しかしM5Mouseはサイズの割に車体が重いため、前に進むのに十分なトルクのモータ(FAULHABER 1717 6V)を採用した結果、高い電圧を確保する必要がありました。. 典型的な例として、自動車の電動パワーステアリング装置の構成を図1に示します。. 図中に電子回路は明示的に示されていませんが、センサの信号は電気信号ですし、モータを駆動するのは電子回路です。. 入力の場合と同様に、信号が左から右に流れる原則に基づき、○ を付けずに図3-2のように描いても構いません。. 回路 ブロック図. 上記のブロック図は、必要最小限の内容を記載しています。ここから、外部の負荷がどのようなものかを調査して、回路図が書けるまで落とし込んでいきます。. インターネット上では、機能ブロック図の作成を支援してくれるさまざまなインテリジェントツールを利用できます。2D図を描くこととなれば、数多くのツールやソフトウェアの中でも、 EdrawMax は上位に位置するソフトウェアです。さまざまな機能ブロックが必要な皆さんのFBの作成を簡単で使い勝手の良いインターフェイスを備え、支援します。 また、EdrawMaxは、異なる種類のFBDを描く際に利用できるさまざまなビルトインツールも内蔵しています。.
ですから、回路の機能ブロック図及び関連する基本設計資料を関係者間で共有することで、装置仕様との関係確認や、機械設計と回路設計、ファームウエア設計と回路設計、の間におけるインタフェースの仕様確認が容易になりますし、機能ユニット単位で回路図を参照することで、回路の詳細設計の理解が容易になりますので、ぜひ機能ブロック図を見て回路の基本設計を把握するところから始めて下さい。. また、回路設計の詳細についてさらに学習を進め、「コスト・性能にインパクトのある設計事項について、回路設計者と適切なコミュニケーションを行い、設計の全体最適化の議論を行うことができる。」といおうレベルを目指すための「導入」として読んで頂くことを想定しています。. 図7-1: 信号に定数 \(a\) を乗算する. あまり使う機会はないかもしれませんが、マルチレート・システムのアップ・サンプリングとダウン・サンプリングは次のように表します。. それぞれの意味と信号が流れる方向を赤で書くと次のようになります。. ブロック図 回路図. エッジ信号の減少を検知するF_TRIG機能ブロック. これらに加え、皆さんのFBD全体像を表す際には、機能別に標準的なブロックを数種用いることができます。.
同様に四角の中にダウン・サンプリング・レート書く流儀もあります。. ブロック図は、左から右、上から下に、信号(情報)が流れるように描くのが原則です (信号の流れを右から左に描いたものは、あまり見かけません)。. 図9-5: 信号を 1/N にダウン・サンプリングする. 回路ブロック図 標準的な書き方. 機能ブロック図は、コンピュータデザイン、システムエンジニアリング、ビジネスプロセスエンジニアリングなどのさまざまな分野で幅広く利用されている極めて強力なツールです。 このため、機能ブロック図の作成は、幾分理解しづらいときもあります。 このプロセスを簡素化し、時に理解が難しい2つ以上のインプットとアウトプット変数間の関係を理解するために利用します。. 信号同士を乗算する場合は、○ の中に \(\times\) を描いたシンボルを使います。. 3Vなので、マイコンだけならリポ1個でも足ります。. 機能ブロックの基本は「論理」で、アルゴリズムの最もシンプルな形とされています。AND 論理とOR論理の2つの異なるゲートウェイのメカニズムと論理があります。.
シンプルで簡単なPLCプログラムを使うことから始めるなら、機能ブロック図 のプログラミングを使います。. ここまで来たら、あとはデータシートや仕様書を見て、各負荷に流れる電流値を確認して回路構成を決めていきます。. 2 機能ブロック図の例-システムの機能フローブロック図. 目標とするイメージは、「担当する機械装置の回路設計資料を見て、どのようにして所望の動作が実現されているか、担当部分とのインタフェースを理解し、回路設計者と基本設計について議論ができる。」です。. 次回以降は、機械装置の回路における主要な構成要素(機能ユニット)について、回路的な扱いを順次説明していきます。. インプットのうちの1つが正であれば、出力も正になります。. 端子であることを示す ○ を省略した描き方). ３分でわかる技術の超キホン 機械装置のための電子回路①(機能ブロック図による基本設計把握. このコラムでは、機械装置の開発設計に携わっていて回路の設計がわかるようになりたいけれど、どこから勉強を始めればよいかわからず悩んでいる機械系技術者、ファームウエア技術者の方々向けに、電子回路設計を理解するための導入的な解説をしていきたいと思います。. 図に示されているように、CPUは機能を実行し、ユーザーのインプットを受け取り、ユーザーに出力デバイスを使って、そのインプットをアウトプットに変換します。これは、コンピュータシステムで発生する通常のプロセスの機能ブロック図です。コンピュータのシステムエンジニアが複数の種類の機能ブロックを使い、図にしたものです。. 矢印をつけると「出力」であることが一層はっきりします。. 基本的な機能ブロックもありますが、ブロックをカスタマイズすることもできます。皆さんのPLCプログラムで同じ機能ブロックを使うのであれば、ある関数に特化した機能ブロックを使い、ほかのインスタンスで複数回それを利用できます。. この機能ブロックもPLCエンジニアリングで幅広く使われます。timer機能ブロックは、on遅延タイマー、off遅延タイマーとパルスタイマーの3種類があります。1つのタイマーを使い、そのタイマー以外のすべてのタイマーを関連付ける必要があります。. 関連コラム(3分でわかる技術の超キホン・「機械装置のための電子回路」連載). 【図1.電動パワーステアリング装置の構成例(特許第5793106号公報より】.
