Ｎゲージレイアウト、はる記念鉄道の製作１４ [鉄道模型レイアウト製作]
こんにちは。
部屋を真っ暗にして列車を走らせてみました。
室内灯つけた車両は 1 車両しかないし、建物などの灯りはまだどこにも組み込んでいないのでこんな光景ですが、暗闇の運転も楽しいものですね。いつか夜景を作りたいな。
今回もマニアックな内容になってしまいました。興味ない方はスルーでお願いします。
ブラウザのコントロール画面に少し機能を追加しました。
今まで、上図紫の枠で囲んだボタンで加減速を行っていました。例えば加速ボタンを押すと 0.2 秒毎に PWM のデューティー比を 1% 上げていました。しかし、微妙な速度コントロールがしづらかったため、緑枠で囲んだボタンを追加しました。このボタンを 1 回タップする毎にデューティー比が 1% 変化します。ポンポンポン・・・とこのボタンをタップして微妙な速度調整ができるようになり、特に留置線への入れ替えや停車時のコントロールがしやすくなったと思います。欠点はブラインドタッチができないこと、間違って別のボタンをタップしてしまうことがあります。
こちらはポイントを１つずつ転換するための画面です。タップする毎にポイントが切り替わります。
でも次の画面を作ったら、あまり使わなくなりました。
こちらの画面は、指定したルートをタップすると、関連するセクションやポイントがすべて切り替わるようになっています。
運転パターンはほぼ決まっているため、専らこの画面で操作するようになりました。セクションやポイントの転換ミスも少なくなりました。
なお「☆初期化」ボタンをタップするとすべてのポイントを分岐側へ転換し、そして直進側に戻す挙動をします。後述するようにポイントは１つずつ転換しますので、バン、バンと聞こえる「音のリズム」で、ポイントがきちんと転換されることを確認します。
そのポイントを駆動する回路ですが、下図の回路で動作させています。全ポイント分書くと面倒なのでポイント２か所分のみを書き起こしました。
（回路図エディタ BSch3Vを使用しています。）
（注）電気回路は素人ですので論理的な説明はできません。例えばプルアップ抵抗値など適当に決めている部分があります。本レイアウトでは動いていますが、どんな状態でも動くか分かりませんし、これをそのまま使って（そんな人いないか）、事故、不具合等発生しても責任とれませんので悪しからずご了承ください。
ラズベリーパイから I2C 通信で I/O エクスパンダー MCP23017 を通じ、その I/O ポートでフォトリレーを動かしています。ラズベリーパイは 3.3V、MCP23017 は 5V で動作させているので、途中にレベル変換（秋月電子さんで買ったキット）を入れています。
ポイントの転換は電解コンデンサの充放電を使ったよくある構成です。充放電はそれぞれのフォトリレー TLP241A を ON にすることで行っています。またポイントマシンの駆動電源は 100Ω の抵抗を通じて電解コンデンサに徐々に蓄えた電気を使っています。このため、複数のポイントを一気に転換できません。連続して安定して転換するには実験結果より約 0.8 秒のインターバルが必要でした。しかし、分かりやすくするために複数のポイントを転換するのは 1 秒毎の間隔で行うようにしました。
これらはラズベリーパイ上のサーバープログラムの専用スレッドで行っています。この回路だとプログラムのバグなどで分岐側と直進側のフォトリレーが両方 ON になるとショートしてしまうのですが、それは 100Ωの抵抗である程度電流を抑えられるかな。LED はショート有無のモニター用です。
なお、ポイントマシンを駆動する電源は約 20V を加えることになりました。ちょっと高めの気がしますが、回路や配線の問題かポイントマシンの取り付けが歪んでいるのか分かりませんが、すべてのポイントを確実に転換するにはこの電圧が必要になってしまいました。
電動ポイントは 11 ヵ所ありますので、基板に全ポイント分の回路を実装するとこんな感じになりました。
