Nゲージをもっと楽しもう！

 

　　　　　　　ダイヤ(プログラム）を組んだらあなたはもう運転手

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　煩わしいポイント操作はマイコンがやってくれます!!

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　ターンアウトシステム（turnout system)からの提案

 
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　 Introduction
鉄道模型の運転を行うと予期しない脱線、転覆、オーバーラン、立ち往生といった重大インシデントが多発してしまいます。
その度に復旧作業を行いますが保線要員（あなた）は疲労困憊し、最悪は職場放棄（撤収）となってしまいます。

学校行事等での運転会ではたくさんのお客さんが見守る中での鉄道事故は、せっかくの晴れ舞台を台無しにしてしまいますから、避けたい事態です。

車両の整備不良や永遠の課題である通電不良に伴う運転障害は別の機会に議論するとして、ポイントの切り替えミスだけでも防ぐ手立てを考えました。

小さくても立派な鉄道ですから合理的な運行計画（ダイヤ）を立て、列車の運転に必要なポイントの切り替え順序を、パターン（類型）に変換してマイクロプロセッサーによる制御にトライしてみました。

実物の鉄道と同じように運行計画に従い、ダイヤ通りの定時運行を心がけ、無事故を実現させればNゲージの楽しみは、倍増するのではないでしょうか。

 

　 計画的な運転（Scheduled operation）
模型の鉄道であっても通過するべきところを順次通過し、停車するべきところに停車する計画的な運転をするためには、運転手（兼転轍手）の負担を減らすことが第一です。

運転手兼転轍手の場合は運転中にポイントに切替を禁止して、一旦停止してから運行計画(Operation plan)に従って電動ポイントの切り替ることを原則としましょう。

ポイントの切替は一カ所ずつパチン、パチンと個別に変えるのではなく、運行計画（ダイヤ）から決まるポイントの切替パターンを、あらかじめプログラムしたマイコン(Microprocessor)にポイントの切替を受け持たせようと考えました。

計画的な運行を提案していますが、自動運転と言うよりはヒューマンエラーの防止が中心で、ポイントの切替はプログラムされた運行パターンを人間が選択する方式です。

自動運転を目指す第一歩であり、ヒントを得るきっかけとしたいと思います。

 

　 マイコン
マイコンについて詳しく知らなくてもポイントコントローラーを活用することはできますが、できるだけ興味を持ってもらいたいので概要を説明します。

ホビー用途でよく使うマイコンはPICマイコン、AVRマイコン、LPCマイコン等が考えられますが、今回使用するマイコンはマイクロチップ社から供給される8bitのワンチップマイコン（PICマイコン：ピックマイコン）です。

マイクロチップ社/が公開しているPIC16F8×の日本語説明書には、「18ピン フラッシュ/EEPROM 8ビット マイクロコントローラ」と表示されています。

PIC16F84Aを選んだ理由は、プログラムを組むPLCプログラマーの連枝（れんり）を無料で使用する条件に従ったものです。





PICマイコンには多くの種類が有りますが、元々PIC16F84Aはバランスの良いミッドレンジのマイコンですから、13回路のGPIO（入出力）をフルに活用することによって、鉄道模型（Nゲージ）用のポイントコントローラーを作ることができました。

ウインドウズマシンのCPUとマイコンの違いはCPUが中央機能（central processing unit ）を担当するのに比べて、ワンチップマイクロプロセッサーは、周辺機器接続制御(Peripheral Interface Controller：PIC)に特化している点です。
この違いは上下の違いではなく機能の違いと考えるべきです、たとえばPCのCPUは単体では何もできませんが、PICマイコンは直接LEDを点灯させることもできます。

 

　 コントローラー
マイコンに対して運行計画を指定し、その運行計画にしたがったポイントを動作させるためにはハードウエアが必要です。

マイコンだけでは何もできませんのでマイコンの周辺に入出力を設置したマザーボードを準備しました。
パーソナルコンピューターのマザーボードから比べると単純なものなので、ここではポイントコントローラーとしています。

ポイントコントローラーには運行計画を指示するキーボード（Operation Selector Board）が付属しています。

ポイントコントローラーにはROMライターとの接続コネクタが予め組まれていますので、プログラムは何回でも書き換えることができます。
ただし、常駐するプログラムは一種類のみですのでレイアウトが変わり運行計画が変わった場合は、新しいプログラムに書き換える必要があります。

 

　 プログラム
マイコンを動かすためには、定められた運行計画を実現するためのプログラムを組み、コンパイルしオブジェクト、最終的にはマシン語を作成してマイコンのメモリに書き込まなければなりません。

プログラムはPLCラダーロジック（ラダープログラム）ですからブール代数を理解していればよく、C言語等のプログラムの知識は必要ありません。
PLCラダーロジック（ラダープログラム）は平易な言語ですが、基本的にはユーザーが自ら作成する必要があります。

プログラムを組む経験が無くても運行計画を作成する事ができれば、PLCラダーロジック（ラダープログラム）のポイントはできるだけ丁寧に説明するので、大きなハードルにはならないと思います。

PLCラダーロジック（ラダープログラム）は、産業機器メーカーで制御に携わっている人（OBを含む）にはなじみの深いものです。

ラダー・ロジック（ラダープログラム）：ウィキペディア


 

　 接続
計画的な運転のためにはメインボードとポイントを確実に接続する必要があります。

仮配線のような接続のしかたではポイントが切り替わらない不具合も発生しかねないので、最短の線の長さで接触抵抗を最小化し結線の信頼性を確保することが重要です。

ポイントコントローラーからレイアウトに配置されたポイントまでは、スプリングロックの端子台と中継基板を介して確実な結線を実現できるように配慮しています。

固定されたレイアウトだけでは無いと思うので組立、分解にも対応しています。
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