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@jjjkkkjjj

カウントアップ人感センサ付きライトを作ってみる

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はじめに

タイトルの通りで，マイコン・ハードウェアの勉強をしようということで，カウントアップ人感センサ付きライト作ってみました．
作ったものは以下のような人感センサ付きライトで，手をかざすとライトが点灯し，さらに同時にセグメントLEDがカウントアップするというものです．これが何の役に立つかと言われるとわかりませんが，色々と勉強になったので，備忘録的に記録として残しておきたいと思います．

output.gif

必要なもの

今回は人感センサからの信号を受信したらライトを点灯し，そのライトが点灯する度にセグメントLED（デジタルの数字を表示できるライト）をカウントアップする（謎）仕様のため，プログラム内で現在の数字の状態を保持する必要があります．そのため，PICマイコンを使用し，その辺りをプログラムで処理するようにしました．

ハードウェア

ハードウェアは以下のものを使用しました．

  • PIC12F629
  • AMN34111
    • 人感センサ
  • TC4511BP
    • セグメントデコーダ
    • セグメントLED用のデコーダ．2進数を利用して4個のピンから0〜9を点灯させることができる．
  • C-551SRD
    • セグメントLED
  • KSC1815YTA
    • NPNトランジスタ

データシートは検索すれば出てきますが，念のためこちらにアップしました．

ちなみにAMN34111の検出範囲は10mでかなり広範囲です．価格も1,000円超で，明らかにオーバースペックですね．．．

回路図

回路図は以下のようにしました．

image.png

今回使用するマイコンのPIC12F629は合計で8つのピンがあり，VDD，VSSを除く6つがGPIOになります．GP0，1，2，4をセグメントデコーダへの出力，GP3を人感センサからの入力，GP5はライトへの出力になります．（GP5については，今回はVDDが共通なので，本来であればトランジスタは不要ですかね．）

人感センサからの入力は，データシートによるとOUTがVDD-0.5[V]が入ってきます．

image.png

PIC12F629の仕様では，この入力電圧であればHighとして認識してくれそうです．（データシートのこの部分かわからない．どこをみて良いかわからなかった．）

image.png

ソフトウェア

PIC12F629へのコーディング，書き込みは公式IDEであるMPLabXを使います．

インストール〜プロジェクト作成

MPLABX（IDE）インストール

公式サイトからIDEをインストールします．

※今のところ大人しく公式のIDEを使ったほうが良さげ．

参考：【備忘録】Visual Studio CodeでPICマイコン開発をする方法

コンパイラのインストール

公式サイトからCPUのbit数に応じたコンパイラをインストールします．特にPATH設定などはせず，Defaultのままで良さげです．

プロジェクトの作成

先にPicKitを接続しておきます．File > New Projectを選択すると，以下の画面になり，接続したPicKitが表示されていれば認識されます．書き込みたいマイコンを選び，Next．

image.png

Debugをするか否か？適宜選びます．

image.png

コンパイラを選びます．ここから選択できない場合は，正しくコンパイラをインストールされていない可能性が高いです．Tools > Options > Embbeded > Build Tools > Toolchainでコンパイラが選ばれているか要確認です．なければ，コンパイラのインストールを再度行います．

image.png

フォルダの場所を適宜設定します．

image.png

main.cファイルの作成

mainファイルをSource Files > New Filesをクリックすると，以下の画面になるので，コンパイラを適宜設定し，main.cを選択しNext．

image.png

File Nameを適宜設定し，Finishでmain.cを生成できます．

Bit（レジスタ）設定でソースコードを自動生成

Production > Set Configuration Bitsを選ぶと，下側のタブが生成されるので，適宜設定し，Generate Source Codfe to Outputをクリックします．

image.png

すると，コードが生成されるので，それをmain.cにコピペします．

PICコーディング

最終的なコーディングは以下のようにしました．

main.c
/*
 * File:   main.c
 * Author: Hoge
 *
 * Created on November 23, 2022, 12:23 AM
 */



// PIC12F629 Configuration Bit Settings

// 'C' source line config statements

// CONFIG
#pragma config FOSC = INTRCIO     // Oscillator Selection bits (RC oscillator: CLKOUT function on GP4/OSC2/CLKOUT pin, RC on GP5/OSC1/CLKIN)
#pragma config WDTE = OFF        // Watchdog Timer Enable bit (WDT enabled)
#pragma config PWRTE = ON      // Power-Up Timer Enable bit (PWRT enabled)
#pragma config MCLRE = OFF       // GP3/MCLR pin function select (GP3/MCLR pin function is GP3)
#pragma config BOREN = ON       // Brown-out Detect Enable bit (BOD enabled)
#pragma config CP = OFF         // Code Protection bit (Program Memory code protection is disabled)
#pragma config CPD = OFF        // Data Code Protection bit (Data memory code protection is disabled)

