ｎゲージ鉄道模型工作 － 赤い機関車、青い機関車を走らせてみた －

２０２４年８月３１日（土曜日）　雨、曇り、晴れ（台風１０号接近で荒れた天候）

　ｎゲージ鉄道模型の機関車を作って、「プログラム」で走行を制御して
みようと工作を始めたのだが、出来上がった機関車は自力でスタートせず
指で押してあげないと走り出さないような状況だった。
　使用した動力台車はＴＭ－ＴＲ０７というものだったが、たまたま手元に
あった「チビ凸用動力ユニット（１１－１０９）」を走らせてみるとこれは
正常にスタートしてくれた。
　ＴＭ－ＴＲ０７にはそれなりに良いところもあるが、「指で押さないと
走り出さない」ではお話にならない。　プログラム制御となれば、なおさら
のことだ。
　そこでＴＭ－ＴＲ０７を諦めて１１－１０９で機関車を作り直した。

　
　動力ユニット１１－１０９で作り直した機関車と連結した客車。

　
　動作確認のために作った「スピードを徐々に上げて前進する」「スピードを
徐々に下げて停止する」のと、同じように「後退（バック）」するというだけの
プログラムで制御して走らせてみた。

　１１－１０９動力ユニットはプログラムの指示通りに走ってくれた。
　その様子を動画でご覧ください。

 

 　レールにはいろいろな制御のためのＣｄＳセンサーが取り付けてあります。
　次はこのセンサーと組み合わせたいろいろな走行を制御してみようと思います。
　果たしてどうなることやら・・・　応援をよろしくお願いします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　

 

Ｎゲージ鉄道模型工作 ー 紙細工機関車ケース出来上がり ー

２０２４年８月３０日（金曜日）　雨　台風１０号の影響で荒れた天気

　鉄道模型マニアの友人の影響でこんな工作に手を出してから間もなく
３か月になります。

　私は工作が大好きです。
　スチームエンジンを作ってそのエンジンを模型の蒸気機関車（もちろん手作り）
に取り付けて庭に敷いたレール（このレールも手作り）を走らせたりしたことも
あります。
　だからまるっきり鉄道模型と縁がないわけではありませんが、要は「工作が好き」
ということでこんなことを始めました。
　また「マイコン」で何かを制御したり、センサーを制御して測定したりすることも
好きです。
　この「マイコン」で何かを制御する対象として模型機関車を選んだということも
あります。

　だから、「鉄道模型マニア」とは違いますのでレールを走るものは何でもいいの
です。
　この工作を始めた時はレールを走らせるものは「動力台車」というただモーターと
車輪だけのものでした。
　しかしやっぱりむき出しのメカだけが走っているのも寂しい感じがして（おいらも
人の子？）
動力台車に「紙細工ケース」でもかぶせてあげようとこんな工作を始めたという
わけです。

　切り紙細工で工作した動力台車にかぶせるケース

　赤と青の機関車にしようと思いました。
　先ず赤色から塗り始めました・

　ボディは共通の黄色です。

　赤い屋根の機関車（紙ケース）です。

　　青い屋根の機関車ケースです。

 

　赤い屋根と青い屋根の機関車（ケース）です。

　中身は「チビ凸用動力ユニット」というものです。

 

　赤い機関車と青い機関車。

　

 

　さぁ、うまく走るかな？

　（この動力ユニットは正常に動作するのは確認済みです・・・）　　続く

Ｎゲージ鉄道模型工作 ー ２軸動力台車にかぶせる機関車を紙細工で作る ー

２０２４年８月２５日（日曜日）　晴れ

　今まで走らせていた小型２軸動力ユニットに紙細工のケースをかぶせていた機関車が
調子が悪くなって「指で突いてやらないと走り出さない」ようになってしまった。

　電源装置やレールなどに問題があるかもしれないのでたまたま参考用に買ってあった
別のメーカーの同じような２軸動力ユニットを走らせてみたがこちらは問題なく走行
する。
　仕方がないのでこちらの正常に動く動力ユニットを機関車らしく見せるように
紙細工でケースを作ってみることにした。

　

 

　この２軸動力ユニットのサイズに合わせて紙細工で機関車のような？
ケースを紙細工で作って被せるようにしてみる。

 

