センサとタイマーの仕組み

センサとタイマーの仕組みは、機器が外界の量を測り、その時間や回数を数えて制御に使うための基礎である。センサは物理量を電気信号に変え、タイマーは決まったクロックを数えて時間を作る。アクチュエーターは、その制御結果をエネルギーから機械的な動きに変える。本単元は、これらの要素の役割と数値計算の要点を整理する。

タイマーのカウントと割込み

ハードウェアタイマーは、入力クロックを分周した信号を数え、カウンターの値が規定の値に達すると割込みを発生させる。分周後の周期が分かれば、カウント数に周期を掛けることで時間が求まる。 では、16 MHzのクロックを32分周し、16ビットのダウンカウンターに10進数の150をセットする場合を扱う。32分周後のクロックは500 kHzであり、周期は2マイクロ秒になる。150カウントは150 × 2 = 300マイクロ秒であり、分周前のクロックの周期を使ったり、カウント数をそのまま時間と取り違えたりしないことが要点である。

回転センサーのパルス計測

回転センサーは、モーターの軸が回転するごとにパルスを出力する。パルスの周期を一定のクロックで数えれば、その周期から毎秒のパルス数が分かり、一回転あたりのパルス数で割れば回転数が求まる。 では、1 MHzのクロックで周期を計測して10,000カウントを得た場合を扱う。周期は0.01秒なので、毎秒のパルス数は100回である。回転センサーは1回転につき2回のパルスを出すので、毎秒の回転数は50回になる。パルス数と回転数を混同すると答えが2倍ずれるため、一回転あたりのパルス数を必ず確認する。

自動車の物体検知センサー

先進運転支援システムでは、カメラやレーダーなど複数のセンサーを組み合わせて周囲の状況を把握する。可視光カメラは画像から交通標識を認識できるが、天候や照明の影響を受けやすい。 では、この特徴をもつ可視光カメラの説明が問われる。ミリ波レーダーは天候の影響を受けにくく距離や速度の検知に使われるが、信号機の灯色の判別には向かない。超音波センサーは測定距離が短く、主に近距離の検知に使われる。