２進数ロボットの製作

二進数マイコンロボットの製作

　C言語を使って、二進数マイコンロボットを作ろう。
　白黒の明るさを読み取るのは、フォトリフレクターという部品を使います。フォトリフレクターは、明るさによって、流れる電流が変化します。これを読み取るためのマイコンを撰びます。PIC12F1572は、アナログ入力で、電圧の変化を知ることができ、ラジコンサーボを動かすPWM信号を出力するハードウェアを内蔵しています。

　二進数は 0と1で表現されます。二進数を使うことで、モニターが白を0、黒を1とすることができます。これをスイッチとして使うことができそうですが、白と黒の境界をどうするかが問題になります。マイコンを使うことで、境界を判定して動作させることができるようになる、マイコンならではの二進数ロボットです。

　画面の明るさを読み取って、腕を上げるロボットを作ります。
　白い画面にセンサーを近づけて電源を入れると、
　明るさを調べて白と黒の境界値を決めます。
　境界値が決まると腕を上下します。失敗すると腕を下げます。
　
　白と黒の画面を作るプログラム作って、実行すると、センサーの下のカメが黒から白に変わるとラジコンサーボが動きます。黒にもどすとニュートラルの位置にもどります。

※ラジコンサーボは、分解して、中にある可変抵抗器を取り外すと、回転するようになります。

＜準備＞　１体あたりの製作費は、１５００円程度です。

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ラジコンサーボ・・・２個（４５０円～の安物で良い）
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フォトリフレクタ（白黒で電流の流れが変化するセンサー）　・・・・２個（８０円×２）
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PICマイコン　PIC12F1572・・・・1個（140円）、ICソケット・・・・1個（１１円）
・抵抗　470Ω2本・・・・（数円）、300Ω2本・・・・（数円）
・スイッチ、電池ボックス（３本用）、スズメッキ線、導線

１．部品を配線する

＜電池ボックスの外に配線した例＞

＜電池ボックスの上に配線した例＞

２．プログラミングの準備

C言語でプログラミングするには、MPLAB　X　IDE を起動して、以下の手順で行います。

1	を起動します。
	・起動すると、これまでに作ったプロジェクトがあると、左側に一覧で表示されます。

２	プロジェクトを作成します。
	・プログラムは、プロジェクトごとに管理されます。１つのプログラムに１つのフォルダとして１つのプロジェクトになります。プログラミングした内容は、プロジェクトの中にファイルとして作ります。
（１）	File → New Project...
（２）	Choose Project → Standard Project
（３）	Select Device → Family = Mid Range 8-bit → PIC12F683
（４）	Select Compiler → XC8
（５）	Select Project Name and Folder → Project Name

３	プログラムファイルを作ります。
	・プロジェクトの中にファイルを作り、そこにプログラムを書いていきます。１つのプロジェクトに１つのファイルが普通で、複数のファイルを作ったときは１つのファイルとして考えます。
（１）	ファイルを作る場所を指定する
（２）	File → Newfile...
（３）	File Name　を書き入れて　終わり

４	プロジェクトのプロパティーを設定します。
	・作ったプログラムをPICに書き込めるように、PICkit3の電圧設定をします。
（１）	プロジェクト名を右クリックして、プロパティーを開く
（２）	PICkit3のPoweｒを撰ぶ
（３）	チェックを入れて４．７５Vに設定する