　ケント紙に転写した切り紙細工素材
　これを切り抜いて補強材を貼り合わせて組立てていく。
　切り張りに失敗してもいいように沢山印刷してある。

　厚紙（０２ｍｍ厚ケント紙）を切ったり貼ったりして機関車らしくケースを作る。

 

　この機関車のケースは市販の「思い出の尾小屋鉄道」という飾り物の機関車を
参考にしています。
　この飾り物の機関車セット（客車がセットになっている）はてっきり動くもの
だろうと思って（通販で）購入したもので、手元に届いてから「飾り物」と知り
ガッカリしたという経緯があります。
　この飾り物の機関車に無理やり動力台車を組み合わせて走らせていたのです。

　今回の紙細工工作は２度目ですので少しは要領を得ているので案外順調に捗り
ましたが、それでも悪戦苦闘、見た目もあまりきれいではありません。
　でも、工作好き・・・ただそれだけで作っているのでこれでもＯＫです。

　レールを走らせる列車（機関車＋客車１輌）を２つ用意したいのでもう１台分の
紙細工をしなくてはなりません。
　頑張ります・・・　

　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）

nゲージ鉄道模型工作 ー ＴＭ-ＴＲ０７と１１-１０９ の差 ー

２０２４年８月２２日（木曜日）晴れたり曇ったり

　Ｎゲージ鉄道模型工作を始めて２ヶ月が過ぎる。
　鉄道模型好きの友人の影響を受けて始めた工作だけど、オイらは「工作好き」の
延長線上にＮゲージ鉄道模型があったというだけで別に鉄道マニアではない。
　だから本物のように作られている「〇〇〇型機関車」とか「△△△型電車」とかには
興味はない。
　なるだけ何でも自分で工作して作ってレールの上を走らせてみる・・・
　あくまでも工作を楽しむ、というわけでプアーな鉄道模型工作だ。
　なるべく手作りを目指すけど、レールやポイント、機関車などは手が出せない。
　こういうものは出来上がったものを買うしかない。それもなるべく安いものを・・・
　そんなわけで「機関車」もそのベースになる「動力台車」というものを買った。
　それが「ＴＯＭＹＴＥＣ　２軸動力ユニット　ＴＭ－ＴＲ０７」でこれに紙細工の
機関車をかぶせて走らせて遊んでいる。

　この機関車の走行をマイコンでコントロールしてみようと頑張っているが、その
プログラムをテストするとき機関車が思うように動かないという問題が発生した。
　機関車がスタートするときに動かない！　指で突くと何とか動き出す、という塩梅だ。

　マイコン（プログラム）も電源他のハードウエアも問題はない。
　確認のために別の２軸動力ユニット　１１－１０９（ＫＡＴＯ製）を購入して
走らせてみた。　この動力ユニットなら正常に走行する。

　原因はＴＭ－ＴＲ０７だった。　停止状態からスタートさせると動いてくれないのだ。
　指で突くとか、押すとかして一旦動き出せば後は軽快に動くのだが・・・

ＴＭ－ＴＲ０７と紙細工機関車（ケース）

 

　トラブル対応用として購入した　１１－１０９（チビ凸用動力ユニット）ＫＡＴＯ製

 

　そんなトラブルの追及を動画でご覧ください。

 

    ＴＭ－ＴＲ０７は車輪がむき出しでここから電源を引き込むことができて
便利だったが、動作がとても微妙で動かなくなることもしばしばだった。

　一方、代替え用に購入した１１－１０９はがっちりしていてスロースピードから
スムーズに動くし、安定して動いてくれる。
　今度はこの１１－１０９動力ユニットに紙細工機関車ケースをかぶせて列車に
しよう。
　
　さぁ、また紙細工を始めます。　応援をよろしくお願いします。　　

 

 

Ｎゲージ鉄道模型工作 － TM-TR07動力ユニットは使えない ー

２０２４年８月２１日（水曜日）　晴れ

　Ｎゲージ鉄道模型工作を始めてもう２ヶ月近くになります。
　模型機関車の進行方向や速度はＤＣモーター制御回路をマイコン
（ＥＳＰ３２）でコントロールして行っています。
　これは何とかうまくいきました。

