アストロボーイへの道　      　

１２.  ソフトウェア

　各種パーツやソフトウェアを統合したアストロ１号のソフトウェアについて説明する。

（１）機能

　・停止、後退、前進、右旋回、左旋回、右回避の６つの動作モードを持つ。
　・右回避を除く５つのモードはIRリモコンから指示できる。コマンド受付をビープ音で知らせる。
　・IRリモコンから右旋回または左旋回を指示した場合、0.2秒動作して前進モードになる。
　・IRリモコンから後退を指示した場合、0.2秒動作して停止する。
　・前方20cm以下にある障害物を超音波センサで検出してビープ音を発生して右回避する。
　・停止時に７セグLEDにロゴマーク "AStro-1" を表示する。
　・前進、右旋回、左旋回、後退の時の７セグLEDの表示は其々、"Fd"、"rt"、"Lt"、"bA"となる。
　・障害物検出の際の７セグLEDの表示は全画素を点灯させた "8.8.8.8.8.8.8.8."となる。
　・前進の場合、8個の単体LEDが0.2秒間隔で前方向に移動点滅する。

　
（２）マクロフローチャート


                                  図１．マクロフローチャート



        　　                             図２．状態遷移図

（３）タイマー割込み

　Arduino UNOに搭載されているAVRマイコンATMega168は３個のタイマーを内蔵している。（表３を参照）
　このタイマーはIDEで用意されている関数の幾つかとPWM出力で使用され、ライブラリにあるタイマー割込を使用することもできる。
　しかし、同じタイマーを競合して使用した場合、誤動作を生ずるので注意が必要である。

　　　　　　　　　表１．タイマーと使用先

タイマー名称	ビット数	関数	PWMピン	タイマー割込 ライブラリ
Timer 0	8bit	delay(), millis(), micros()	5, 6
Timer 1	16bit		9, 10	TimeOne.h
Timer 2	8bit	tone()	3, 11	MsTimer2.h
ﾀｲﾏｰ未使用	−	pulseIn()	−

（４）タイマー割込を使った並列処理の検討

　表２で、主なCPU長時間占有の処理およびTimer使用の処理をリストアップして、競合の有無と問題点を検討した。

　No.2の障害物検出時のビープ音は500msとしているが、速度が300mm/sとすると20cm手前で障害物検出しても500ms空走す るため、回避動作は直前の5cm手前となり、余裕が無い。また、この時間内はIRリモコンを受付けないので、この時間は極力短くする必要があり、100 msまで短くすることにした。また、ビープ音発生のため使っているtone()関数はTimer2を使用しており、No.7のモータPWM駆動の analogWrite()関数と競合する。tone()関数は使用せざるを得ないため、モータのPWM駆動は行わなずに、disitalWrite() 関数を使って、モータ電流をON/OFFすることにする。
　同様に、No.5のビープ音も50 msに短縮する。
　
　No.3のIRリモコン リーダーコード検出については、IRリモコンを操作してコマンドを送信しない限り、この処理がループして他の処理が実行出来ない。対策としては、この処理 の中に時間監視を加えて、適当な経過時間があったら処理を抜け出すようにすれば良い。但し、この処理の中では、受信波形の変化点時刻の記録にmicros ()を使っており、同じTimer0を使ったmillis()は使えない。そこで、ライブラリの中からTimer1を使ったタイマー割込 TimeOne.hを使用することにした。
　TimerOne.hの使い方については、以下を参照した。

　　　　Arduinoのタイマーライブラリ　　　TimeOne & TimerThree Libraries          Timer1

　No.8のモータ駆動時間については、これまでdelay()関数を使用していたが、CPUを占有するため、この処理の中ではIRリモコンか らのコマンドを受け付けない。そのため、delya()関数の代わりに、No.3のIRリモコン リーダーコード検出と置き換えることで、モータ駆動とリーダーコード検出処理を並列化し、モーター動作中でもIRリモコンからのコマンド受付可能とした。
　No.3で使用したTimerOne.hのタイマー割込時間をセットする関数　setPeriod()は、実験の結果、引数として変数は受け付けないことが分かった。そのため、タイマー割込時間はモーター動作に関係なく200 ms一定とすることにした。

　障害物がなく連続前進している時、IRリモコンからのコマンド発行有無判断はNo.3のIRリモコン リーダーコード検出処理（200 ms）の時間帯内でしか出来ない。コマンド発行有無判断ができない時間帯はNo.1の距離測定とその他の処理を合わせて最大20 ms程度なので、IRリモコンからの指示が失敗するのは10%程度の確率となる。

　　　　　　　　　　　　　　　表２．主なCPU占有/Timer使用の処理と対応方針

No.	名称	内容	関数	処理時間	CPU	Timer	対応方針
1	距離測定	超音波の障害物 反射波戻り時間測定	pulseIn()	0.15〜15 ms （距離：2cm〜2m）	占有	ー	ー
2	ビープ音 （障害物検出）	障害物検出時ビープ音	tone()	障害物時のみ 500 ms	占有	Timer2	極力短く 100 ms
3	IRリモコン リーダーコード検出	受信波形の変化点時刻を記録	micros()	13.5 ms 〜 ∞	占有	Timer0	Time1を使用したタイマー割込 TimeOne.hで時間制限（200 ms）
4	IRリモコン データコード検出	同上	同上	リーダーコード検出時 36〜72 ms	占有	同上	ー
5	ビープ音 （コマンド受付）	コマンド受付時ビープ音	tone()	コマンド受付時のみ 100 ms	占有	Timer2	極力短く 50 ms
6	7SEG LED表示	7SEG LEDへ シリアルデータ送信	shiftOut()	約10 μs （約200クロック）	占有	ー	ー
7	モータPWM駆動	モータ電流をアナログ制御 d-3, d-11ピン使用	analogWrite()	モータ駆動時 常時処理	占有 せず	常時 Timer2	PWMは使用せず、disitalWrite() にしてON/OFFのみとする。
8	モータ駆動時間	モータ駆動時間	delay()	100〜1000 ms	占有	Timer0	リーダーコード検出処理200 msを 使用して、並列処理。（時間統一）

（５）プログラムリスト

　詳細プログラムリストを以下に示す。














                　　　　　　　                     図３．プログラムリスト

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