Arduinoで自己保持的な使い方をするには…

こんにちはArduinoでいろいろ最近電気工作しているホビーハッピーです。

よくPLCのラダー制御なんかである自己保持回路ってありますよね。

「1回ONされたら、何か他のトリガーが入るまでずっとON」

しっぱなし。みたいな回路です。

Arduinoでももちろん自己保持的な使い方をすることは可能なので、

試しにスイッチ2つ用意して自己保持っぽいことをしてみます。

今回は自作っぽい要素はほとんどなく、プログラミング重視で行きます。

Youtubeチャンネルにさまざまな動画を上げています。

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実際に自己保持回路っぽく扱ってみた例

こんな感じでLED1個、抵抗200Ω、タクトスイッチ2個を用意してArduinoと接続します。

タクトスイッチの配線方法や、使い方については、

以前記事にした内容を参考にしてくださいね。↓↓↓

Arduinoでタクトスイッチをつなげてみる

今回はタクトスイッチ。つまり押しボタンですね。モーメンタリスイッチの一種です。押してる間だけ通電するスイッチですね。タクトスイッチは「モーメンタリスイッチ」ですが、対を成すのが「オルタネイトスイッチ」です。...

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2021.06.30

動作内容としては、

スイッチ1を押したらLEDを点灯。

↓

スイッチ1は何度押しても変化なし。

↓

スイッチ2を押すとLED消灯。

↓

スイッチ1を押してLEDが点灯するようにする。

通常、タクトスイッチで通電中はLEDが点灯して、

通電が切れるとLEDが消灯しますよね。(単純な電気回路の場合)

今回の自己保持回路っぽいものは、1回LEDを押すと保持してくれます。

ただ、注意点として普通にLEDをONするようにスケッチ(プログラム)に

記述するだけでは、毎回ループしてLEDをONする命令が飛びます。

LEDくらいならいいですが、モーターでこれをやると

暴走する原因になってしまいます。

ですから必要な時だけONするイメージをつけましょう。

自己保持回路に使用した回路

具体的に使用した回路をこちらに載せておきます。

ピンの番号はてきとうに変えてください。以下で紹介するスケッチ(プログラム)と

一致させておけば問題なく動きます。

13番ピンと11番ピンです。

見やすいように離していますが、もちろん隣同士で2,3番ピンを使っても大丈夫です。

ワークとしてわかりやすくするためにLEDをつけています。

このLEDは5番ピンにつながっています。

どんなスケッチ(プログラム)で自己保持回路っぽくしているか

今回使用したスケッチ(プログラム)をこちらに載せておきます。

ポイントは、state(状態番号)を使用して何度もLEDのON/OFF命令を出さないようにしているところです。

  int L_switch = 13;
  int R_switch = 11;
  int LED_pin = 5;
  int state = 0;
  /*
  state 0 : L_switch wait input LED OFF
  state 1 : L_switch in LED ON R_switch wait input
  */

void setup() {  
 pinMode(L_switch,INPUT);
 pinMode(R_switch,INPUT);
 pinMode(LED_pin,OUTPUT);
 Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // L_switch入力待ち状態
  if(state == 0)
  {    
    // L_switchが入力されたらLEDを点灯させて次の状態1へ移行
    if(digitalRead(L_switch)==HIGH)
    {
      digitalWrite(LED_pin,HIGH);         
      state = 1;
    }    
  }
  // R_switchの入力待ち状態。一度L_switchが入力されて状態1になっていることが前提。
  if(state == 1)
  {
    if(digitalRead(R_switch)==HIGH)
    {
      digitalWrite(LED_pin,LOW);  
      state = 0;
    }
  }  
}

L_switchはその名の通り、左のタクトスイッチ。

R_switchは右のタクトスイッチ。

LED_pinはLEDとつながっているピンを指定しています。

重要なのは、stateという状態番号を置いて、それで判別させているところです。

一回目左のタクトスイッチを押す=(L_switch)がHIGHになる

すると、状態0で押されているのでLEDは点灯します。

その後、左のタクトスイッチを押しても、LEDは点灯したままです。

state = 1ですから、そもそもL_switchは監視していません。

つまり何度L_switchを押してもLEDのONは最初1回だけということになります。

しかし、右のタクトスイッチを押すことにより、

LEDが消灯します。LEDの消灯と同時にstateも0に変更されますから、

このLEDの消灯の指示も1回きりということになります。

その後、stateは0に戻っていますから、

L_switfhの監視に戻る。という感じの流れです。

簡単な電気回路では、スイッチは保持しておく必要がありますが、

このように状態の定義によって、

スイッチを保持しておく必要がなくなります。

今回の自己保持回路っぽいものの使い道

今回紹介した内容で流用できそうなアイデアを少し出しておきます。

ボタンを1回押されたら、動作完了まで押せなくしたいとき

よくあるのが、ボタンを連打して誤動作してしまうことです。

そんな時はボタン連打されても、counterを見て、「あ、もうすでに1回押されているな」

と判定できれば、連打も怖くないはずです。

そのうえで行いたい動作を完了したら、また押せるようにすればいいのです。

次の動作まで(センサーなどの入力があるまで)動作を保持しておきたいとき

あとは、モーター関係であったり、物を動かす時に便利なところです。

モーターを機械的な端(いけるところの限界)まで行ったら止める。

なんてのも可能です。

ここまで来たら限界だ。というところにセンサーをつけておいて、

実際にステージやモーターの軸がそこまで来たら今回の右のタクトスイッチのような

働きをさせてあげればいいです。

自己保持回路っぽいもののまとめ

ここまでで状態を定義することで、

自己保持回路のようなものが完成したわけですが、

もちろんこのようにしてスイッチを常時監視してLEDを点灯させることは、

すぐに思いつくかと思います。

  int L_switch = 13;
  int R_switch = 11;
  int LED_pin = 5;
  int state = 0;
  /*
  state 0 : L_switch wait input LED OFF
  state 1 : L_switch in LED ON R_switch wait input
  */

void setup() {  
 pinMode(L_switch,INPUT);
 pinMode(R_switch,INPUT);
 pinMode(LED_pin,OUTPUT);
 Serial.begin(9600);
}

void loop() {
     // L_switchが入力されたら
    if(digitalRead(L_switch)==HIGH)
    {
      digitalWrite(LED_pin,HIGH); // もしこれがモーターの動作だったら...            
    }    
     // R_switchが入力されたら
    if(digitalRead(R_switch)==HIGH)
    {
      digitalWrite(LED_pin,LOW);             
    }    
       
}

ただし、連打されると何度もLEDの点灯の指示が出て嫌ですよね。

モーターの動作の指示なんかしている時は、

連打でさらに進んでしまいます。

この状態の定義によってより安全な動作が可能になります。

ぜひこの状態をうまく使いこなして安全な設計をしてみてください。