　次の目標は列車を２編成にしてＡ列車は待機場所から出発して
レールを右回りで走って待機場所に戻って來る、その後、Ｂ列車が
左回りで走って待機場所に戻ってくる・・・・
　こんな動きをマイコンの「プログラム」で制御します。
　これには「ポイント切替」が必要で、そのためには列車がどこを
走っているのかを把握しなくてはなりません。
　列車のレール上の位置を検出するのには「ＣｄＳセンサー」を
使いました。

 ところがＣｄｓセンサーの取り付け位置が「高い」場所があって機関車が通過するときに
台車の底にぶつかってしまうことがありました。

 

　ＣｄＳを取り付ける位置の「枕木」を削り取りました。

 

　枕木を削って整形しました。

　取り付け位置が低くなったかな・・・これで大丈夫だろう。

 

　マイコンへの引き込み線を接続するためのピン端子をハンダ付けしました。

　　取り付け直したＣｄＳが正常に光を検出するか確認しました。　ＯＫでした。

 

　レールの敷設やり直しです。

 

　マイコン、ＤＣモータードライバー、ＣｄＳセンサー配線、ポイント切替器を
接続しました。

 

　これで準備完了です。
　マイコンを立ち上げ「自動運転プログラム」を起動しました。
　
　？？？？？？　列車が動きません！　どうしたんだろう！？

　機関車を指でチョコン、と突くと列車が動き出しました。
　しばらくして列車が止まり、再度出発させようとするとやっぱり動きません。
　電源は正常に動作していてパルス幅は広がっています。
　どうしたんだろう？？？　
　機関車を指で突くと動き出しました。

　　

 

  この機関車に使った動力ユニットは　ＴＯＭＹＴＥＣ　ＴＭ－ＴＲ０７　というものです。
  動画でご覧のように「指先でちょこっと押してやらないと動かない」ことがあります。
（ほとんどこの状態でたまには自分で動き出すぐらいです）
こんな不安定な動作では「プログラムで制御する自動運転」は不可能です。

　次はこの「自力で動き出さない」原因を調べて見たいです。　やれやれ・・・です。

Ｎゲージ鉄道模型工作 ー ＣｄＳセンサーの出力を検出できた ー

２０２４年８月１４日（水曜日）　晴れ後曇り一時雨

　レール上の列車がどこにいるのかを判断するためには光の明暗を
検出する「ＣｄＳ（硫化カドミューム）センサー」を使うことに
しました。

　センサーは左右のレールの中間に設置し、上を通過する列車が擦ら
ないようにしなくてはなりません。
　小さくて薄いセンサーというとこれを使うしかありません。

　ＣｄＳセンサーの使い方を調べるためにいろいろ実験をしました。
　しかしこのセンサーは明るいところ暗いところの出力の差が小さく
果たしてこれでセンサーとして使えるのか？とちょっと不安でした。

　実験結果では明るいところでは１.５Ｖぐらい、暗いところでは
０.３Ｖ～０.５Ｖぐらいの出力で約１Ｖの差がありました。

　マイコンにテストプログラムを組んで確認してみると問題なく
ＬＯＷ，ＨＩＧＨを検出してくれました。

　

　レールに５カ所のＣｄＳセンサーを取り付けました。

　

　ここは列車の待機場所（プラットフォーム？）になります。

 

　ＣｄＳセンサー配線はＤＣフィーダ（給電線）を差し込む隙間に通しました。

 

　小さな機関車をレールに乗せて走らせてみました。
　各センサーの出力をオシロスコープで確認しました。

 

　　ＣｄＳセンサーからの出力はＯＫです。
　　そこで簡単なプログラムを組んでセンサから出力があったとき、
　該当のＬＥＤを点灯させる実験をしました。

　　するとＣｄＳ－３の出力で点灯させる「青ＬＥＤ」がチラチラと
　点滅するのが見つかりました。
　　昨日もオシロスコープの波形が乱れていたので交換したばかりです。
　　何でだろう？

　   その様子を動画でご覧ください。　

　ＣｄＳセンサー３出力（黄色ラスター）が乱れています。
　いつもこの位置のＣｄＳ出力波形が乱れます。
　先日も交換したのですが・・・

　　あれこれ苦心して原因を探りました。
　　原因はセンサの位置と窓から差し込む光線の向きでした。
　　ちょうど光線が強く入る位置みたいで「車輪」が通過するときに
　光を遮り出力が変化していたのです。
　　ＣｄＳが異常なわけではないのでこのままで作業を進めました。

