回路系技術資料/センサ - 関東応援団＠ロボコンwiki

センサ

あらゆる情報をマイコンで取り扱うためには、電気信号に変換する必要がある。
簡単な例で言えば、ポテンショメータに代表される可変抵抗だろう。

いろいろな例を見ながら、ロボットにどのような情報を取り入れたいか考えてもらいたい。

スイッチ

押しボタン式のスイッチ。ON/OFFを検出できる。
人間に対する便利なインターフェースの一つで、マイコンで扱うのはもっとも簡単。
ただし、ボタンを押さないと(またはその逆で)端子が開放される場合は、プルアップやプルダウンをしなければならない。
押した瞬間はチャタリングが生じ、誤作動の原因となる。
チャタリング除去に関しては様々な方法がある。(一定周期でサンプリング、一定回数の確認等)
コントローラを作る際にはなくてはならない存在。

ポテンショメータ

回転軸を持つセンサの一種。角度を検出できる。
内部回路はただの可変抵抗。
3端子あり、それぞれa,b,cとすると、
a-c　一定
a-b　可変
b-c　可変
となる。
a-cを電源に接続することで、a-bまたはb-cの電圧が角度の情報を持つ。
このままでは情報を取り入れることができないので、A/D変換を行いディジタル情報へ変換する。
単回転だが機械的制限のないものや、多回転で機械的制限のあるもの、単回転で機械的制限のあるものがある。
機械的制限のないものは回転数を測ることもできるが、一箇所は端子がオープンになるので、プルダウンなどの処置が必要になる。
最近のマイコンはA/D変換を内蔵しているため、簡単に角度を検出することが可能となっている。

ロータリーエンコーダ

回転軸を持つセンサの一種。角度を検出できる。
ポテンショメータとは違い、出力はパルス信号。
円盤に一定間隔で穴を開け、反対側から光を当てると、円盤を回したときにある一定のリズムで光が届くことを利用。
その回数を計測することで、回転角を知ることができる。
このままでは方向を調べることができないが、二つの穴をずらして配置することで、回転方向を知ることができる。
ICでカウントすることも可能だが、マイコンで測定することですぐに制御に用いることが可能である。
プログラミングなどである程度の知識が必要となるので、使うのは中級者以上向け。

なお、秋月で売っているロータリーエンコーダは機械接点式なのでチャタリングが発生する、要注意。光学式、磁気式であればチャタリングは発生しないが大変高価である場合が多い。

角度センサ

少し高額なセンサ。パッケージ化されているものも多い。
電源を接続するだけで傾きに応じて、出力電圧が変化する。
A/D変換することで角度を検出可能となる。
物によって、応答特性や出力電圧の変動の大きさが違うため、仕様書を読む必要がある。

加速度センサ

それなりに高額なセンサ。基本的にパッケージ化されている。
電源を接続するだけで一定方向の加速度に応じて出力電圧が変化する。
A/D変換によって加速度を検出可能だが、加速度ゆえにA/D変換の速度なども重要になる。
角度センサ同様、出力は物によって違うため注意が必要である。

フォトインタラプタ,フォトリフレクタ

光を利用したセンサ。一般的には赤外線LEDとフォトトランジスタで構成されている。
フォトインタラプタはデジタル出力,フォトリフレクタはアナログ出力であることが多い。
フォトインタラプタは透過型,フォトリフレクタは反射型となっている。
フォトリフレクタはNHKのライトによる誤作動がかなり報告されているので、フォトインタラプタを推奨する。

磁気センサ

磁気を利用したセンサ。
機械的なものであれば、中に鉄心などを入れておき、磁石を近づけると反応するもの。
電気的なものであれば、ホールセンサといい、磁力を測定できるものもある。
ちなみにホールは穴という意味ではないはず。
光に比べ外乱ノイズが少ないという長所があり、外でも平気で使うことができる。
ただし発生源としてみると距離による減衰が大きいので、近距離しか使用することができない。