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神奈川工科大学 創造工学部
ホームエレクトロニクス開発学科
山崎 洋一
yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp
ものづくりプロジェクトI
ものづくりのための電気電子回路入門
第2回 システムの入出力とセンサ
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
くらしをかえる
ものづくりを
学ぼう!
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行動
判断
知覚
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コンピュータで
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外界
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タッチセンサ:すべてのセンサの基本!
タッチセンサ
①何を検知? ➩ 接触
②どんなしくみ? ➩ スイッチ
マイクロスイッチ タクトスイッチ
例)
時刻t
電圧
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※接触すると
ONになって通電する
※接触すると
ONになって通電する
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赤外線センサ
赤外線センサ
①何を検知? ➩ 物体の有無・距離・色
②どんなしくみ?
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受光部:フォトトランジスタ
フォトダイオード
例)
フォトリフレクタのしくみ
検知のしくみ
フォトリフレクタ PSDセンサ
※PSD: Position Sensitive Device
赤外線LED フォト
ダイオード
発光素子と受光素子をペアで用いる
LED
決まった方向に
電流を流すと発光する
フォト
トランジスタ
赤外線
フォトトランジスタ
赤外線光を受けると
決まった方向に電流が流れる
物
体
反射光の強さを利用して検知
8/21
課題1:
今回の実習ではLEDとしてOptoSupply社の
OSR5JA5E34Bを用いる。
下記のときの抵抗器をそれぞれ求めなさい。
ただし抵抗器にはE24系の値を用いること。
① 電源に単三電池2本を直列に用いたとき
②電源に9V角形電池とNJM7805FAを用いたとき
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LEDの抵抗値算出
LEDを使用する際は,電流を調整するため
に抵抗が必要になる。データシートから順
方向電圧(VF),順方向電流(IF)を確認し,下
記のとおり算出する。
LEDの抵抗値算出例
V
VR
IF
VF
R
𝑅 =
𝑉𝑅
𝐼 𝐹
=
𝑉 − 𝑉𝐹
𝐼 𝐹
非オーム抵抗にはスポットを当てる!
スポット①
Point! スポット②
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データシートの読み方
■ Absolute Maximum Rating (Ta=25℃)
Item Symbol Value Unit
DC Forward Current IF 30 mA
Pulse Forward Current * IFP 100 mA
Reverse Voltage VR 5 Y
Power Dissipation PD 78 mW
Operating Temperature Topr -30 ~ +85 ℃
Storage Temperature Tstg -30 ~ +85 ℃
Lead Soldering Temperature Tsol 260 ℃/5sec -
*Pulse width Max.10ms Duty ratio max 1/10
■Electrical –Optical Characteristics (Ta=25℃)
Item Symbol Condition Min. Typ. Max. Unit
DC Forward Voltage VF IF=20mA 1.8 2.1 2.6 V
DC Reverse Current IR VR=5V - - 10 µA
Domi. Wavelength* λD IF=20mA 620 625 630 nm
Luminous Intensity* Iv IF=20mA 180 250 - mcd
50% Power Angle 2θ1/2 IF=20mA - 30 - deg
*1 Tolerance of dominant wavelength is +1nm
*2 Tolerance of luminous intensity is +15%
※OSR5JA5E34B データシートより http://www.optosupply.com/
10/21
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応用例)ライントレース(黒線検知,追跡制御)
黒線検知のしくみ赤外線センサで
黒線検知
線に沿うように
修正判断
モータ制御
黒線追跡のしくみ つね黒線の端になるように位置を修正
① 白を検知したら旋回 ② 黒を検知したら逆旋回 ③ 白と黒の中間なら前進
黒線白地
(光を反射) (光を吸収)
白の方が反射光が強い
光センサ
受光部
発光部
Lego Mindstormsの
光センサ
11/21
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フォトセンサ回路の製作
● 回路図 ● 実装図
入力②
フォトリフレクタ
入力①
スイッチ
ジャンパケーブルを
留める
外部フォトリフレクタ
増設用(次回使用)
※R1は100Ωまたは180Ωのどちらかを用いること
12/21
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パーツリスト
番号 品名 数量 価格 小計
1
2
3
4
5
6
7
合計
課題2: パーツリストを作成し必要な金額を計算しなさい。
13/21
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パーツリストにもとづき部品をそろえ,抵抗分圧回路を作成しなさい。
製作・測定
課題3:
フォトセンサの反応に関して,2種類の抵抗値に関してLEDの発光と距離の関係測
定しまとめなさい。その際,必要に応じて図(写真)を用いること。
[測定]
14/21
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 テーマ:
日常生活をサポートするセンサシステム
 日頃のくらしを変えてくれる ”気づき” を考える
フォトセンサを利用して,日常生活をサポートするセンサシステムを開
発してください。
 発表会:11/30(月)9:30~ (1チーム4分以内。PPTを用いること。)
 1班1テーマ
 レギュレーション
 製作したフォトセンサ回路を用いてください。ただし新たに回路を製作してもかまいません。
 今回製作した回路に,さらにフォトセンサを追加することも可能です。
くらし・スマイル・ハッカソン
15/21
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※付録
フォトセンサ回路の追加
16ホール
ユニバーサル基板
カーボン抵抗
(1/6W)
フォトリフレクタ
LBR-127HLD
使用部品
必要に応じて配線を延長してフォトセンサを追加することができる
17/21
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※付録 フォトセンサの追加手順
①フォトリフレクタを配置
GND
Vcc
S
GND
Vcc
S
18/21
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※付録 フォトセンサの追加手順
②抵抗(180Ω または 180Ω )を配置
180Ω
(または100Ω)
①ハンダづけ
②ジャンパ線
19/21
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※付録 フォトセンサの追加手順
③抵抗(68kΩ)を配置
68kΩ
①ハンダづけ
②ジャンパ
②ジャンパ
20/21
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※付録 フォトセンサの追加手順
④配線を接続
GND
Vcc
S
GND
Vcc
S
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