハヤトの型番ICB-86という基板を使いました。
この基板はこの図面でも分かりますが、真ん中に2ラインの連結された端子穴があり電源ラインとして利用できます。また中心にも３ホールずつ連結されたパートがあり、使用するICの足への導線として利用できます。
ブレッドボードに似た感覚で使用できそうです。
ICB-86基板の表裏面画像です
右の部品面にもハンダ面のホールパターンがシルク印刷されているので電子部品の配置が極めて楽にできます。
左がハンダ面の画像です。
基板に電子部品「フォトリフレクター」、「20ｋΩ半固定抵抗」、「220Ω・2ｋΩカーボン抵抗」を配置。ジャンパ線で接続、ハンダ付けです。
他の基板や電源への接続用リード線も配線してハンダ付け、これでセンサー基板の製作は完了です。
「ライントレース・カーを作る その２」はこちら
「ライントレース・カーを作る その１」はこちら
| 「ライントレース・カーを作る その２」です。前回作った車体には３枚の回路基板を載せますが今回はラインを識別するためのセンサー、反射型フォトセンサ(フォトリフレクタ) - 「RPR-220」- の動作確認をしました。 |
反射型フォトセンサ(フォトリフレクタ) 「RPR-220」
右側のLEDが赤外線LEDです。回路基板製作の前にブレッドボードに回路を組んでセンサーの動作確認をしました。
ブレッドボード配線図
センサーの他に「半固定抵抗 20kΩ」、「ロジックIC 74HC14」等を使っています
ブレッドボード回路の実写
電源はACアダプター経由の5Vを使用
赤外線LEDが紫色に点灯しています。（デジカメでは識別できるが肉眼では見えません）
電源をONにしてフォトリフレクター「RPR-220」を白いボール紙で覆うと接続されているLEDが点灯しました。
フォトリフレクター「RPR-220」をボール紙の黒色テープを貼った部分で覆うとLEDは消灯しました。
LEDをDCモーターに置き換えればモーターが回転する、停止するということが分かります。
LED点灯、消灯の様子は下の動画で確認できます
「ライントレース・カーを作る その１」はこちら
| 孫に喜んでもらうために・・・といういつもの理由で、紙などに書かれた黒い線に沿って走る模型の車、ライントレース・カーを作ることにした。参考書はＣＱ出版「親子ではじめる電子回路入門」です |
車体の製作：使用部品（タミヤ製品のオンパレード）
タミヤ（TAMIYA）「DOUBLE GEARBOX」
タミヤ（TAMIYA）「UNIVERSAL PLATE SET」
タミヤ（TAMIYA）「BAll CASTER」
タミヤ（TAMIYA）「SLIM TIRE SET」
先ずは車の心臓部となるモーター「DOUBLE GEAR BOX」の組み立て工作です
一つのギアを組み立て。横に延びている金属棒が片側の車輪軸となる。
もう一つのギアを組立てて前のギアとドッキングすれば、"DOUBLE GEAR BOX"の出来上がり。
二つのDCモーターをはめ込み、カバーを被せてダブルギアモーターが完成。
画像では上部の白色のパーツがモーターです
単３乾電池Ｘ２本をモーター端子にクリップで接続し、導電テスト、モーターが始動し車輪軸が回転して成功です
モーターギア、ボールキャスターを車体ボデーとなるユニバーサルプレートに載せて、ネジ止め固定。
タイヤはスリムタイヤセットの36mm径を使用。
これで車体部分の製作は完了。次回は３つの基板を作ります。
| ロボットカーキットに含まれていた超音波距離センサー HC-SR04は単体でもいろいろ使えそうなのでＨＰなどを見ながら遊んでみた |
超音波距離センサー ＨＣ－ＳＲ０４本体
秋月での販売価格 400円（税込）
Arduinoとこの距離センサーを接続して単純に計測対象物体までの距離を計測し、シリアルポートモニターに表示してみる
