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鉄道模型 自動運転への道
鉄道模型ビギナー・電子回路アマチュア・ソフトウェアそこそこの管理人が、鉄道模型の自動運転・自動運行を最終目標にあれこれ試しています。
誤作動の少ない光学式車両センサーの回路
s6809sensor2.jpg

車両の検知に使っている光学式のセンサー、当たり前のように使っているが説明していなかった。

光学式のセンサーと言えば、赤外線LEDと受光部が一体になった数十円で手に入るフォトリフレクタがある。
しかし何もせずにこれを使うと誤作動が多いだろうと思う。
試しに入手してみたことがあるのだけど、受光部にペンライトなどの光を当てると確実に誤作動した。
そういう原理なのだから当たり前で、ちゃんと使おうとすれば外部に追加回路が必要。

そこで、浜松ホトニクスのS6809というICを使うことにした。
秋月電子で取扱いがある。こちら
S6809は光変調型フォトICという名の通り、LEDを変調して発光させるドライバーと、その変調光を受信する受光部が一体になったもの。
電源のほかに赤外線LEDと抵抗を外付けするだけで動作する。
試している限りでは誤作動したことはなく、非常に信頼性が高そう。

Sensor_S6809.png

フォトインタラプタとして使用するのでこのように組み立てた。
s6809sensor.jpg


S6809と赤外線LEDの位置関係によってフォトインタラプタ(光が遮られたら検出)としてもフォトリフレクタ(反射光で検出)としても使える。
かなり感度が良いので、フォトリフレクタとして使い、S6809もLEDも線路の下に設置して車両の底面による反射で検出することもできると思う。
逆にフォトインタラプタとして使う場合はこの感度の良さから、少し構造は考える必要がある。
感度が良いがために、どこかで反射したLEDの光でも検知してしまうのだ。
私はLEDの電流制限抵抗を大きなものにして光量を減らし、光も四方八方に放射されないようチューブを被せるかLEDの外周を黒い塗料でペイントしたりしている。
車両によって十分に遮られる高さに設置するならそのままでも使えるけれど。

今やっている自動運転の実験では、このセンサーを 車両検知の予備実験(2) と同じく秋月の「FT2232D USB-シリアル2ch変換モジュール」に接続しただけだ。

BDL168を手に入れたのでこんなセンサーはもう出番がないかと思いきや…
検出される位置の精度の低さと方式上の制約で、私の用途ではBDL168そのままでは使い物にならない。
光学式だって車両が検出される位置は曖昧だが、一度設置してしまえば繰り返しの精度はBDL168より遥かに高い。
結局、BDL168本来の線路からの電力消費ではなく、このような光学センサーの出力でBDL168を動作させるハメになりそう。
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BDL168 KATO規格用ハーネス製作
BDL168を使った運転は、配線・ギャップの煩雑さから組み立て式のレイアウトでは無理があるように思う。
しかし色々な実験をするにはユニトラックのような組み立て式の線路は便利だ。
そこで、ユニトラック+KATOコマンドステーションでの実験に適したハーネスを作ることにした。
配線図はこちら。

BDL168用ハーネス KATOシステム用 配線図

ちょっと実験したいとき等のためにフィーダーからBDL168の電源を取ることもできるようにした。
その必要がない場合はBDL168のピン12とピンMを直接電源+-に接続すればOK。

KATO規格のフィーダージャックを手に入れるには、24-825 延長コード DC用 を切断するのが手軽。
24-843 アダプターコード でも値段は同じだが、延長コードなら切断した反対側をセンサー線路を作るのに使えてお得。

コネクタに直接配線しても良いのだけど、線路のCommon側が問題。
BDL168のDS1~16に対応する出力を全てKATOのフィーダージャックとするため、コマンドステーションからのフィーダーの片方を16に分配しなければならない。
加えて、全ての線路がいずれかのDS(Detect Section?)に属するのでない場合…つまり在線検知の対象としない場所がある場合は、コマンドステーションからのフィーダー出力をそのままスルーして出力するものも必要。
そうなるとBDL168からフィーダーのジャックが17本生えることになる。
加えてフィーダーの入力が1本。
さすがにこれだけの数の線をコネクタの端子に直接ハンダ付けするのは無理がある。
なので、コネクタからユニバーサル基板に線を引っ張り、主な配線はこの基板上で行うことにした。

