列車の動かし方6

１５．ポイント制御

●次は複数ループをつなぐためのポイント制御ボードを製作します。

・ポイントの配置には以下のように制限があります。
・図のように路線０の区間４からポイント切り替え区間の区間５に進入した時に路線１の列車の位置状況で安全を判断しますが、安全でない場合は列車の通過待ちで停止します。従ってポイント手前で停止する必要があるので、そのための距離が必要です。
・また、ポイントを通過して路線１の区間４に進入したところで切り替えたポイントを戻すので、列車の長さ以上の距離が必要です。

●回路図
・ポイント駆動回路はKATOのユニトラックのクロスポイントが切り替えられるように大きなコンデンサ(6800μ)に50Ωの抵抗で蓄電しておいて、列車のドライブ回路とほぼ同じ回路で切り替えます。電流が大きいのでFETのゲートに、より電圧がかかるよう抵抗値が違います。
・制御マイコンはPIC16F88を使用します。以前はPIC16F84Aを使用していましたが、F88の方が安くて高性能です。

●プリント基板の製作
・基板はフリーで使用できるオープンソースのPCBソフトKiCadを使用して作りました。読み方は”キキャド”に決まったそうです。

【KiCadの回路図】

感光基板用PDF

【基板加工機で作った基板】

【実装基板】
・必要なポイント数分実装します。（写真は２ポイント分実装）

【PIC16F88への書き込み】
・PICにプログラムを書き込むにはPICKit3などのライターが必要です。
・PICKit3はMPLAB-Xから直接書き込みが出来るので便利です。
・ブレッドボードに書き込み用配線をして書き込みます。MCLRは5KΩ程でVddにつなぎます。

・三角印を合わせてPICKit3を差し込みます。

●MPLAB Xへ　XC8 Compilerの追加
PIC16F88のコードをコンパイルするためmicrochip社のサイトよりXC8 Compilerをダウンロードし、追加でインストールします。
http://www.microchip.com/pagehandler/ja-jp/family/mplabx/

●プロジェクトの作り方は開発環境MPLAB X での説明とほぼ同じですが、
　・Steps２．Select Deviceで
　　　Family：　Mid-Renge 8-bit MCUs
　　　Device：　PIC16F88
　　　を選択し、Nextをクリック

　・Steps３．Select Toolで
　　　PICkit3を選択して、Nextをクリック

　・Steps６．Select Compilerで
　　　 XC8(v x.xx)を選択し、Nextをクリックします。

・PICへの書き込みは、ツールバーのMake and Program Deviceをクリックします。

【ポイント制御用Cソースコード】

・PIC16F88のコードです。

#include <xc.h>


#pragma config WDTE=ON, FOSC=HS, PWRTE=ON

#define ExtInt	RB0
#define ExtData	RB1

#define P_0		TRISA3
#define P_1		TRISA2
#define P_2		TRISA1
#define P_3		TRISA0
#define P_4		TRISB5
#define P_5		TRISB4

unsigned char IntCount;

unsigned char bit_p;
unsigned char receive_data;
unsigned char data_p;
unsigned char RxData[16];
unsigned char send_data;
unsigned char busy;
unsigned char point_req;
unsigned char p_counter;
unsigned char seq_num;


void initialize(void);
void point_chg(unsigned char,unsigned char);

void initialize() {
	PORTA = 0;
	PORTB = 0;
	TRISA = 0xff;   //All Input (FET OFF)
	TRISB = 0x03;	// RB0,1 Input
	OPTION_REG = 0x0f;	// WDT,Int Fall, pulup

	INTE = 1;	// RB0　割り込み許可
	GIE= 1;		// 割り込み許可
}

void main()
{
    unsigned char dir;      //切り替え方向
    unsigned char p_num;    //point番号

        initialize();
        seq_num=0;

	while(1){
            CLRWDT();

            if(!p_counter)  //P_counter=0
                switch(seq_num){
                    case 0:
                        if(point_req){
                            busy=point_req;

                            //point切り替え方向
                            if(busy & 0x40)
                                dir=1;
                            else
                                dir=0;