小型ブレッドボードにセンサーを配置
Trig端子をArduinoのD8、Echo端子をD9に接続
Vcc端子をArduino5V端子へ、GndはGnd端子にそれぞれ配線した
Arduino側の配線
D8、 D9、5V、GND端子にセンサーからのリード線が配線されている
ArduinoIDEにサンプルスケッチを書き込み、マイコンボードへの書き込みも成功。
白色の画用紙をセンサーの前面に立てて手動でずらしてその位置を可動
付属のシリアルポートモニターに数値が表示された。9.21cm-17.51cmに変化しているのが読み取れたので距離はきちんと測定されているようだ
次に距離計測物がセンサーに近づくとLEDが点灯する回路をお手本通りに作った
| 距離センサー端子 | Arduino UNO端子 | |
| TRIG pin | →→→ | D8 pin |
| ECHO pin | →→→ | D9 pin |
| Vcc pin | →→→ | 5V pin |
| GND pin | →→→ | GND pin |
| 赤色LED | + 330 Ω | →→→ | D12 pin |
| 緑色LED | + 330 Ω | →→→ | D13 pin |
計測物がセンサーより50cm以内だと赤色LEDが点灯する
50cm以上離れると緑色LEDが点灯する
３番目の実験はLEDの代わりにブザーを接続しました。お手本はこちらです。
配線は
センサーから40～80cmの間に障害物があるとブザーが鳴ります。
Arduinoへのスケッチが書込みが完了したあとはＰＣとUSB接続している必要はない。駆動のためのバッテリさえあれば良いのだ。
スケッチ書き込み済みのArduinoと基板やブレッドボードをお手軽に持ち運び出来るように006P乾電池を使用することにした。
Arduinoの入力電圧は仕様書で 7～12V となっているので 006P乾電池（9Ｖ）でも電源として問題ない。Arduinoに搭載されているＤＣプラグに差し込めるように006P電池接続リード線にＤＣジャックを取り付けるハンダ付け工作をした。
電源接続のための配線をしなくて済むので配線作業が楽になったし、どこでもArduinoを移動できる手軽さを手に入れたわけだ。
| 「ちっちゃいものくらぶ」より頒布販売されている"ちびギアモーターをつけた迷路抜けロボットカー"を作った 上手くできれば５才の孫が来た時に遊べそうだ |
長さ約33mm,幅10mm,高さ7mmの"ちびギアモーター"
２つの突起部分（画像赤丸印）は 取り付けるタイヤのスムーズな回転に支障がある
突起をカッターナイフでカットしてヤスリで仕上げ(黄丸印)
"ちびギアモーター"にタイヤををネジ(1.7x6mm)止め
タイヤを取り付けたモーターを台車となる単３乾電池用の電池ボックスの側面にネジ(1.4x6mm)止めした。
プリント基板のハンダ面(台車に接する面)には背が低い部品のカーボン抵抗、0.1μFコンデンサをハンダ付け
プリント基板の部品面（台車の上面で見える面）には背丈がある発振子、電解コンデンサ、赤色LEDをハンダ付け。
LEDは高さが低くなるように、横にして基板の端に取り付けた。
基板にピンヘッダ（12p x 1列, 13p x 1列, 6p x 1列）とピンソケット（4P x 1列）をハンダ付け
併せて12P x 1列と13p x 1列のピンソケットを用意しておく
ハンダ付けしたピンヘッダの拡大画像、少しはハンダ付けが上手くなってきたかなぁ。
部品のハンダ付けが完了したプリント基板を台車となる電池ボックスに1.7 x 6mmのネジで固定します。
画像ではネジ頭が小さいために台車の穴を抜けてしまうのでリングをかませていますがこれだと今度ははめ込む単３乾電池が斜めになってしまうので基板の電池ボックスへの固定はネジ頭部分をホットボンドで固める方法にしました。
