Ｎゲージ鉄道模型工作 － 踏切の遮断機を工作してみたい ー

２０２４年９月２６日（木曜日）　曇り時々雨

　Ｎゲージ鉄道模型工作を始めてから３カ月になります。
　Ｎゲージ鉄道模型工作を始めたきっかけはユーチューブで見た
模型列車をマイコンで制御して自動運転させる動画でした。
　鉄道模型マニアの友人にこのことを話したところ、
「それは面白そうだ。　自分が持っている模型機関車を自動運転
させてみたいからそのシステムを作って欲しい」と頼まれました。
　私も「Ｎゲージ」に興味を持っていたので、レールやポイント
など「自動運転」に最低限必要な部品を購入して工作を始めました。
　機関車は「動力台車」など、自作が無理な部分はメーカー製を
購入しましたが、自分でできるものは「自分で作る」をモットーに
自作して工作を続けました。
　しかし、時間が経ち、いろいろな条件があって、その友人は
「自動運転」の実現は無理だということで計画は立ち消えになって
しまいました。

　私は、元々マイコンのプログラミングが好きなこともあって
自動運転開発用に購入した最低限のレールセットで自動運転もどきを
工作してきました。
　どうして動かないの？　あーでもない、こーでもない、おーそうかぁ
　やっと動いた・・・　あー、疲れた・・・　これでおしまいにしよう
というわけでしばらく工作を中断していました。

　久しぶりに部品箱をみてみたら「踏切遮断機」の開閉用に購入して
おいた「サーボモーター」がありました。
　小型の安物のサーボモータは放っておいても惜しくはありませんが、
これを使ってみようかな？　という気持ちになりました。

　小型サーボモーター　１個　５５０円　２つ買ってありました。

 

　サーボモーターに送り込むパルス幅の長短でサーボ軸は左右に
ある角度まで回転して停止します。

 

　可変抵抗器（２ＫΩボリューム）の操作でパルス幅が変化するマイコン出力を
サーボモーターに入力しました。

 

 　パルス幅の変化に追従して左右に振れるサーボホーンの動きをご覧ください。
　
　

　

　さぁ、次は機関車の位置を検出して遮断機を下げたり上げたりする
プログラムの工作を始めます。
　うまくいくかな？　頑張ります。　応援をよろしくお願いします。　

　　　

　　

Ｎゲージ鉄道模型工作 － ２つの列車をプログラム制御で走らせてみた ー

２０２４年９月１７日（火曜日）　晴れ

　Ｎゲージ鉄道模型工作に手を出してから２ヶ月半になります。
　目標は機関車の走行をプログラムで制御することです。
　ウェブサイトには機関車（電車）をプログラムで制御して楽しんでいる
記事が沢山アップされています。
　それを見て自分も真似をしてみました。
　ところがなかなかうまくいきません。
　先ず機関車の性能がイマイチでした。
　使用した動力台車は２軸の小型機関車用でしたがスタート時に

　　「手で押してやらないと動かない」という事態が発生しました。

　プログラム制御で走らせようというのに「手で押さないと走り出さない」のでは
お話になりません。

　どうもこの動力台車は起動トルクが弱いみたいです。
　同じような他社の小型２軸動力台車を購入して試してみました。
　この台車はスムースに走り出します。
　そこでこの台車を２台分用意して機関車を自作しました。
　
　次はプログラムの問題がありました。
　レール上の機関車の速さを調節するのには「ＰＷＭ（パルス幅変調）」方式に
しましたが、速度変化がスムーズにいかないのです。
　走行中にセンサー検出と速度調整をしたりすると、突然高速度で走り出したり
します。

　そこでＰＷＭの周期が変化しないように工夫してみました。
　（効果があったかどうかはわかりませんが・・・）

 

　そんなこんなで時間を喰ってしまいましたが、やっと今日、プログラムで制御して
列車を走らせることができました。

　　レールはこんなものです。
　　段ボールのベース（約４８ｃｍ　Ｘ　４８ｃｍの四角）にポイント２カ所を
　取り付けてあります。　レールには走行位置をチェックするためのＣｄＳセンサが
　８カ所に取り付けてあります。