双安定機能ブロックは、メモリの最もシンプルな形式とされています。アウトプットをresetまたはsetにするかはそれぞれです。アウトプットにより、setインプットの直近のポイントが学習され、思い出されます。. 要求仕様書(客先の仕様書)の内容を、図にして分かりやすく書いたものがブロック図と私は思っています。仕様書は各機能毎に記載されていて、たとえばSignal AにHIの信号が入力されると、モーターが正転するとか、Signal BにHIが入力されるとモーターが逆転するとか書かれていると思います。. 「ブロック図」はシステムの構成要素と、その繋がりを線で簡潔に図示したものです。 ブロック線図またはブロック・ダイアグラムともいいます。. 機能ブロック図は、1つまたは複数の変数間の関係性(インプットとアウトプットの両方)を構築し、システムで調整される機能的なプロセスの理解を促す際に役立ちます。. 機能(関数)はすべて、ボックスで示される機能ブロックの中に納められています。四角形のボックスには、以下の図に示されているように機能のシンボルが存在します。. FBDは容易には作成できませんが、皆さんのFBDを作成する際に使えるヒントとテクニックについて説明します。. 図2-3のように矢印をつけると一層分かりやすくなります。 信号は左から右に流れる原則がありますので、少し冗長ではありますが、見誤りを防ぐには良い描き方ではないかと思います。. すなわち、様々な環境情報や操作情報を入力するセンサ群があり、それらの入力情報をもとにファームウエアで規定される処理をマイコンが実行し、モータ、アクチュエータ、ディスプレイ、発光素子等を駆動して何らかの動作や表示を行う、というものです。. 信号を 1 サンプル遅延させる場合は、四角の中に \(z^{-1}\) と書いたブロックを用います。. 図6-1では左から右に水平に入る信号には矢印をつけなくても構いませんが、信号が多数入ってくる場合は、水平に左から右に入る線だけ矢印を付けないのも不揃いで美しくないため、図6-2のように全部矢印にしてしまう方が分かりやすいと思います。. 四角の中に説明文や名称を書くことが多いですが、書ききれない場合は四角の外に書く場合もあります。. マウスの位置、速度、姿勢を推定して走る方向や速度の制御を行います。M5Stackには加速度センサが搭載されているためこれを使う予定ですが、何か不都合があればマウスモジュール側に移すことも検討します。. 次回以降は各回路ブロックの詳細な説明や、そもそも回路初心者がどうやって勉強したかなどの話を紹介していきたいと思います。. なおコアモジュール側はM5Stackをそのまま使うため、回路設計の対象は回路ブロック図の上半分「マウスモジュール」になります。.
機能ブロックには、2つ以上のインプットが入っています。これらのインプットとアウトプットはすべて、別の機能ブロックのインプットとアウトプットに関連付けることができます。例えば、以下の図に示されているように、ある関数のアウトプットとまた別のインプット間で関係を作ることもできます。. 日本アイアール株式会社 特許調査部 S・M). Reset/Set機能ブロック(resetドミナント). ダウン・サンプリングは ○ の中に↓を描いたシンボルを使い、その近くに何分の1にするかを書きます。. 今回から回路の作成に入ります!具体的には回路CADを使った回路設計と、プリント基板製造業者への発注、部品の実装まで行います。回路は未経験の領域です。外装(機械設計)のときと同じように、初心者としてどう進めていけばよいかをお伝えしていきます。. これらの図は、ソフトウェアエンジニアリング、システムエンジニアリング、グラフィカルプログラミング言語で広く使われている2つ以上の変数の関係性や機能の理解に役立ちます。ソフトウェアエンジニアやプログラマーにとって、FBDは2つ以上の変数間の関連性を矢印で示して、理解したり、作り出したりする際に役立つ欠かせないツールです。. このように多くの場合、機械装置は機械的な部分、電子回路、マイコンとそれを制御するファームウエアから構成されており、開発・設計は、機械技術者、電子回路技術者、ファームウエア技術者の共同作業となります。従って、それぞれの技術者が他分野の設計について、ある程度理解することが求められることになりますが、専門外の方にとって、電子回路部分を理解するのはかなりハードルが高いと感じる場合が少なくないと思います。. 何らかの機能は、四角いブロックで表されます。. 例として、これまでに述べた要領で描いた 2 次 IIR のブロック図を示します。.