電池ボックスの裏側、ロボットカーの上面に固定されたプリント基板です
先ほど用意した12p x 1 のピンソケットにはスライドスイッチを挟んで電源電池からのリード線をハンダ付け。
13p x 1 のピンソケットには両輪のちびギアモーターの電極からのリード線（赤・黒）をハンダ付け。
この２本のピンソケットをプリント基板のピンヘッダにそれぞれはめ込んで電気配線は完了
電池からのリード線とモーター２からのリード線が長過ぎる。・・・修正しなければ。
反対側からみた電池ボックスのロボットカー
4p x 1 のピンソケットに"超音波距離センサー"を差し込んでロボットカーは完成！
センサーが自動車のライトのようで一気に車の雰囲気になってきたなぁ。
基板に当初から積載されているマイコンチップにはArduinoのスケッチが書き込み済みで電源電池をＯＮにするだけでこのロボットカーは動き出した
画像に見える単３乾電池が車の前輪となってスムーズに動いた
| １ＷパワーＬＥＤを使って携帯できるＬＥＤライトを作った 寝床で部屋を消灯した後、テレビのリモコンを操作したり軽い読書に利用する |
使用した部品
１Ｗパワー白色ＬＥＤ
定電流方式ハイパワーＬＥＤドライバモジュール（１Ｗ１個点灯）
熱伝導両面テープ
単３乾電池３本用ふた付き、スイッチ付き電池ボックス
放熱基板付１Ｗ白色パワーＬＥＤ
１Ｗ白色パワーＬＥＤは熱を発するので放熱基板が付いている
点灯した時は直視するすると目を傷める危険があるので要注意
定電流方式ハイパワーＬＥＤドライバモジュール（１Ｗ１個点灯）
赤色リード線→パワーＬＥＤのアノード（＋）と接続
白色リード線→パワーＬＥＤのカソード（－）と接続
２本の金属ピン→電池ボックスのリード線と接続（極性不問）
これを使用するので抵抗器は使わない
放熱基板付１Ｗ白色パワーＬＥＤとパワーＬＥＤドライバモジュールをハンダ接続
この時お互いの＋－の極性を間違わないように注意して作業する
接続部分に熱収縮チューブを使用
通電テストの前にLEDの眩しさを防ぐ方策
先人が紹介している１００円ショップで買った卓球ボールをホットナイフで半球にカットして使用
点灯テストのため電池ボックスに単３乾電池を３本入れ、ハイパワーＬＥＤドライバモジュールとクリップケーブルで接続
電池ボックスのスイッチをONにするとパワーLEDが点灯。半球の卓球ボールを被せていても結構眩しい
電池ボックスの電池を出入する面の裏面（スイッチがある）に放熱基板付１Ｗ白色パワーＬＥＤは熱伝導両面テープ（シール）をサイズに切って貼り付け接着、ハイパワーＬＥＤドライバモジュールと半球のボールはホットボンドで接着した
ドライバモジュールの金属ピンは太いので少し長めに半田ごてで暖めてからハンダ付けする
リード線はもっと短くしても良いのだが、電池ボックスを別に再利用することを考慮して購入時そのままの長さで使用した
単３Ｘ３本用電池ボックスの面に全ての部品を固定した「携帯パワーLEDライト」が完成
枕元だけでなく屋内、屋外いろいろな場面で利用できそうだ
| 電子工作で製作物のベースとしては今までブレッドボードやユニバーサル基板を使ってきたが「プリント基板」というのもあることは知っていた。使用電子部品の足（端子、リード線など）をハンダ付けするだけで基板が完成するので他のベースよりもコンパクトで外観がスッキリしているのが良いと思っていた。 ところがこのプリント基板を製作するとなると、○○ハヤトの製作キットと関連機材を買うと一万円以上の出費となり、パターン一種に付き基板は一枚だけあれば良い自分用だけを製作するには費用がかかり過ぎる。そこでネットで情報を収集していると「手書きでプリント基板を製作する方法」の記事がありました！さっそくチャレンジ開始です。お手本、参考にした記事は 「プリント基板の作製方法 お勧めできませんが・・・」 「手書きのプリント基板」です |
