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鉄道模型工作室 マイコン式の運転操作台を作ろう 構想
何時も愛読しているさる方のブログを閲覧していて、ふと思いついた事がありました。
鉄道模型として、今まで自分が楽しんで来た自動運転の楽しみ方は、これで良かったのだろうか？
自分が楽しんで工作して来たことは事実ですが、自動運転システムが完成すると、運行状態をポケーと見ているだけである。 これではすぐに飽きてしまって、次のテーマに移行していたのが、今までの状態なのだ。 そして湧いて来たのが、「まだ他の楽しみ方があるのではないのか？」と言う疑問である。
例えば、実際の電車の様に、マスコンレバーとかブレーキレバーなどを操作して模型電車を走らせ、ゆっくりとホームから発車させたり、ホームの定位置にゆっくりと停車させるなど、鉄道模型の普通の楽しみ方を忘れていたような気がしました。
そうだ、マイコンを使った運転操作台を作ってみようと思い立ったのである。！
■ マイコンを使った運転操作台を作ろう
実際の電車の様に運転台を操作して模型電車を走らせる楽しみ方のためには、マスコンとか、ブレーキレバーといった操作機器のある操作盤が必要となってきますが、市販のこれらの装置は高価で大型である。 もし、自分に電気関係の充分な技術があればこの様な操作盤を自作することも可能ですが、自分には無理なジャンルです。 でも、今回気が付いて点は、出力として電車を走らせるモータードライバをPWM制御させれば、ことが足りるのではないかと思いついたのです。
マスコンとかブレーキレバーといった操作機器からの入力をもとに、走らせる電車に合わせたPWM信号を出力させるためには・・・・・・・・・・・・、今まで実施してきた自動運転でのマイコンの知識が生かせるぞ、考えたのです。 運転操作台にはポイントの切替や進行方向の切替も必要ですが、何のことはない！ 今までの経験がそのまま生かせるのです。
そこで、運転操作台のイメージをイラストにしてみました。 電気回路的にややこしい部分はマイコンでのデジタル処理に任せ、入出力部分をハード的な電気回路で対応すれば、自分の技術の範疇で実現可能だと判断しました。
ここでは出発信号機は設置し、スイッチにて操作すれば面白そうです。 手動のスイッチ操作で充分です。 なお、制御対象が今までのように卓上レイアウトを考えていますので、固定的なレイアウトのような配電盤は考慮していません。 このためポイント操作は単なるスイッチ操作だけのシステムにしています。
給電に関しても、１番ホームと２番ホームの選択は、駅の出入り口のポイント操作で対応します。 また、リバース線も想定していますので、リバース線を走行中にホーム側の進行方向を変えるため、ホーム回りとは独立した給電スイッチが必要と考えています。
操作の状態と走行速度は、液晶パネルに表示させることも出来ます。 マスコンやブレーキのノッチ状態とスケール速度を表示させましょう。
■ 制御方法の構想
肝となる部分はマイコンの制御ロジックと思っています。 ここに何を詰め込むのかは、まず、システム構成の中でソフトで対応する部分と電気的なハード回路で対応する部分を分けなければなりません。
ポイントの駆動回路、給電のための走行方向指定などは、今までの電気回路の知識をそのまま応用できますので、ハードで対応しよう。 操作部分はダイヤルスイッチや可変抵抗器を使えば、あとは電源回路やマイコンの周辺を固めるだけです。 マイコンとしては、Arduino UNO、NANO EVERY、MEGA など仕様が固めあれば、経験済みなのでどれでも選択可能です。
問題の制御ロジックには、今までの実験結果を詰め込むことが出来ます。 例えば、動力車の特性に合わせたマップ制御も考えられます。 同じ供給電圧（PWM製のヂューティ値）でもモデルによってスケールスピードが異なるので、車種選択スイッチによって指定すれば、対応する電圧を制御できます。
例えば、「新ATSに挑戦 多くの列車を走らせよう」（2019/2/11）で作成したマップのデータを基にして、車速と電圧の関係を整理したり、また不足分を追加測定すれば対応できると考えます。 色付きラベルでグループ分けした手法を発展させましょう。 これを選択スイッチに対応させると、遅い動力車でも早い動力車でもノッチ制御で対応可能となると思われます。
ここで、マスコンのノッチによる制御とは何かを検討しておく必要があります。 制御方法はいろいろ検討するのも面白そうです。 なにしろスケッチの書き換えだけで対応できそうなので、変更、修正、改良など自由自在です。 少しワクワクしてきました。
■ 必要な部品は？
もうその気になって、必要と思われる部品を集めてみました。 操作台の箱は、今までと同じものを使おうとホームセンターでもう買ってきました。 電子部品はストック品をさばくって集めると、殆ども部品が揃ってしまいました。 残るのは選択スイッチとしてのロータリースイッチと、ユニバーサル基板程度ですかね。
液晶表示パネルは、「レイアウトに速度計を設置する」（2014/8/1）で使用したキャラクターLCDを再利用します。 この工作物は、レイアウト変更によってお蔵入りになった部品ですが、また、使用することになります。 回路の設定やスケッチの記述も、この実施例を参考にすれば問題ないでしょう。
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部品的にも問題無さそうなので、まずは制御ロジックから固めていく事にします。 このためには、常套手段として、ブレッドボードで回路を組立て、スケッチの記述と平行して簡単なレイアウトを組んで走行テストを実施することにします。 そして、システムか固まってくれば電気回路の工作を実施することにします。
2021/4/13 作成