また、ポイントマシン駆動用の電解コンデンサはレイアウト側へ付けています。分岐側は充電、直進側は放電になります。サーバープログラム終了時には、すべてのポイントを直進側へ戻して（すなわち放電させて）運転終了するようにしています。
ポイントの制御回路とルートを指定するコントロール画面を作ったことで、運転が楽になりましたね。次は自動制御を行うための列車の通過センサーを考えていきたいと思います。
通過センサーは以前に実験しましたが、フォトリフレクタをレール間に設置し、先頭車など底面に白テープを貼った車両が通過すると反応する方法でいきたいと思います。
こんな回路を作りました。書いていませんが電源電圧は 5V です。
フォトリフレクタ RPR200 が反応すると、タイマー IC 555 で約 3 秒間、出力が ON になる回路を路盤の下に組み込みます。この 3 秒の間にラズバリーパイ上のサーバープログラムが読み取るようにする計画です。RPR200 の感度を決める緑矢印の抵抗値ですが、自分の手をかざしても反応しないこと、車両の底面のどこに白テープを貼っても反応すること、でいろいろ試した結果、20KΩが最適値になりました。
試作品を作ってみました。
線路にはこのように組み込みます。
ほぼ枕木と同じ高さにして違和感ないようにします。RPR200 の最適感度は反射体から 6～8mm のようですが、上記の抵抗値にしたことで車両底面ならどこでも反応しました。
でも、このセンサー 10～20 個を量産するのは面倒だな。
その他、ラズベリーパイをセットした金属ケースに USB コネクターを付けました。ここには無線 LAN アダプタを付けます。金属ケース内だと無線 LAN が使えないため、ケースの外へアンテナを出したかったからです。
と、ここまで来たところで・・・
部屋の整理を行った結果、少し空きスペースができたので、この期に及んでレイアウトの拡張をしたくなりました・・・というか拡張します。
レイアウトの両端をそれぞれ延長します。こちらは 30cm 延長。
こちらは 60cm 延長します。すでに土台となるＬ字アングルを延長しました。
どうしても入れたかったことがありました。本レイアウトの春兎崎（はるうさき）駅から分岐する非電化ローカル線、春山（はるさん）線の終着駅と想定していた兎野原（うさぎのはる）駅です。本当は別レイアウトとしていつか作りたいなと考えていましたが、それが実現できるのか分かりませんので、本レイアウトに入れておきたかったのです。
拡張することで入れ込むことができるのか、グラフ用紙を敷き、原寸大で検討しました。
結果、今のところ下図のような形で兎野原（うさぎのはる）駅を追加したいと思います。
当初の終着駅の想定と異なり中間駅とし、元々の複線路線の運転形態を引き続き楽しめるとともに、この駅を中心に列車を周回できるようにしたいと思います。
これでまた、レイアウトの完成が遅れてしまう・・・というより作っている最中が楽しいのです。（完成しないかも知れないけど）完成した状態を夢見て線路配置を考えるのはいちばん楽しいです。完成時期は未定です。もし早くの完成を期待している方がいらっしゃいましたら申し訳ございません。
★最近のはるちゃん★
気づいたらケージの上へジャンプしていることがあります。
実はケージの上に人参の葉を置きっぱなしにしていました。少しずつあげようと思っていたのに全部食べられてしまいました。
お婆さんの背中を借りて着地。元気が良いのは嬉しいことだけど、降りられないのに登らないでね^^
部屋を真っ暗にして列車を走らせてみました。
室内灯つけた車両は 1 車両しかないし、建物などの灯りはまだどこにも組み込んでいないのでこんな光景ですが、暗闇の運転も楽しいものですね。いつか夜景を作りたいな。
今回もマニアックな内容になってしまいました。興味ない方はスルーでお願いします。
ブラウザのコントロール画面に少し機能を追加しました。