基板用の配線図面を書籍「ボクのArduno工作ノート」のＨＰよりダウンロードしてインクジェットプリンターで等倍印刷した。
RGBフルカラーLED点灯回路をArduinoシールド基板にする配線図です。
端材の生基板を図面のサイズに万能ノコギリでカット
基板は大分汚れていました
ヘッダピン用ホールがArduinoの変則８ピンｘ２のソケットに合うようにするため、秋月で買った@200円のArduino用ユニバーサル基板を生基板に両面粘着テープで仮貼り付けする。
Arduino用ユニバーサル基板のホール穴の上からPROXXONミニルーターで8pinx2のホール穴を生基板に開ける。
使用ドリル刃サイズは1.0φ
搭載部品端子用の穴（0.8φ）もルーターで開ける。
ダウンロードした配線図を見ながら油性マーカー（極細0.4mm 黒色ー100円ショップ）を使って配線ラインを手書きする。
インクが厚塗りになるようにペン先を押し付ける感じで少しずつ書いていく（結構重要なこと）。
マーカーでの書き忘れがないことを確認していよいよエッチングの工程
生基板の端部分の銅箔がなくなっている（溶けている）ことを確認したら基板を取り出し、台所用洗剤（クレンザーの方が良いらしい）で洗浄、スチールたわしで油性インクを剥がす。
乾燥後配線図面と比較して違いがないことを確認
搭載電子部品：
RGBフルカラーLED
カーボン抵抗ー330Ωｘ2 220Ωｘ1
8ピンのヘッダピンｘ２をハンダ付け、LED用の穴が一個多かった。
ジャンパ線やリード線がないので基板上はスッキリ！
基板裏側（ハンダ面）
うわー！汚れてるー、これでも電源電池を接続して通電テストをしたらLEDは3色共に点灯したのでO.Kだ。
Arduino Unoのデジタルポートサイドのピンソケットに完成したプリント基板をはめ込む。
前出書籍のRGBフルカラーLED点灯のスケッチをダウンロード。
Arduino UnoをUSB接続してこのスケッチを搭載マイコンに書込みする。
マイコンへの書込み完了と共にプリント基板上のLEDが点灯して発色のカラーが変化していくのが確認できた。
手作りプリント基板製作が成功した瞬間だ。
実費1,00円以下でプリント基板が製作できたので大満足、今後も簡単な配線のプリント基板作りはこの方法で作業することにしたぞ。
ＬＥＤの明かりが七色？に変化する様子はYou Tube動画でご覧ください。
| 今の時代、デジタル表示の卓上用時計なんてデザイン良く価格も安い商品がたくさん売られているが、そこは男のロマンで工作をしたくなり、秋月電商で「多機能デジタル時計 Ver.3 」を買い、早速製作開始！ |
開封したキットの内容
（右）部品・製作説明書
（左上）専用基板・・・[LED基板]と[IC基板]に分割する。「大型７セグＬＥＤ表示器」 ４個
（左下）パーツ袋
先日製作したLEDフラッシャーIC-LM3909-を使う回路をユニバーサル基板に移植した。
回路図は例の通り"BSch3v"を使って作成した。
LEDの点滅の間隔を調整するために新たに1000μFの電解コンデンサと10KΩのカーボン抵抗器を回路に追加した
また、電源がON-OFできるようにスイッチも追加した
ユニバーサル基板上にほぼ回路図通りに配置、配線したLM3909と1.5V乾電池でLEDが点滅する電子回路が完成
部品面の画像です。ハンダ面は汚いのでカットです
100円ショップで買ってあった小さめのプラケースに入れてみた。
1.5V乾電池1本で数ヶ月は点滅するらしいので、家の外に置いてダミーの"警告灯"にしようかな。
LED点滅の様子は下のYou Tube動画をご覧ください。点滅の間隔は約5秒です
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