前回は、マイコンの合図で、モーターを回したり止めたりしました。
今回は、その合図を細かく入り切りして、モーターの速さを変えました。
今回おぼえてほしいのは、この3つだけ。
・「入」の時間の割合を下げるほど、モーターはゆっくり回る
・割合を下げるほど、電流が減る
・電流が減れば、ドローンは長く飛べる
おことわり
これは私が手元の1台でやった記録です。数字は部品によって変わるので、実際に試すときはご自分の部品の説明書を確認してください。
モーターにプロペラを付けた
モーターにプロペラを付けました。回る速さの違いが、目で見えるようにするためです。
2つの回路を、2枚の板に分けて組んだ
回路は前回と同じ2つです。今回は、ブレッドボードも2枚に分けて組みました。
板を分けると、何がいいんですか？
どの部品がどっちの回路か、見て分かりやすくなるんだ。
2枚の板は、合図の線とGNDの線の2本だけでつなぎます。
たった2本でいいんですか？
合図を送る線と、その帰り道の線。この2本で足りるんだ。
電気の通り道
電気がどこを通るのかを、絵で順番に追いました（動画の 2:27 からの場面です）。
絵に出てくる足の名前は、英語の頭文字です。
| 名前 | 元の英語と意味 | 動画での呼び方 |
|---|---|---|
| マイコンの D7 の D | Digital（デジタル）の頭文字。入か切かで合図を出す足 | D7 の足 |
| FETの G | Gate（ゲート＝門）の頭文字 | 合図の足 |
| FETの S | Source（ソース＝源）の頭文字。電子が入ってくる口。電池の－側につなぐ | 通り道の足 |
| FETの D | Drain（ドレイン＝排水口）の頭文字。電子が出ていく口。モーター側につなぐ | 通り道の足 |
プログラムを書き込んだ
マイコンに、押しボタンを押すたびに「入」の割合を 100% → 75% → 50% → 25% → 止まる と変えるプログラムを書き込みました。
「入」の割合って、何ですか？
「入」と「切」をくり返すうち、「入」にしている時間がどれだけあるか、だよ。
書き込んだら、USBを抜きました。マイコンは、モバイルバッテリーで動かします。
「入」の時間の割合を下げるほど、モーターはゆっくり回る
電池のスイッチを入れて、押しボタンを押しました。押すたびに、プロペラがゆっくりになりました。
でも、カクカク止まったりはしていませんね。
マイコンは1秒に1000セット、「入」と「切」をくり返している。速すぎて、モーターが止まる間がないんだ。
| 割合 | 入 | 切 |
|---|---|---|
| 100% | 入りっぱなし | |
| 75% | 0.00075秒 | 0.00025秒 |
| 50% | 0.0005秒 | 0.0005秒 |
| 25% | 0.00025秒 | 0.00075秒 |
「入」の時間の割合を下げるほど、モーターはゆっくり回る。この方法を PWM というよ。
PWM は Pulse Width Modulation（パルス幅変調）の頭文字。「入」の時間の幅を変える、という意味だ。
割合を下げるほど、電流が減る
電池とモーターのあいだにテスターをはさんで、割合ごとの電流を測りました。テスターは10Aの端子で測ります。
| 「入」の割合 | 電流（私の場合） |
|---|---|
| 100% | 0.85A |
| 75% | 0.70A |
| 50% | 0.52A |
| 25% | 0.30A |
割合を下げるほど、電流が減っていますね。
電流が減れば、そのぶん電池が長持ちする。
電流が減れば、ドローンは長く飛べる
絵は、電流による飛べる時間の違いを表したものです。ドローンを飛ばして測ったものではありません。
ドローンにも関係があるんですか？
電流が減る＝電池の消耗が減るから、そのぶん長く飛べるんだ。
まとめ
・「入」の時間の割合を下げるほど、モーターはゆっくり回る
・割合を下げるほど、電流が減る
・電流が減れば、ドローンは長く飛べる
次回は、スマホからモーターを回します。
同じことをやってみたい方へ
- 部品をさわる前に、静電気を逃がす。蛇口など、むき出しの金属にさわってから始めます。組み始めてからは、ブレッドボードのGNDの列に先にふれてから部品をさわります。
- 電池のスイッチを切ったまま、配線図のとおりに挿します。線は色ごとにつなぎます：黒 → 赤 → 紫 → 青 → 緑 → 黄。
- 2枚の板をつなぐ黒い線（GND）を忘れると、動きません。
- マイコンにプログラムを書き込んだら、USBを抜く。マイコンはモバイルバッテリーで動かします。
- 電池のスイッチは、最後に入れます。押しボタンを押すたびにプロペラがゆっくりになれば成功です。
- 電流を測るときは、テスターを電池とモーターのあいだにはさみ、10Aの端子で測ります。
ダイオードは帯の向きに注意。帯はプラスの列へ。逆だと、ダイオードが焼けるおそれがあります。
もっと知りたい方へ
そんなに速く入り切りして、こわれないのか
1秒に1000セットも入り切りして、こわれないんですか？
FETには、機械のスイッチのようなこすれて減る所が無い。だから、速く入り切りしても傷まないよ。
GNDとは
GND（グランド）は Ground（地面）の略で、電気の帰り道のこと。
マイコンの合図も電気なので、出ていく道（合図の線）と、戻ってくる道（GNDの線）の両方が要る。
2枚の板のGNDをつながないと、戻る道が無いので合図が届かず、FETは動かないんだ。
D7 を使う理由
D0・D8・D9 は、電源を入れた瞬間に、マイコンが起動のしかたを決めるために読む足。
今回の合図の線には、FETを確実に切っておくための10kΩがつながっていて、GNDのほうへ引いている。起動に使う足でこれをやると、起動のしかたが変わって、プログラムが動き出さないことがある。
だから、その3本を避けた。残りの足ならどれでも使えて、D7 はその1本だよ。
ダイオード
FETの合図を切った瞬間、モーターはまだ動いていて電気を生んでいる、
その電気をモーターへ戻す道が、ダイオード。
これがあればFETの損傷を防げるよ。
使ったもの
| 物 | 私が使ったもの | 値段のめやす |
|---|---|---|
| マイコン | XIAO ESP32C3 | 約1,000円 |
| FET | IRLZ44N | 数百円 |
| 抵抗 | 220Ω・10kΩ 各1本 | 詰め合わせで数百円 |
| ダイオード | 1N5819 | 数十円 |
| 押しボタン | タクトスイッチ 1個（4本足・ブレッドボードに挿せるもの） | 数十円 |
| モーター・プロペラ | 第2回と同じモーター（716）・31mmのプロペラ | 第2回を参照 |
| 電池ボックス・電池 | 単3×3本 | 約500円 |
| ブレッドボード | 小さいもの2枚・ジャンプワイヤ | 数百円〜 |
| テスター | MAYILON HT118E（10Aまで測れるもの） | 手持ちのもの |
| モバイルバッテリー | マイコンをパソコンから外して動かすため | 手持ちのもの |