今まで、上図紫の枠で囲んだボタンで加減速を行っていました。例えば加速ボタンを押すと 0.2 秒毎に PWM のデューティー比を 1% 上げていました。しかし、微妙な速度コントロールがしづらかったため、緑枠で囲んだボタンを追加しました。このボタンを 1 回タップする毎にデューティー比が 1% 変化します。ポンポンポン・・・とこのボタンをタップして微妙な速度調整ができるようになり、特に留置線への入れ替えや停車時のコントロールがしやすくなったと思います。欠点はブラインドタッチができないこと、間違って別のボタンをタップしてしまうことがあります。
こちらはポイントを１つずつ転換するための画面です。タップする毎にポイントが切り替わります。
でも次の画面を作ったら、あまり使わなくなりました。
こちらの画面は、指定したルートをタップすると、関連するセクションやポイントがすべて切り替わるようになっています。
運転パターンはほぼ決まっているため、専らこの画面で操作するようになりました。セクションやポイントの転換ミスも少なくなりました。
なお「☆初期化」ボタンをタップするとすべてのポイントを分岐側へ転換し、そして直進側に戻す挙動をします。後述するようにポイントは１つずつ転換しますので、バン、バンと聞こえる「音のリズム」で、ポイントがきちんと転換されることを確認します。
そのポイントを駆動する回路ですが、下図の回路で動作させています。全ポイント分書くと面倒なのでポイント２か所分のみを書き起こしました。
（回路図エディタ BSch3Vを使用しています。）
（注）電気回路は素人ですので論理的な説明はできません。例えばプルアップ抵抗値など適当に決めている部分があります。本レイアウトでは動いていますが、どんな状態でも動くか分かりませんし、これをそのまま使って（そんな人いないか）、事故、不具合等発生しても責任とれませんので悪しからずご了承ください。
ラズベリーパイから I2C 通信で I/O エクスパンダー MCP23017 を通じ、その I/O ポートでフォトリレーを動かしています。ラズベリーパイは 3.3V、MCP23017 は 5V で動作させているので、途中にレベル変換（秋月電子さんで買ったキット）を入れています。
ポイントの転換は電解コンデンサの充放電を使ったよくある構成です。充放電はそれぞれのフォトリレー TLP241A を ON にすることで行っています。またポイントマシンの駆動電源は 100Ω の抵抗を通じて電解コンデンサに徐々に蓄えた電気を使っています。このため、複数のポイントを一気に転換できません。連続して安定して転換するには実験結果より約 0.8 秒のインターバルが必要でした。しかし、分かりやすくするために複数のポイントを転換するのは 1 秒毎の間隔で行うようにしました。
これらはラズベリーパイ上のサーバープログラムの専用スレッドで行っています。この回路だとプログラムのバグなどで分岐側と直進側のフォトリレーが両方 ON になるとショートしてしまうのですが、それは 100Ωの抵抗である程度電流を抑えられるかな。LED はショート有無のモニター用です。
なお、ポイントマシンを駆動する電源は約 20V を加えることになりました。ちょっと高めの気がしますが、回路や配線の問題かポイントマシンの取り付けが歪んでいるのか分かりませんが、すべてのポイントを確実に転換するにはこの電圧が必要になってしまいました。
電動ポイントは 11 ヵ所ありますので、基板に全ポイント分の回路を実装するとこんな感じになりました。
また、ポイントマシン駆動用の電解コンデンサはレイアウト側へ付けています。分岐側は充電、直進側は放電になります。サーバープログラム終了時には、すべてのポイントを直進側へ戻して（すなわち放電させて）運転終了するようにしています。
ポイントの制御回路とルートを指定するコントロール画面を作ったことで、運転が楽になりましたね。次は自動制御を行うための列車の通過センサーを考えていきたいと思います。
通過センサーは以前に実験しましたが、フォトリフレクタをレール間に設置し、先頭車など底面に白テープを貼った車両が通過すると反応する方法でいきたいと思います。
こんな回路を作りました。書いていませんが電源電圧は 5V です。