　　機関車が走ってＣｄＳセンサーを通過すると出力がでます。
　　その出力をマイコン（ＥＳＰ－３２）が検出して該当のＬＥＤを点灯させます。
　

 

　　ＣｄＳセンサーはなんとかうまく動作してくれました。
　　さぁ、いよいよプログラム制御で列車を運転する工作に入ります。
　　うまくいきますように・・・　応援をよろしくお願いいたします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　

Ｎゲージ鉄道模型工作 － レール上の列車の位置を把握するには ー

２０２４年８月１２日（月曜日）　晴れ

　赤い機関車に牽かれる赤い客車と青い機関車に牽かれる青い客車の
２組の列車ができました。
　そしてポイント切替をマイコンで制御するためのコントローラも
出来上がりました。
　そこでいよいよこの２列車をレールに乗せて走行をプログラムで
制御する実験を始めました。

　列車を待機場所に停車させたり、ポイントを切り替えたりするのには
レール上の列車がどこに居るのかがわからなくてはなりません。
　それには何らかのセンサーが必要です。
　ジャンクボックスをかき回すとこんなものが見つかりました。

　ジャンク品のフォトダイオードや赤外線トランジスタ、ＣｄＳなど・・・
　でもこれらは線路上には配置できません。

 

　磁気センサーがありました。
　機関車の底に「磁石」を張り付けておけばその磁気を検出して
機関車が来たことを確認できます。
　しかし、ネットサイトの記事に「ポイント切替のメカには「磁石」を
使っているので外部から磁気を近づけるのは良くない」と書いてありま
したのでこれは使いません。

 

　ネット通販でＣｄＳを購入しました。　薄べったいし、小さいのでレールに
設置するには都合がいいです。　それに安い！　細々年金暮らしのオイらには
それが一番ありがたい！　でも「感度」が心配です。

 

　　ＣｄＳを４個並べて確認してみます。
　　（オシロスコープが４ＣＨなので同時には４個しか調べられない）

　　先ずはＣｄＳを電源側に入れて確認しました。

　　この真上に電気スタンド（ＬＥＤ電球）を点灯しています。
　　その光線をシャッター（厚紙で作ったもの）で遮ったり開いたりします。

　　ＣｄＳへの電源はマイコン用３．３Ｖです。

 

　　遮光時には電源電圧（３.３Ｖ）付近に上昇し、光を当てた時には
　２Ｖ近くに低下します。　素早い開閉にも追従しています。

 

　ＣｄＳをＧＮＤ側に接続してテストしてみました。

 

　　遮光時の電圧は１.２Ｖぐらい、明るいときには０.３Ｖぐらいです。
　　

 

　このＣｄＳで検出する方法で果たして列車の位置を特定できるか・・・
　やって見なくては分かりません。
　あぁだ、こぉだと、悩んでいたって先には進めませんのでやってみます。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）

ｎゲージ鉄道模型工作 － 走行をプログラムで制御（４）ポイント切替を電動化する ー

２０２４年８月１１日（日曜日）　晴れ

　鉄道模型工作では「ポイント切替」が列車の走行に変化を与え
いろいろな走行パターンを組むことができます。
　オイらが入手した「ポイントセット」は「電動ポイント」という
ものでした。（何も分からずに購入していました。）
　このポイントはポイント・メカの中に「コイル」というものが
あって、ここに電流を流すことによってメカが動作して進路が
切り替わるようになっています。
　この電流の流れをマイコンで制御すれば列車の進路をプログラムで
変化させることができます。

　ウェブサイトを閲覧していたら「コンデンサの充電、放電電流」に
よってポイントを切り替えるという記事が目に留まりました。

「おーっ、うまいことを考える人がいるんだなぁ・・・」

　記事を読んで回路とその仕組みを勉強しました。
　これはスナップスイッチで充電、放電を切り替えてポイントを
切替ていました。
　「スナップスイッチ」を電子的なスイッチに置き換えればマイコン
で制御できるはずです。
　実験回路を組んで実験してみまたところうまく動作してくれました。
　そこで、今回はプリント基板上に２つのポイントを制御する回路を
組立てました。

　回路図はこんなものです。

　

　部品を集めて組立て始めました。

 

 

