ものづくりプロジェクトi（電子回路その２）システムの入出力とセンサ

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

[email protected]

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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はじめに

システムとは

行動

判断

知覚

センサ

マイコン・制御

計算知能

アクチュエータ

機械要素・機構

工学分野のシステム

入力に対して

出力を持つ機能単位

入力

出力


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３つの機能例：ボールを蹴る

目で

ボールをとらえ筋肉を動かす頭で判断し

カメラで

ボールをとらえ

モータを

動かす

コンピュータで

判断し

知覚行動判断

センサ

<人の場合>

<ロボットの場合> コンピュータアクチュエータ

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センサのイメージ

センサとは人の感覚の相当するもの

人の感覚

視覚聴覚嗅覚味覚前庭感覚運動感覚触角

カメラ

赤外線・超音波

マイクガスセンサ味覚センサ加速度センサ

ジャイロ

ポテンショ

エンコーダ

タッチセンサ

センサ

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センサ：測定対象を検知し信号に変換するもの

センサの基本

時刻t

電圧など

時刻t

電圧など

連続値信号（アナログ）

２値信号(デジタル)

Low

High

出力信号センサ外界測定対象からの入力

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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

Low

High

※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

検知のしくみ

出力される信号

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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？

➩ 発光部：赤外線LED（IR-LED）

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


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

I F

VF

R

𝑅 =𝑉𝑅𝐼𝐹=

𝑉 − 𝑉𝐹𝐼𝐹

非オーム抵抗にはスポットを当てる！

スポット①Point! 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/

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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

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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

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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。

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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]

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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

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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

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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

GN

D

Vcc

SGN

D

Vcc

S18/21



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

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③抵抗（68kΩ）を配置

68ｋΩ①ハンダづけ

②ジャンパ

②ジャンパ

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④配線を接続

GN

D

Vcc

S GN

DV

cc

S

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