フォトリフレクタ RPR200 が反応すると、タイマー IC 555 で約 3 秒間、出力が ON になる回路を路盤の下に組み込みます。この 3 秒の間にラズバリーパイ上のサーバープログラムが読み取るようにする計画です。RPR200 の感度を決める緑矢印の抵抗値ですが、自分の手をかざしても反応しないこと、車両の底面のどこに白テープを貼っても反応すること、でいろいろ試した結果、20KΩが最適値になりました。
試作品を作ってみました。
線路にはこのように組み込みます。
ほぼ枕木と同じ高さにして違和感ないようにします。RPR200 の最適感度は反射体から 6～8mm のようですが、上記の抵抗値にしたことで車両底面ならどこでも反応しました。
でも、このセンサー 10～20 個を量産するのは面倒だな。
その他、ラズベリーパイをセットした金属ケースに USB コネクターを付けました。ここには無線 LAN アダプタを付けます。金属ケース内だと無線 LAN が使えないため、ケースの外へアンテナを出したかったからです。
と、ここまで来たところで・・・
部屋の整理を行った結果、少し空きスペースができたので、この期に及んでレイアウトの拡張をしたくなりました・・・というか拡張します。
レイアウトの両端をそれぞれ延長します。こちらは 30cm 延長。
こちらは 60cm 延長します。すでに土台となるＬ字アングルを延長しました。
どうしても入れたかったことがありました。本レイアウトの春兎崎（はるうさき）駅から分岐する非電化ローカル線、春山（はるさん）線の終着駅と想定していた兎野原（うさぎのはる）駅です。本当は別レイアウトとしていつか作りたいなと考えていましたが、それが実現できるのか分かりませんので、本レイアウトに入れておきたかったのです。
拡張することで入れ込むことができるのか、グラフ用紙を敷き、原寸大で検討しました。
結果、今のところ下図のような形で兎野原（うさぎのはる）駅を追加したいと思います。
当初の終着駅の想定と異なり中間駅とし、元々の複線路線の運転形態を引き続き楽しめるとともに、この駅を中心に列車を周回できるようにしたいと思います。
これでまた、レイアウトの完成が遅れてしまう・・・というより作っている最中が楽しいのです。（完成しないかも知れないけど）完成した状態を夢見て線路配置を考えるのはいちばん楽しいです。完成時期は未定です。もし早くの完成を期待している方がいらっしゃいましたら申し訳ございません。
★最近のはるちゃん★
気づいたらケージの上へジャンプしていることがあります。
実はケージの上に人参の葉を置きっぱなしにしていました。少しずつあげようと思っていたのに全部食べられてしまいました。
お婆さんの背中を借りて着地。元気が良いのは嬉しいことだけど、降りられないのに登らないでね^^
自分の場合、貯めこんだNゲージを処分する方向です。
あの頃は経済的に余裕があったんだなぁと・・・
by フジトモ (2020-07-25 14:26)
あら、はるちゃん、のぼってもおりられなくなっちゃったんでやすね。
おちゃめで可愛いでやす〜
by ぼんぼちぼちぼち (2020-07-26 20:10)
フジトモさま、こんにちは。
そうですか。
私は余裕があったときに買ったストラクチャーや樹木などを
できるだけ使い切ってしまいたいと思っています。
by TakiHaru (2020-08-08 09:53)
ぼんぼちぼちぼちさま、こんにちは。
人間年齢で60歳すぎたのですが、まだまだおてんばさんですね。
先日はケージの上に置いておいた葛の葉を
ケージの中から背伸びして引き抜いていました。
by TakiHaru (2020-08-08 09:56)
Nゲージカッコ良いですね。
久々のはるちゃん、元気そうで何よりです。
by garden (2020-09-25 15:29)
gardenさま、おはようございます。
2か月以上、更新していませんが、
はるちゃんは変わらず元気にすごしていますよ。
by TakiHaru (2020-10-03 08:58)