完成写真はこちら。

7T3A8578.jpg
 
…完成写真と言いながら、検出セクション用のフィーダーが10本しか付いていない。
普通のお店は延長コードを17個も在庫していないのだ…

線路のCommon(フィーダー出力のうちBDL168を経由せず、全区間で共通とする方)をフィーダーの白い線の方としている。
検出区間にフィーダー線路を設置し、それ以外の区間とはフィーダーの青い線に接続された側の線路、もしくは両方の線路を絶縁すればOK。
これでユニトラックのレイアウトを組み立てる感覚で実験用の線路を作れるが、ジョイナーの着脱を伴うので少々面倒。
なので絶縁ジョイナーを使用しなくても済むセンサー線路を作ろうと思う。


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Digitrax BDL168のTips 配線関係
DigitraxのBDL168はLocoNetを使用した自動運転にはなくてはならないものだが、需要の割に情報が多いとは言えない。
配線図などはあるが、自分が手にしてみるまでわからなかった情報も多い。
そこで、ネット上の情報を少しでも増やそうと、自分が使用してわかったことをまとめておくことにした。

BDL168の接続コネクタについて


コネクタの種類

配線用のコネクタは44ピンのカードエッジ。
3.96mmピッチのカードエッジコネクタは容易に入手可能。
値段は300円程度。

逆挿し防止キー

BDL168に挿し込むコネクタはカードエッジコネクタなのでどちら向きでも挿し込めてしまう。
BDL168の基板には逆挿し防止の切り欠きがある。
コネクタには切り欠きに対応した逆挿し防止キーは装着されていないが、キー挿入用の切込みがあるので、プラスチック板を切ったもの等を押し込むことで逆挿しを防止できる。

BDL168逆挿し防止切り欠き

BDL168逆挿し防止キー

接続端子(ピン)

線路関係の端子は上下が組になっており、ピン番号は部品面が1~22、ハンダ面がA~F, H, J~N, P, R~Zで各22端子。
配線時にはそれぞれ上下をショートさせることが推奨されている。
実際はこれらの上下のピン同士は基板上でも結線されているが、DCCの線路に流れる電流を考えると多く結線しておいても良いと思う。

電源について

電源はAC/DCどちらでも良い。
DCの場合も+-の極性は無いので、ピンAC Power 1, ピンAC Power 2どちらを+にしても構わない。

フィーダーをBDL168の電源にする件

ACでも良いということはフィーダーを電源として使ってしまうこともできるということで、実際動作に問題はない。
ただしこの場合、線路電源をOFFにするとBDL168の電源も落ちることになる。
もっともBDL168は、BDL168を通って線路に流れる電流で車両を検知するという原理上、線路電源がONでないと車両検出が機能しない。
そのため、どちらにしても線路電源がOFFの状態では役立たずなのでフィーダーを電源としてしまうのも一つの手だろう。

Ground端子について

ピン11 Groundはその名の通りシステムのGroundに接続するためのもので、コマンドステーション等のGround端子に接続することになっている。
しかしKATOのDCS50K(Digitrax製)等では接続端子がフィーダーしかなく、明確にGroundに相当するものがない。
そのためBDL168のGroundは接続せずに使用しているが、在線検知、LocoNetでの送受信とも問題は起きていない。

ところで、ピンMは取説によると結線不要となっており、実際、接続する必要はない。
実際はLocoNetのGNDに接続されている。

Zone端子の結線

Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4のピンは、別々に電源を管理するのでなければ一つに結線してしまって構わない。


重要:LocoNetケーブルについて

BDL168はLocoNetの「Rail Sync」と呼ばれる信号を必要とするので、必ず6極6芯のケーブルを使用しなければならない。
Rail Syncは6芯の両端2本。
BDL168はこのRail Syncで線路電源がONになっているかどうかを判断するようで、実際には線路電源がONであっても、BDL168にONであることが認識されていないと検出自体が行われない。
なお、Rail Syncは(LocoNetではなく)DCCの線路を流れるのと同じものでて、増設ブースター等はRail Sync信号で作動するようだ。
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自動運転で単線で列車交換させてみる
前回 PCからの自動運転 何とか第一歩 のソフトを一歩進め、単線で進行方向の違う列車を同時に運航できるようにした。



自作のBDL168モドキはセンサー8個までしか対応していないので、列車に減速・停止を指示するためのセンサーを一部省略して、「
減速」→「停止」の2段階だけで停車している。
(本来は「減速」→「停止用意」→「停止」の3段階でスムーズに減速・停止できる仕組みになっている)

