HOME >> 鉄道模型自動運転システム >  エンドレールでの表示と信号処理

登山鉄道自動運転システム  エンドレールでの表示と信号処理

■ はじめに

 先回報告した「緩衝器付エンドレールでの自動停止装置」では、TOMIX製の踏板型方向指示LEDを使用して通電状態を表示したが、この表示装置を自作することにするとともに、表示だけでなく、自動運転のための信号処理機能も付加することにした。

 実際の鉄道では信号機によって運行されているが、それを模型として再現しても、小さくて、その上に、電車の運転手にしか見えない位置に設置してある。 レイアウト上で自動運転する場合には、これでは面白くない。 レイアウトを見ている人が通電状態、即ちシステムの自動運転状況を確認できるようにしておくほうが面白いと思ったのである。 ここでは現実性を無視して、通電状態を表示させる装置を作って見ることにした。

 

■ エンドレールの機能

  自動運転システムに使用しようとしているエンドレールでは、

 この様な要求機能を満たそうと考えた回路を右上に示す。 入線状態と出発状態は、左右のレールの極性をみれば判断出来るので、これによって黄色と緑色のLEDを光らせれば良いのだ。 「右プラスが前進」のNゲージシステムの約束に従っている。 次に、電車が車止めの位置に到達した時は、左奥のレールが切断されるので、ここにLEDを接続しておけば、LEDを消灯させて電車の到着を知ることが出来るのである。

 レールエンドのブロックはバネで押されているので、力の弱い電車ではこのエンドブロックを移動させることが出来ず、駄々っ子が拗ねているように、車輪をゴリゴリと回転させている状態で停止している。 例えばBトレの動力では、このブロックのバネに打ち勝つことが出来ないので、到着したら早く電源を切ってあげる必要があるのである。 こればかりは自動的にとは行かないのである。 このために、目で見える装置が必要なのだ。

 電車が到着したことを知らせるセンサーは、フォトカプラーを使用してコントロールセンターに送信することにする。 この回路は以前報告した「自動運転システムのセンサー」にて調査したTOMIX のTCSワンタッチ装着センサーのアイディアを活用している。 フォトカプラーを使用することによって、電車の走行用電源と信号ラインを完全に切り離すことが出来るのである。

 入線してくる電車を感知するセンサーは、以前にも使用したことがある CdS を使用して信号を取り込むことにする。 但し室内の明るさによって状況がへんかするので、運転前に明るさの調整機能が必要と考えているので、その操作を実施するコントロールボックスに設けることにする。 このような調整を必要としないセンサーを採用する方法もあるが、今回はこの方式とした。 まずは実績優先!

 

■ 1次モデルの制作

 構想が浮かんだらすぐに手を動かすのが我がモットーなので、早速工作を始めた。 当初は黄色と緑色のLEDだけを考えて基板を切り出していたが、到着時に消灯するLEDも追加することにしたので、フォトカプラーを設置する場所が無くなってしまった。 下左の写真。 テストしてみると追加した電球色のLEDは明るすぎたの抵抗を2倍にしたが、それでも明るいようであった。 下右の写真。

 尚、黄色と緑色のLEDはホームセンターで購入したELPA朝日電器製の電子工作用のLEDであるため、かなり暗いLEDであった。

 

 この工作物をレイアウトに取り付けた状態を下に示す。 現在、レイアウトを修正中の登山鉄道ブロックの中で、登山口駅のホーム部分に工作物を設置したものである。フォトカプラやコントロールセンタへの配線コネクタは、このプレートの裏側に工作した。 下右の写真。

 登山鉄道ブロックの修正工作は、かなり進んでいるので後日報告するが、自動運転を前提にした工作を平行して実施している。 このためシステムの確認が必要なのである。

 

■ 2次モデルの制作

 登山鉄道のふもとの駅についても同様に工作を実施した。 ここでは、線路脇のスペースが無かったので、二つの線路の間に設置している。

 1次モデルの改良を含めて部品の配置を見直している。 二つの線路の間にピタリと収める事が出来た。

 

■ テスト走行

 二つの駅の部分が出来たので、これを直線で結んで、テスト走行を実施した。

 右の駅が登山口駅で、左の駅がふもとの駅である。 ふもとの駅は高架橋の上に設置されているので、登山口駅などは床面より積み木や紙箱でかさ上げしている。 このレイアウトで、LEDの作動状態をチェックした。 その状態を下の動画で紹介しよう

 テスト走行にてLEDの作動状態を確認出来たが、次の配慮も必要であることも確認できた。

  1. 複数の電車の走行速度は異なるので、それぞれの個体毎に調整する必要があること。
  2. 誤動作の場合の追突防止、あるいは確認方法が必要かもしれない。
  3. 電球色の到着を示すLEDは、作動を逆にして、到着したら赤色LEDが点灯するように回路上で改良できないだろうか。

■ 回路の改良

 深く考えずに回路を組んだので、上記3の課題が生じてしまった。 そこで下記のような回路を構成してブレッドボードでテストしてみた。

 電球色のLEDを赤色に変更し、右レールと接続した1KΩの抵抗にLEDを接続し、マイナス側を左レールに接続する。 そして抵抗とLEDの間に左奥のレールにダイオードを介して接続させた。 左奥のレールが左側のレールと接続している間は、ダイオードを通してマイナス側に流れるので、赤色LEDの両端にはダイオード分の電圧差(約 0.6 ボルト程度)しか発生せず、赤色LEDは発光しない。 左奥のレールと左側のレールが切断されると、ダイオードを通してマイナス側に流れる回路が遮断されるので、赤色LEDの両端には電圧差が生じて赤色LEDは点灯すると考えた。

   

 左奥のレールと左側のレールの接続切り替えは、タクトスイッチで代用している。 これも動作状態を動画で紹介しよう。

 出発状態の場合には、タクトスイッチの状態にかかわらず緑色が点灯し、入線状態の場合は、タクトスイッチがOFFの場合は赤色が、ONの場合には黄色が点灯する様子がわかる。 また、ダイオードでなくても直接結線しておくだけで電圧差によって機能するが、抵抗値の設定やLEDの劣化具合を心配して、挿入しておくのが良いと考えている。 このように、思惑どうりに作動することが確認できたが、回路の修正作業は後回しにして、先に進むことにする。

 

【追記】 上記の記述に間違いがありましたのでお詫びして訂正させて頂きます。 2017年5月11日

 1KΩと赤色LEDの間に、ダイオードを介して左奥のレールに接続する回路図を示しましたが、記述の中に、ダイオードでなくても直接結線しておくだけでも電圧差によって機能すると考えていましたが、ここではダイオードは必須です。 ブレッドボードでの確認テストでは問題をみつけることが出来ませでしたが、レール上に電車が存在する場合、右レール、右車輪、モータ、左車輪、左奥レールを通してここに電流が流れ込んで来ます。 そしてその電流は赤色LEDを通ってパワーユニットに帰っていく事になります。 赤色LEDはしっかりと点灯するのですが、そこには過大電流が流れてLEDが焼き切れる恐れがあるのです。 ダイードの代わりに抵抗でも機能すると思われますが確認はしておりません。 何らかの電流制限方法を設ける必要があるのです。

ページトップへ戻る .


 2017/5/9 作成  M.T. 2017/5/11追記