 

　電源は安定化電源（入力はＡＣ１００Ｖ）の１２Ｖを使用しています。

　　マイコンはＥＳＰ３２Ｗｒｏｖｅｒ、ＰＷＭはＴＢ６６４３Ｋを制御して
　発生させています。　ポイント切替装置は自作です。

　列車は小型２軸動力台車（ＫＡＴＯ製）に自作のペーパー製車体をかぶせた
ものです。　赤、青の２列車です。

 

　　停車（発車）位置を一定にするためにちょっと苦心しました。
　　でも何とかクリアーできました。
　　そんな苦労をしてやっとここまで来ました。
　　どうぞその走行を動画でご覧ください。

　　さぁ、次はなにをしようかなぁ・・・
　　ジオラマもやってみたいけどこれは「美的感覚」が・・・
　　オイらに一番欠けているのが「美的感覚」かもしれません。
　　あぁー疲れた・・・　そうだ、ちょっと休憩しよう。
　　それでは失礼いたします。
　　長らく応援くださった皆様、誠にありがとうございました。
　　これからもよろしくお願いいたします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　工作実習生

 

ｎゲージ鉄道模型工作 ― 列車の走行状態がおかしくなる ー

２０２４年９月９日（月曜日）　晴れ

　ｎゲージ鉄道模型工作を始めてから２カ月以上が経ちました。
　当初の目的だった「紙細工で機関車ボディを作って小型の動力台車に
かぶせて小型の機関車を作って走らせる」は何とかクリアーしました。
　その機関車も赤色、青色の２台を作りました。
　それぞれに客車を牽かせて走らせています。
　
　次の目標はその列車をマイコンによるプログラムで制御して走行させ
るというものです。
　定位置から出発して徐々に速度を上げて高速で走行後徐々に速度を落と
してやがて定位置で停止する、というものや、２組の列車をポイントを
切替て交互に走らせるなどが目標ですが何とかクリアーできました。
　
　列車の速度コントロールはＰＷＭ（パルス幅変調）による電圧変化で
行っています。（列車の進行方向も変更できます。）
　定位置での停車はレールのところどころに取り付けた「光センサー
（ＣｄＳ）」の上を機関車が通過することを検出して制御しています。

　ポイント切替は光センサーで列車位置を把握してからマイコンの
指示で切替しています。

　こんなことで２つの列車を交互に走らせたりしています。

 

 　ところがセンサー検出をしながらの走行、させなかったときの走行、速度が変化
しながらの走行や一定速度での走行など、走行条件が変化すると列車の速度が変化　
してしまうのです。

 　列車の速度はレールに加えられる電圧に比例して増減します。
　電圧が高くなれば速くなり、電圧が低くなれば遅くなります。
　この電圧はマイコン(プログラム）で駆動されるＰＷＭ（パルス幅変調）で制御されます。
　電圧はパルスのＯＮ時間、ＯＦＦ時間の比率で決定されますが、このとき、

　　　　　　ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間

は一定である必要があります。

　１ ／ ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間　＝　パルス周波数

　ＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率が狂ってパルス周波数が変化してしまうと電圧も変化して
しまいます。

　マイコンは列車の速度を変化させながら走行して停止位置を決定するために停止位置に
設置されたセンサーを探します。
　そしてセンサーを見つけると、電圧を下げて減速させますがここが問題です。

　列車を走らせながら（ＰＷＭを制御しながら）「センサーを探す」という処理のために
ＰＷＭの処理に影響が出て電圧が乱れて列車の走行が乱されてしまうのでしょう。

 　列車が速度を上げたり下げたりして走行している中で、センサーを検出したりの
処理を行うと、その処理時間（ｔ’）のためにＰＷＭの周期が伸びて周波数が低くなり
ＯＮ対ＯＦＦの比率が大きくなって電圧が低くなってしまうのでしょう。

　機関車走行中に何か処理を行ってもＰＷＭが変化しないように工夫しなくては
なりません。

　何だか難しそうですが頑張ってみます。　応援をよろしくお願いします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）