Arduinoを始めよう！（2）モーター制御編

プログラムと回路の解説

それでは、このプログラムと回路を解説していきます。とはいえ、このプログラムも回路もさほど難しいものではありません。FETモジュールの挙動と、プログラムに分けて解説していきます。

FETモジュールの挙動

FETモジュールは10本のピンを持っています。これらのピンはモーター用の電源（x1）、モーターの接続（x4）、制御信号（x4）、GND（x1）として使用します。

FETモジュールの10本のピンの振り分け（クリックで拡大）

10番のピンにはモーターの電源、3番・5番・7番・9番のピンにはモーター、2番・4番・6番・8番のピンにはArduinoの制御信号、1番のピンにはGNDを接続します。FETモジュールの挙動は以下の通りです。

各ピンへの接続の内訳（クリックで拡大）

このように、FETモジュールは電流の流れる方向を制御してくれます。この機構を使うことで、モーターの正転、反転を制御することができます。

[tips] Hブリッジ回路とモータードライバ

FETモジュール MP4212（MP4207）はHブリッジ回路としての使用を想定したモジュールです。Hブリッジ回路はモーターの正転、反転を制御するために考えられた回路です。

Hブリッジ回路としての機能を持つFETモジュール（クリックで拡大）

色々と事前知識が必要なため、ここでの解説は省きます。"Hブリッジ回路"と検索すると、たくさんの解説サイトが出てくるので、理解したい場合は、そこを参考にしてください。また、モータードライバという名のモジュールが市販されています。Arduinoの開発元であるSparkfunからも販売されています。
＞　デュアル・モータードライバTB6612FNG（連続最大1.2A）

このモータードライバモジュールも中身はHブリッジ回路なので、今回とほとんど同じように利用することができます。ただし、自分でモータードライバモジュールやFETモジュールを購入する場合は、耐電圧と許容電流量に注意してください。今回使用したモジュールのデータシートを載せておきます。
＞　MP4212データシート（PDF）

2.4Vの電圧を掛けたときに、ミニ四駆のモーターが使用する電流量は以下のページにまとまっています。
＞　モーター性能比較

この電流量に耐えられるモジュールをセレクトしてください。今回使用したモジュールは許容電流量5Aなのでこれを満たしています。また、乾電池1.5V x 2の3Vの電圧に耐えられることも確認してください。

プログラムの解説

プログラム自体はとても簡単なものです。先ほどのFETモジュールの動作に基づいて、2番・4番・6番・8番の電圧制御を行っているだけです。

  // 命令を単純化するためにsignal1を定義
  // 12番(FETモジュールの8番)と13番(FETモジュールの2番)は必ず反対の信号になる
  void signal1(int value) {
    switch (value) {
      case 0:
        digitalWrite(12, HIGH);
        digitalWrite(13, LOW);
        break;
      case 1:
        digitalWrite(12, LOW);
        digitalWrite(13, HIGH);
      break;
    }
  }
 
  // 命令を単純化するためにsignal2を定義
  // 10番(FETモジュールの4番)と11番(FETモジュールの6番)は必ず反対の信号になる
  void signal2(int value) {
    switch (value) {
      case 0:
        digitalWrite(10, HIGH);
        digitalWrite(11, LOW);
        break;
      case 1:
        digitalWrite(10, LOW);
        digitalWrite(11, HIGH);
        break;
    }
  }
 
  // 正転
  void forward() {
    signal1(1);
    signal2(0);
  }
 
  // 逆転
  void back() {
    signal1(0);
    signal2(1);
  }
 
  // 使用する10番から13番のピンを出力に設定
  void setup() {
    pinMode(10, OUTPUT); // FETモジュール4番ピン
    pinMode(11, OUTPUT); // FETモジュール6番ピン
    pinMode(12, OUTPUT); // FETモジュール8番ピン
    pinMode(13, OUTPUT); // FETモジュール2番ピン
  }
 
  // 1秒毎に正転と逆転を繰り返す
  void loop() {
    forward();
    delay(1000);
    back();
    delay(1000);
  }

2番と8番、4番と6番はNOTの関係にあるので、signal1とsignal2としてまとめて切り替えています。こうすることで、正転と逆転の制御を単純化できます。

前回の課題の回答

前回の課題は以下の仕様を満たすように、光センサを使ったプログラムを改良することでした。

暗くした場合にLEDが200ms間隔で点滅する

以下に模範解答を書いておきます。参考にしてください。

  void setup() {
    pinMode(13, OUTPUT);
  }
 
  void loop() {
    int val = analogRead(0);
    if (val < 255) {
      digitalWrite(13, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(13, LOW);
    }
 
    delay(200);
    digitalWrite(13, LOW);
    delay(200);
  }

今回の課題

おわりに

今回紹介したように、モジュールを活用すると、モーターも簡単に制御できます。回路を小さくしたり、カスタマイズする場合は自分で回路を組む必要がありますが、基本的な機能はモジュールで事足ります。センサや今回のようなHブリッジ回路は汎用的なICチップとして、イーサネットやMP3デコーダなどはArduinoのシールドとして手に入れることができます。

• ＞　MP3プレーヤーシールド
• ＞　Arduino イーサネットシールド R3

何か実現したいアイディアがあるときに、まずはモジュールを使うことを検討してみてください。ものが動けばモチベーションが上がり、学習効率も上がるはずです。

次回はBluetoothモジュールを使って、Arduinoと通信してみます。

【参考リンク】

• ★★TAMIYA INC. 株式会社タミヤ
• タミヤ／ミニ四駆トップページ
• Arduino（英語）