　テストのために手動で切替ができるように押し釦スイッチを追加しました。

 

　ポイント・コイルの代用に抵抗器（７.５Ω）を接続してテストしてみました。

 

　ボタンスイッチを押したり離したりするたびにコンデンサへの充電、放電の
電流波形が見られました。
　スイッチを操作した瞬間だけ電流が流れています。
　抵抗器（コイルの代り）には瞬間的な電流が流れるだけですから発熱などの
心配は無いでしょう。

　

　ポイントのコイルに接続して切替状況を確認しました。

 

　スイッチを操作してポイントの切り替わり状態を確認しました。
　スイッチを押したり離したりするたびに「ぱちッ、ぱちッ・・・」と
素早く切り替わります。

　もう一つのポイントも同時に素早く切り替わっています。
　これなら大丈夫だろう。

    そんなテストの様子を動画でご覧ください。

  

     列車が走行中にポイントを切り替えるのには「走行中の列車が現在、
どこに居るのか？」がわからなくてはなりません。
　例えばポイントの直前やポイント上を走行していたら切り替えるわけには
いきません。
　だから列車が線路上のどこに居るかを知るための手段が必要です。
　次はその方法を勉強します。　やれやれ・・・・・・

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(続く）　

Ｎゲージ鉄道模型工作 － 走行をプログラムで制御する（３）左回転、右回転ＯＫ ー

２０２４年８月７日（水曜日）　晴れ　夜激しい雷雨

　ＤＣモータードライバ（TB6643K）の使い方がわかってきました。
　ＩＣの端子・ＩＮ１とＩＮ２に表のとおりに電圧を加えればいいのです。
　（当たり前じゃん、正回転、逆回転って書いてあるでしょうに・・・・）
　　ハイ、わかりました。

 

 

　プログラムをコーディングしました。（//逆転を追加）

　　モーター付減速機で実験しました。
　　目的通りに回転してくれました。

 

　レール上の機関車（列車）で実験してみました。
　ボディを紙細工で工作して青い色に塗った列車です。
　プログラムをスタートさせると青い列車はゆっくり前進（左回り）し始め
段々とスピードを上げて走ってくれました。
　規定時間を過ぎると減速が始まり、停止しました。
　停止時間が過ぎると今度はバック方向（右回り）に走行を始め、規定時間
走行後に停止し、再び前進走行を始めました。

　そんな動きの様子を動画でご覧ください。　

 

　Ｎゲージ鉄道模型工作の第１段階、「列車の速度を制御する」は何とか
うまくいきました。
　次は「ポイントの切り替えをプログラムで制御する」に挑戦します。
　応援をよろしくお願いします。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）

Ｎゲージ鉄道模型工作 － 走行をプログラムで制御する（２）ＰＷＭでモーターを回す

２０２４年８月７日（水曜日）　晴れ

　いよいよＮゲージ鉄道模型機関車をプログラムで制御して
走らせる実験を始めました。
　その一歩は「速度」の制御です。
　プログラム（マイコン）で速度を制御するには「ＰＷＭ」による
制御が向いています。
　マイコンの出力ピンのＯＮ時間を長くしたり、短くしたりすれば
いいのです（口で言うのはカンタンです（笑い））。

　まぁ、あれこれ考えているよりは「やってみる」というわけで
回路を組みたてて実験してみました。

　

　マイコンはＥＳＰ－３２　ＷＲＯＶＥＲ　です。

　

　モーターに電力を供給するのにはＴＢ６６４３Ｋ（ＤＣモータードライバ）を
使いました。

 

プログラムはこんなもの。
　パルスの周期は１ＫＨｚ、パルス幅は増加方向には０.０２μｓｅｃ単位で
増加させ、パルス幅を縮小する方向には０.１μｓｅｃで減少させます。
　パルス幅は出力電圧が７Ｖ以下になるように制限します。

　いきなり機関車を走らせるのは不安なので似たような小さなモーターを
使った減速機で実験しました。

　最初は変な動きででしたが、プログラムの修正を繰り返してやっと
回転数を上げたり下げたりすることができるようになりました。

　そんな実験の様子を動画でご覧ください。

　

　何とかＰＷＭでモーター回転を制御することができました。
　次はモーターを「逆回転」させる実験をしてみます。
　（機関車をバックさせたいからね・・・）　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　続く