// #pragma config statements should precede project file includes.
// Use project enums instead of #define for ON and OFF.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pic.h>
#include <xc.h>

#define _XTAL_FREQ 4000000 // for delay

/**
 * Initialize PIC
 */
void PIC_init(){
    OSCCAL = 0x80; //oscillator center
    PCON &= 0x00; //enable POR BOD
    
    CMCON = 0x07; //disable comparator
    
    TRISIO = 0b0001000; //Set 0001000. This means GP3 is input, the others are output.
    
    return;
}

int main(int argc, char** argv) {
    
    // Initialize PIC
    PIC_init();
    /*
     * GP0: B
     * GP1: C
     * GP2: D
     * GP4: A
     * Comment: 2104 => DCBA => e.g) LLLL
     */
    unsigned char gpio[10] = {
        0b000000, // LLLL => 0
        0b010000, // LLLH => 1
        0b000001, // LLHL => 2
        0b010001, // LLHH => 3
        0b000010, // LHLL => 4
        0b010010, // LHLH => 5
        0b000011, // LHHL => 6
        0b010011, // LHHH => 7
        0b000100, // HLLL => 8 Note: GP3 is input
        0b010100, // HLLH => 9
    };
    unsigned int counter = 0;
    GPIO = gpio[counter];
    
    while(1){
        if (GP3 == 1){
            counter = (counter + 1) % 10;
            GPIO = gpio[counter];
            GPIO += 0b100000; // Set GP5 = H means turn on the external light
            // delay for the next detection
            __delay_ms(5000);
        }
        else{
            GPIO = gpio[counter];
            __delay_ms(100);
        }
   }
    return (EXIT_SUCCESS);
}

TRISIO = 0b0001000;でGPIO3を入力に設定しています．コード自体は単純ですが，注意点として機能のバッティングがあります．PICは多機能なので，機能がバッティングして，意図した機能を実現できないことがあります．実際，私もここでハマり，入力電圧を読み込めないことに悩まされました．結論，Configuration Bitの定義部分で#pragma config MCLRE = ONとしていたのが原因で，GPIOとしてでなくMCLRとして機能していたようでした．やっぱりデータシートはしっかりと読まないといけないですね．．．

ブレットボードでの実装

まずは回路図をブレッドボードで実装しました．紆余曲折がありましたが，何とか実現できました．

output-bb.gif

PICへの書き込み

PICへの書き込みは，ブレッドボードに実装した段階でPICKit3を用いて書き込みました．接続は以下のようにして書き込みました（接続部分のみ抜粋）．なお，今回は全てのピンを使用するので，プルダウンの10kΩは使用していません．

image.png

書き込み時にも何点か注意すべき点がありました．

  • PicKitの接続
    • PicKitを接続してからMPLABXを起動しないとFailed to program deviceと出るかも
  • プログラムの修正・再書き込み
    • 電圧が足りないと，プログラムの再書き込み時にFailed to program deviceと出る可能性がある．
  • プログラムの規模によって，必要な電圧が変わるっぽい．
    • PiCKitからの供給電圧を適宜探すしかなさそう．．．
    • 外部電圧供給の方が安定するっぽい．今回は外部電圧供給するようにした．

基盤への実装

せっかくなので，基盤に実装することまで行いました．今回は以下のように15x25のユニバーサル基盤に実装しました．（グレーコードが裏側の配線になります．色付きはやむを得ず表側の配線になります．）ご覧のようにまあまあ複雑な回路になりました．．．もう少し大きいサイズの基盤に実装すれば良かったです．

diagram_bb.png

完成

基盤に実装することでかなりスリムになりました．

IMG_5936.jpeg

裏側です．半田づけは不器用なのでまあまあ大変でした．いつショート等してもおかしくないですが，まあ動いたのでよしとします．

IMG_5937.jpeg

ちなみにコネクタ部分はEHのハウジングコネクタをしようしています．

output.gif

おわりに

実用性は置いといて，初心者なりにそれなりのものができたかなと思います．この作成を通じて，データシートは必ず読むということと，確認できる部分はサボらず丁寧に確認する（ソフトウェアのデバッグと似ている）ことを徹底すべきということを学べたと思います．今回実装した知見を活かして，いろいろなものを作って行けたらなと思います．

参考

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