                            //point ON
                            p_num = busy & 0x7;     //point番号セット
                            point_chg(p_num , dir);

                            p_counter=4;//ON時間

                            seq_num++;
                        }

                        break;
                    case 1:
                        //point off
                        TRISA = 0xff;      //FET OFF
                        TRISB |= 0xfc;

                        p_counter=12;        //OFF時間
                        seq_num++;
                        break;
                    case 2:
                        //2回目 ON
                        point_chg(p_num , dir);
                        p_counter=4;
                        seq_num++;
                        break;
                    case 3:
                        //point OFF
                        TRISA = 0xff;      //FET OFF
                        TRISB |= 0xfc;

                        p_counter=8;
                        seq_num++;
                        break;
                    case 4:
                        //リクエストCLRまで待機
                        if(!point_req){
                            seq_num=0;  //処理終了
                            busy=0;
                            break;
                        }
                }
	}


}

void interrupt ISR_ExtInt() {
    INTF = 0;       // 割り込みフラグクリア

    IntCount++;     //インタラプトカウンタ＋１
    if(IntCount & 0x10){
        IntCount = 0;
        data_p++;
    }

    if(ExtInt == 0){
        //--- IntCount 0 ---
        IntCount = 0;
        data_p=0;
        bit_p=1;
        if(p_counter)
            p_counter--;

   }


    if(IntCount & 1){            //受信
        if(ExtData)
            receive_data |= bit_p;
        else
            receive_data &= ~bit_p;

        if(bit_p == 0x80){
            if(data_p == 0x60 ){	//現位置確認
                point_req = receive_data;	//DataSet
            }
            bit_p=1;
        }
        else
            bit_p <<= 1;//bit位置shift
    }
    else{//送信
        if(data_p == 0x70){
            TRISB1=0;//PortOutput
            send_data = busy;

            if(send_data & bit_p)
                    ExtData=1;
            else
                    ExtData=0;
        }
        else TRISB1=1;//PortInput

    }

}

void point_chg(unsigned char p, unsigned char d){
    //方向設定
    if(d){
        //切り替え
      	PORTB |= 0xfc;
	PORTA = 0xff;
    }
    else{
        //戻し
        PORTB &= 0x3;
        PORTA = 0;
    }
    TRISB |= 0xfc;
    TRISA = 0xff;

    //選択されたポイントのみ出力ポートに設定（FET ON）
    switch(p){
            case 0:
                    P_0=0;
                    break;
            case 1:
                    P_1=0;
                    break;
            case 2:
                    P_2=0;
                    break;
            case 3:
                    P_3=0;
                    break;
            case 4:
                    P_4=0;
                    break;
            case 5:
                    P_5=0;
                    break;

    }
}

・ポイントボタンを押すと、次に差し掛かるポイントが切り替わります。
・ポイント番号を指定して、切替ボタン、戻しボタンで動作テストが出来ます。

・下記からVBプロジェクトをダウンロード出来ます。
・解凍して、フォルダー内の"remote.vbproj"をダブルクリックしてプロジェクトを開いてください。
vb_chap15のダウンロード

●このプログラムでは下記のような2重ループにクロスポイントのあるレイアウト配置設定になっています。

１６．ドライブボードの作成

●レイアウトに実装しやすいように、ねじ端子盤をつけたドライブボードをプリント基板で作成します。

・マルツのdsPIC基板のプログラムロード機能を含めて、裸のdsPIC30F2012を使用して作成します。

感光基板用PDF

●dsPICへブートローダの書き込み
トラ技で紹介されたプログラムロード用プログラム（ブートローダー）は、今のところ以下のサイトからダウンロード出来ます。

http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/42/42111.htm

その中の　bootloader　フォルダの　cqhex.hex　をPicKit3でdsPIC30F2012に書き込みます。
秋月電子に小さいブレッドボードが200円で売っていたので、それを使って書き込み回路を作りました。

・書き込みソフトはMPLAB Xをインストールした時に同時に入るMPLAB IPEを使用します。

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