Node.js と Node-SerialPortでブラウザから操作するロボット

2016/11/1　7M4MON

　


ロボットの車体はタミヤの楽しい工作「タミヤ 楽しい工作シリーズ No.104 ブルドーザー工作基本セット」を使用しました。
コントローラー部は使わないので切ってしまい、モータードライバーIC「TA7291P」（\150@秋月）で制御することにします。
このモータードライバーICは正転逆転可能で、外付け部品が少なく、5V系でコントロールできます。
電源はエネループ4本の4.8Vを使用しましたが、このICの出力飽和電圧は1V程度なのでFA-130モーターには3.8V程度
加わることになります。よって、推奨電圧からは27%ほどオーバーして使用することになります。

コントロールするマイコンは「PIC16F648A」（\200@秋月）で、内蔵クロック4MHzで使用します。
モーター制御は1モーター当たり2ポート必要です。PORT_BはCCPやUARTと超音波センサで使うのでPORT_Aを使います。
また、攻撃用（？）のクラッカーの紐を引くモーターも追加したので、合計6ポート必要でした。
今回は、PORT_Aのうち、オープンドレイン専用の4と入力専用の5を避けて、0,1,2,3,6,7を使いました。
キャタピラーなので、超信地回転も可能です。

前照灯は放熱基板付1WハイパワーフルカラーRGBLED 「OSTCWBTHC1S」（\250@秋月）を使用しました。
RGBのそれぞれのポートの組み合わせで、7色に変化させることが出来ます。
色を選択するのはハイサイド側で行うこととして、デバイスは2SJ681（\40@秋月）+RN1201（\5@秋月）を選択しました。
LEDには最大で各色200mA、標準で150mA流せるようですが、色味をみながら抵抗値を赤22Ω、青と緑は10Ωとした結果、
赤が107mA、緑が142mA、青が139mAとなりました。
この場合、LEDが消費する電力は合計で1.2W程度で、直視できないほどの明るさです。
電流制限用の抵抗は1Wの酸化金属皮膜抵抗を奢ったのですが、1/2Wの安いカーボン抵抗でも問題ない損失でした。
3色のLEDはカソードコモンとして、PWM制御して明るさを調整します。
人間の目は対数スケールで明るく感じることと、8bitのマイコンの8bitのPWMを使用する都合で、0,1,2,4,8,16,32,64,128,255の10段階としました。
ローサイド側のFETは2SK2201（\70@千石）を使用しました。コントロールする電流は最大で400mA程度しかないので、発熱は少なく、問題ありません。

超音波センサは、HC-SR04を使用しました。
車体に固定した際に干渉するので、ピンヘッダを表裏逆にしています。
タイマ割り込みで0.52秒に一度距離を測定し、Node.jsに送っています。
ループ内で反射時間を測定します。.lstファイルを見ると一カウント当たり11サイクル=11usかかっているようでした。
よって、カウンタと距離の関係は、カウンタ値をdistanceとし、音速を340m/sとすると、340*11*distance/10^6*100/2(cm) = 0.187 * distance (cm)となります。
マイコンではカウント数のみを文字列で送り、割り算はnode.js側でやってもらいます。
実験した限りでは誤差2%程度だったので、おそらく計算式はあっていると思われます。
この超音波センサはたまに応答が無くなることがあるので、タイムアウトした場合前回の値を返すようにしています。
接続されていない場合は65535を返し続けます。
また、距離をマイコン側でも監視して、およそ20cm以内に障害物があれば停止するようにしました。

クラッカーはホームセンターで買った金具でホールドし、タミヤの4速パワーギヤボックスHE 72007を74:1で使用しました。
クラッカーを引けるかトルクが心配だったのですが、楽勝でした。