３．プログラミング

	・プログラムファイルのプログラムを書いていきます。
	// --------------------------------------------------------------------------------------------- // 2進数ROBOT PIC12F1572　　　　　　　　 (C)2025.12.27 inakakoubouKANAI // フォトトランジスタ(LBR-127HLD受光部) 2個使い PCモニタ判定でサーボを動かす //1 Vdd 電源 (+) 電源のプラス（3.3V〜5V）を接続 //2 RA5 デジタル入力（未使用）※ADC不可。プルアップ //3 RA4 アナログ入力(AN3) 左センサー（LBR-127HLDのEmitter） //4 RA3 デジタル入力ノイズ対策用（内部プルアップ設定済み） //5 RA2 アナログ入力(AN2) 右センサー（LBR-127HLDのEmitter） //6 RA1 PWM1出力サーボ1（右側）の信号線へ //7 RA0 PWM2出力サーボ2（左側）の信号線へ //8 Vss 電源 (-) 電源のマイナス（GND）を接続 // ---------------------------------------------------------------------------------------------
	#include <xc.h> #define _XTAL_FREQ 16000000 // CONFIGURATION BITS #pragma config FOSC = INTOSC #pragma config WDTE = OFF #pragma config PWRTE = ON #pragma config MCLRE = OFF #pragma config CP = OFF #pragma config BOREN = ON #pragma config LVP = OFF	・このPICをどれくらいのクロックで使うか、ピンの役割をどうするかなどの設定。・#pragma config LVP は、電圧が下がったときのリセット機能だが OFF にしておかないとRA3ピンを入力ピンとして使えない。
	unsigned int GS_RA1; unsigned int GS_RA0; unsigned int pulse1; unsigned int pulse2; int THRESHOLD1; int THRESHOLD2;	・プログラムで使うグローバル変数の宣言。
	// ADC読み取り関数 unsigned int read_ADC(unsigned char channel) { // チャンネル選択(RA2=AN2, RA4=AN3) ADCON0 = (unsigned char)((channel << 2) \| 0x01); __delay_us(50); // サンプリング時間を多めに確保 ADGO = 1; while(ADGO); return ((unsigned int)((ADRESH << 8) \| ADRESL)); }	・アナログ信号を受け取るための設定。
	void set_calibration() { THRESHOLD1 = 1023; // 左センサー(RA4) unsigned int val_left = read_ADC(3); // RA4(AN3) while (val_left < THRESHOLD1) { val_left = read_ADC(3); // RA4(AN3) THRESHOLD1 -=10; if (THRESHOLD1<10){ THRESHOLD1 = 10; break; } } THRESHOLD1 -=10; THRESHOLD2 = 1023; // 右センサー(RA2) unsigned int val_right = read_ADC(2); // RA2(AN2) while (val_right < THRESHOLD2) { val_right = read_ADC(2); // RA2(AN2) THRESHOLD2 -=10; if (THRESHOLD2<10){ THRESHOLD2 = 10; break; } } THRESHOLD2 -=10; // --- キャリブレーションの成否 --- if ((THRESHOLD1==0)\|\|(THRESHOLD1==1013)\|\|(THRESHOLD2==0)\|\|(THRESHOLD2==1013)) { out_PWM1(4000); out_PWM2(2000); __delay_ms(100); } else { // 1回目：両腕上げ out_PWM1(2000); // 右上げ out_PWM2(4000); // 左上げ __delay_ms(300); // 2回目：両腕ニュートラル out_PWM1(3000); out_PWM2(3000); __delay_ms(300); // 3回目：もう一度両腕上げ out_PWM1(2000); out_PWM2(4000); __delay_ms(300); // 最後にニュートラルに戻して終了 out_PWM1(3000); out_PWM2(3000); __delay_ms(500); // 落ち着くまで少し待つ } }	・フォトリフレクターからの読取り感度のキャリブレーションを行う。・紙の白黒で動作させるときは、白の紙ぶフォトリフレクターを向けて電源を入れる。・PCモニターの白黒で動作させるときは、フォトリフレクターのLED電源のソケットを抜いて、フォトリフレクターを画面の白の上に向けて電源を入れる。・キャリブレーションが成功すると腕を上下に動かす。
