micro:bitでプラレールを制御する　その１　準備編

2023年6月23日2023年7月28日Ad,micro:bit,プラレール,動画

久しぶりにmicro:bitと3Dプリンターを使用して工作をしようと思います。今回から「プラレール」とmicro:bitを組み合わせて色々と試していきます。プラレールは私自身が子供の頃にも既にありましたが、その時に買って貰ったり遊んだ記憶はありません。今になって初めてプラレールを購入しましたが、最近は大人向け（金額的にも）とみられる「リアルクラス」シリーズもあるので、同じ様な方も居るのでしょうか？

初回（その１）にあたって

プラレールを知らない人はほとんど居ないと思いますが、レール部品を自由に組んで、列車に電池を入れてモーターで走行させる玩具です。昔から特に男児には定番だったと思いますが、今改めてタカラトミーのサイトを見ると、列車の種類は色々とありますが、基本的には昔と変わらずに懐かしい感じがします。

以前にmicro:bitを購入してDCモーターを制御した時から、プラレールと組み合わせれば列車の制御も出来ると思っていましたが、なかなか時間もなくて試すには至りませんでした。プラレールとmicro:bitの組み合わせであれば、最近のプログラミング教育にも最適だと思うのですが、現在のプログラミング教育はPCだけ、利用してもmicro:bitなどの簡単な機材だけで終わってしまう事が多い様子で、ちょっと残念です。個人的には3Dプリンターを使用して、実際の物作りにも興味を持って欲しい所ですが。

現在では既に同じ事を行っている方も居る様で二番煎じにはなってしまいますが、それらは見ずに私なりの工作を楽しもうと思います。また3Dプリンターもあるので基本的にプラレール側は弄らずに、必要な部品を作っていく形にしたいと思っています。

※記事最後に、記事内容に合わせた動画も掲載しています。

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その他、micro:bitを使用している記事は以下の「micro:bit」タグの記事一覧（投稿順）から見て下さい。「その２４」までの記事では、micro:bitの本体バージョンは「1.5」を使用しています。

購入したプラレール

上記のプラレールを購入しました。実際の鉄道や列車への興味はあまり無いので、プラレールでも特に欲しい列車もなかったのですが、今回は貨物列車となる「S-25 EH500金太郎」を購入しました。ただし理由はあって、貨車が付属している為です。貨車に載っているタンクを外して、代わりにmicro:bitと電池を載せようと考えました。

レール部品も必要なので、基本的なセットを購入しました。ストップや分岐ポイントもいずれはmicro:bitで制御出来る様な物を考えるつもりです。

列車への電源接続

プラレールの列車は基本的に単3乾電池1個（単2乾電池の場合もアリ）で動きますが、スイッチをONにする事で前進します。最近の列車ではスイッチが「OFF－低速－高速」となっていて、内部のギヤを切り替える形で速度を選択出来ます。またOFFではギヤがフリーになるので、手で押して遊ぶ事も可能です。

今回プラレールの列車を制御するにあたって、列車のスイッチではなくDCモーターへの電源を切り替える形にします。電源のプラスとマイナスを入れ替えれば列車を後退させる事が可能で、電圧を変えれば速度も変更可能です。ただしその為には列車の外部からDCモーターへの電源を制御する必要があります。

最初の通りプラレール側は弄らない様にする為、単3乾電池の代わりにダミー電池「UM-3D」を利用します。ダミー電池は内部でプラスとマイナスが繋がっていますが、これを切断して配線を繋ぎ、列車の外部へ引き出します。

購入したダミー電池の内部線を切り、プラスとマイナスにそれぞれ配線を半田付けしました。

列車にダミー電池をセットします。配線はスイッチ部分の穴を通す事で簡単に外に出せました。

micro:bitと拡張基盤

micro:bitでDCモーターを制御するにあたり、上記KitronikのDCモーター制御用の拡張基盤を購入しました。

以前にmicro:bitでDCモーターを制御した時には、keyestudioのDCモーター用ブレイクアウトボード（KS0308・※現在は更新版のKS4033が販売中）を利用し、現在も所有していますが、大きさやmicro:bitを差し込む方向から、今回のプラレールに載せるには合わない印象だったので、新たに購入しました。

※その後、所有していたks0308は接続を間違えてチップを焦がしました。既に上記Kitronikの拡張基盤を購入していますが、新しいks4033も気になっていたので、この際にこちらも購入しました。詳しくは下記記事にて。

Kitronik、keyestudioともに基本的な仕様や制御方法は同じで、拡張基盤に電源を供給すればmicro:bitにも電源が入ります。DCモーターは2個同時に制御が可能で、拡張基盤への供給電圧と同等までの電圧を割合で指定して制御する事が出来ます（プラスマイナスの反転も可能）。

今回は列車に載せる事を考え、9Vの乾電池を使用する事にしました（ケースも別途購入）。ただしプラレールの列車は単3電池1個のDC1.5Vで動いているので、これを越える電圧にならない様に割合を指定します。

また細かい事を言うと、Kitronik、keyestudioともに電圧の制御方法は「パルス幅変調」なので、電圧ではなく、ON-OFFを繰り返して見かけ上の平均的な電圧を変化させています。

列車に載せる

列車を制御するにはmicro:bitと拡張基盤、乾電池も一緒に走行しなければなりません。その為に貨車が付属する貨物列車にしましたが、この貨車にmicro:bitなどの固定用部品を3Dプリンターで作ります。

micro:bitと拡張基盤、乾電池を固定する為に3Dプリンターで部品を2つ作りました。

先に乾電池を貨車の中央に置いて上から部品を被せます。中央の四角に乾電池のケースが引っ掛かる様になっています。

その上にもう1つの部品を重ねて置きます。この部品も先に被せた部品の四角部分に掛かる様にしています。その後、2つの部品と貨車を輪ゴムで固定します。

重ねた部品は横方向に溝を付けたので、ここに拡張基盤を挟み込みます。基盤が外れない程度に保持力を持たせています。

乾電池から拡張基盤、さらにプラレールの列車からダミー電池で取り出した配線を繋げば完成です。これでmicro:bitや乾電池を引っ張りながら走ります。

まとめ

今回の記事はここまでです。次回はmicro:bitでプログラムを組んで、ちゃんと走るか試してみます。

動画

まだ列車を動かす段階になっていませんが、今回の内容と同じ範囲での動画です。

注記