以上、回路ブロック図を使って概要を説明しました。研修とブログ記事執筆のタイムラグのため、現在Kicad(回路CAD)を使った設計がある程度進んでいます。. Part 1: 機能ブロック図とは何?. 機能ブロック図は、機能フロー図としても知られています。 その名前が意味するとおり、ワークプロセスを簡素化し、より良く理解できるよう、機能的な流れを段階的に表したものです。このアイデアは、1921年に変数間の複数の機能と関係を簡素化した多層プロセスモデルを開発したエンジニアと科学者らを継承したフランク・ギルブレスによって確立されました。. Up Downカウンター(CTUD)機能ブロック. ☆電子回路などの特許調査・特許分析サービスは日本アイアールまでお気軽にお問い合わせください。. 多数のテンプレートを選択するとき、表記記号を変更するとき、最終的にファイルを共有するとき…どのシチュエーションでも迷うことなくストレスが少ない作業が可能です。. Part 4: 機能ブロック図の作成方法と図例. 「↓」が付いていればダウン・サンプリングであることは明白なので、\(1/N\) ではなく単に \(N\) と書くこともあります。. あくまでも「導入」ですので、理論的な説明や数式による説明を極力避け、実際的な機能単位回路ブロック例を取り上げ説明しながら、回路設計の考え方を定性的・機能的な表現で説明していきます。理論的な理解もいずれは必要になりますが、それに対しては、入門者向けの教科書やセミナーの活用をおススメします。. 信号に乗算する相手が定数(ゲイン)の場合は、信号が流れる方向を向いた三角形を使い、定数を三角形の中、または三角形の近くに書きます。. 足回りを担当するモータ回路です。次の部品が含まれます。.
図8-2: 信号を N サンプル遅延させる. 機能ブロック図(ファンクション・ブロック・ダイアグラム:略称FBD)は、ブロックと図を用いて機能的なプロセスを図で表したもので、読み手がより簡単に理解したり、解釈したりできる図です。FBDは、「関連付け」を示す矢印を用いて基本的なブロックと図を使ってアウトプット(出力)変数とインプット(入力)変数間の機能を決定する際に役立ちます。. 配置を工夫して、できるだけ交差しないように描きましょう。. 最近の機械装置は、ほとんどの場合マイコンと電子回路により制御されていると思います。.
以下のボタンから機能ブロック図作成ツールEdrawMaxを無料ダウンロードして、テンプレートを自由に編集しましょう。. 加算と減算を混用する場合は、○ の中に総和記号 \(\sum\) を描いたシンボルを使い、矢印の先端付近に加算なら +、減算なら - を書きます。. 1つの信号が複数本に分岐する場合は、枝別れした所に ● を描くとよいでしょう。. 機械装置の回路でも、基本設計では「機能ブロック図」で全体構成が示され、そのブロック図中の機能ユニット毎に、機能・性能仕様、インタフェース仕様が規定されるものと思います。そして、回路の詳細設計がわからなくとも、その機能仕様は理解できるはずですし、性能仕様やインタフェース仕様を理解することは、詳細設計を理解するよりはるかに容易です。. 例えば、図1に紹介した、自動車の電動パワーステアリング装置の回路部は図2のような機能ブロック図であらわされます。. 壁との距離を検知するための壁センサ回路です。次の部品が含まれます。. まず、TIAポータルやCodesysなどの自動ツールを使ってみることから始めます。プログラマーによるFBDを望む方には、これらの自動ツールを強くお奨めします。. 右から左に流れる場合も矢印を付けないと混乱を招きやすいです。. また、一般的な機械装置の回路部の構成は、図2に紹介するものと類似したものになります。. ブロック同士を線で結ぶことで信号の流れを表せ、原則的に左から右に、または上から下へ流れるように描きます。. 実際に、カウンター機能ブロックは、インプットとアウトプットの両方を受け、ほかの種類のデータを含みます。カウンター機能ブロックには、Upカウンター、DownカウンターとUp-Downカウンターの3種類があります。.
両方のインプットが正であれば、アウトプットも正になります。. STM32はマウスモジュール、ESP32はM5Stackに搭載されたマイコンです。. 図10-2: 2 次 IIR のブロック図の意味. そして現在、機能ブロック図は確立され、ビジネスプロセスの再設計、ビジネスプロセス管理、コンピュータシステムエンジニアリング、システムエンジニアリングなどのさまざまな分野で広く使われています。. N\) サンプル遅延させる場合は、四角の中に \(z^{-N}\) と書きます。. 原則どおりに上から下へ流れる場合は矢印無しの線で構いませんが、原則に反して下から上に流れる場合は矢印を付けないと、どちらに信号が流れているのか分かりにくくなってしまいます。.