	void p_initialize() { OSCCON = 0b01111000; // 16MHz // ANSELA: RA4(AN3), RA2(AN2)をアナログ入力に設定 ANSELA = 0b00010100; // TRISA: RA0,RA1=出力, 他=入力 TRISA = 0b00111100; // ADC設定: 右詰め, Fosc/16, Vref=Vdd ADCON1 = 0b10100000; // ノイズ対策：未使用ピン(RA3, RA5)のプルアップ OPTION_REGbits.nWPUEN = 0; WPUA = 0b00101000; INTCON = 0x00; PORTA = 0b00000000; }	・8本あるピンの使い方の設定。それぞれのピンが入力か出力か、デジタルかアナログか、内部抵抗を使うか、使わないかなので、設定ができるが、PICの種類による規定がある場合もある。
	void out_Initialize(void) { unsigned int PWM_PERIOD = 31999; // 実績のある設定に基づき周期を設定 PWM1PRH = (PWM_PERIOD >> 8) & 0xFF; PWM1PRL = PWM_PERIOD & 0xFF; PWM2PRH = (PWM_PERIOD >> 8) & 0xFF; PWM2PRL = PWM_PERIOD & 0xFF; // クロック源設定 PWM1CLKCON = 0b00000000; PWM2CLKCON = 0b00000000; PWM1TMR = 0; PWM2TMR = 0; // プリスケーラー 1:64 (0b110 << 3) PWM1CLKCON &= 0b11100111; PWM1CLKCON \|= (0b110 << 3); PWM2CLKCON &= 0b11100111; PWM2CLKCON \|= (0b110 << 3); // PWM有効化 PWM1CON = 0b11000000; PWM2CON = 0b11000000; // 初期デューティ (1.5ms) PWM1DCH = (3000 >> 8) & 0xFF; PWM1DCL = 3000 & 0xFF; PWM2DCH = (3000 >> 8) & 0xFF; PWM2DCL = 3000 & 0xFF; PWM1PHH = 0; PWM1PHL = 0; PWM2PHH = 0; PWM2PHL = 0; // ロード更新 PWM1LDCONbits.LDA = 1; PWM2LDCONbits.LDA = 1; while(PWM1LDCONbits.LDA == 1 \|\| PWM2LDCONbits.LDA == 1); }	・PWMを作るための設定。実際の出力をオシロスコープで検証しながら設定した。PICに書かれた仕様書と異なるがこれで正常に動作する。
	void out_PWM1(unsigned int GSP) { PWM1DCH = (GSP >> 8) & 0xFF; PWM1DCL = GSP & 0xFF; PWM1LDCONbits.LDA = 1; while(PWM1LDCONbits.LDA == 1); } void out_PWM2(unsigned int GSP) { PWM2DCH = (GSP >> 8) & 0xFF; PWM2DCL = GSP & 0xFF; PWM2LDCONbits.LDA = 1; while(PWM2LDCONbits.LDA == 1); }	・ラジコンサーボを動かすデジタル信号をPICに内蔵されたハードウェアでPWMとして出力するための設定。 PICによって、この機能があるのと無いのとがある。
	void out_steering() { // アナログ値の読み取り unsigned int val_left = read_ADC(3); // RA4(AN3) unsigned int val_right = read_ADC(2); // RA2(AN2) // 左センサー(RA4) -> PWM2(RA0) if(val_left > THRESHOLD) { GS_RA0 = 4000; // 左 } else { GS_RA0 = 3000; // ニュートラル } out_PWM2(GS_RA0); // 右センサー(RA2) -> PWM1(RA1) if(val_right > THRESHOLD) { GS_RA1 = 2000; // 右 } else { GS_RA1 = 3000; // ニュートラル } out_PWM1(GS_RA1); }	・フォトリフレクターからの信号によって、どのようにラジコンサーボを動かすかを設定している。
	void main(void) { p_initialize(); out_Initialize(); set_calibration(); while(1) { out_steering(); __delay_ms(10); } }	・プログラムが起動したとき最初に実行されるメインルーチン。・while(1)で永久ループにしておく。