単線なので駅で列車交換を行う。
具体的には、タブレット閉塞もどきの閉塞の仕組みをソフトで実装した。

・閉塞の取得
駅に停車した後、前方の閉塞区間(=駅間)に別の列車がいなければ、その区間を閉塞して(=閉塞区間の通行権を取得して)発車する。
逆に言えば閉塞できない(=閉塞区間の通行権を取得できない)限り発車しない。

・閉塞の開放
閉塞を確保して出発し、次の駅に着いたら、確保していた閉塞を開放(=通行権を返却)する。

どの閉塞区間にどの列車がいるかはソフトが把握している。

書き漏らしていたこのシステムの仕様について補足。
  • 駅に停車したら乗降時間として最低10秒は停車する。
  • 簡略化のためポイントはスプリングポイント。
    鉄道にそれほど詳しくない人のために説明すると、列車交換駅の両側がスプリングポイントだと、駅のどちら側から列車が進入するかで停車する番線が決まる。
    そのため、単線で列車交換を行うだけならポイントを制御する必要がない。
なお、今のところはエンドレスでやっているが、センサーに定義できる動作に「反転」を追加すれば終点での折り返しにも対応可能。

足りない点としては、次の駅に着いた時点で閉塞を解放するため、停車中でも後続の列車は発車できてしまう。
そして、場内信号に相当するものがないので、先行の列車が駅を出発していなければ追突してしまう。
実際の鉄道の場内信号に相当する仕組みを組み込むのも一つの方法ではあるが、列車ダイヤが存在しない当システムでは「列車がつっかえてにっちもさっちも行かない」状態になる可能性がある。
解決策としては、閉塞での発車抑止に加えて、前方の駅に列車が停車中でない場合のみ列車を発車させるというのが現実的だろう。
これは今後ソフトに組み込む予定。
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PCからの自動運転 何とか第一歩
やっとこさ、何とか自動運転と呼べるものを作ってみた。
というわけでその動画。


以下、おさらいでもあるけど、私が目指している自動運転の仕組み。

概要
・車両の制御はDCCによる。
・運行の制御はWindows PC上のソフトで行っている。
・USB-LocoNetアダプタ(自作)を用いてPCをLocoNetに接続している。
※LocoNetは、Digitrax製DCC機器間のデータ送受信に使うインターフェース。
・PCソフトの開発環境はC#、.NET Framework。

車両検出センサー

DigitraxのBDL162・BDL168と同等の信号をLocoNetに送出する自作の車両センサーを使用。
ただし、本家BDL162/BDL168は「在線」を検知するが、このセンサーは赤外LEDの光が車両に遮られることによって「車両が通過したこと」を検知する。(フォトインタラプタ式)
接触不良等が原因でBDL16「在線」の検知は必ずしも正確ではないため、この種の自動運転ではこの方式でも充分だと思っている。

センサーの使用法

ソフト上で、各センサーのアクションを定義する。
アクションは基本的には加速・減速させるための定義で、次のようなものを用意した。
 ・減速(駅接近)
 ・停止準備
 ・停止
各センサーを車両が通過すると、そのセンサーに定義された速度まで加速・減速する。
その速度にするまでの加速度・減速度(km/h/s)も定義できる。

運行の制御
上記のセンサーによる制御の他、停止状態で一定時間(今回は5秒)経過したら発車させる。
ソフト内部では閉塞の情報も持っており、ソフトは列車がどの閉塞にいるか検知している。
閉塞を確保しなければ発車できないようにする予定で、単線での上下方向同時運行が可能となる。
※閉塞…線路上の区間で、同時には1列車しか入れない。鉄道はこれによって列車同士の衝突を防ぐ仕組みになっている。

速度制御
スケール速度とそれに対応するDCC速度値のテーブルを車両ごとに持っている。
センサーのアクションなどは、スケール速度(km/h)で定義している。
これらをDCCの速度値そのままで持たないのは、実際の速度は車両によって異なるためで、車両ごとの速度特性の違いを上記テーブルで吸収している。

今後
ソフトの構造としては複数の列車の並列制御が可能なので、ソフトに閉塞確保の仕組みを実装すれば、目指している「単線での上下方向同時運行」が実現する。
…のだが、自作「BDL162/BDL168モドキ」はセンサー8個までしか対応していない。
エンドレスに交換駅二つという最低システムを構築するにはセンサーが12個必要。
そろそろ本物のBDL168を入手する時が来たのかもしれない。
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