NXT光センサー電気特性

ライトセンサー

Mindstorms NXT の標準光センサーの外装ケースをカチ割って、ケース内部の電子基板を剥き出しにして、電気特性をオシロスコープで測定してみました。

ちなみに、外装ケースをカチ割っていますので、メーカー保証もETロボコンの車検通過もNGです。あしからず。 😉

ライトセンサー

ライトセンサー

光センサーの内部は、発光素子(LED)と受光素子(フォトトランジスタ)以外は表面実装の米粒大の部品で構成されていて、かなりスカスカの印象です。電子部品が小さいのでオシロスコープのプローブを当てるのに四苦八苦しました。視力はまだまだガラスの十代ですが、二つの手では足りないんです。。。 😉

赤色LED電流

LED電流

光センサーの発光素子(赤色LED)の電流(R1電圧)測定画面です。ON/OFFの切り替わりタイミングの遅れが散見されますが、電流変化の立ち上がりと立ち下がりは非常に急峻であることが分かります。

フォトトランジスター電圧

フォトトランジスタ電圧

光センサーの受光素子(フォトトランジスター)電圧の測定画面です。受光素子と直列に挿入された抵抗との分圧分のオフセットはありますが、それなりに急峻に電圧が変化をしていることが分かります。

光センサー出力電圧

ライトセンサー出力

光センサー出力端子の電圧の測定画面です。受光素子の微小な電流変化をNXT本体側で読み取るために適切な電圧レベルへ信号増幅しています。この測定結果を見ると電圧の時間的変化がなまっている(緩やかな)ことがわかります。Mindstormsのプログラムで取得した光センサー値の変化と同様の傾向を示していました。

以下は今回の測定結果とLEGO社が公開している回路図を見ての推測ですが、蛍光灯や(ブラウン管)テレビのように短時間に明滅している光源に対して過敏な反応(エイリアシング)を起こさないために、簡易なローパスフィルターを受光回路の増幅器に組込んでいるようです。

まいまい式の明滅周期をソフトウェアの工夫で短く出来ないか?という試みに対しては、ハードウェアの制約から、かなり難しいのではないか?というのが私なりの結論です。もしも競技規約の変更で光センサーの分解と改造(チップコンデンサーの剥離)が認められれば、まいまい式も現在のアルゴリズムのままで結構イイ線に達すると思います。もっとも士農工商メカ・エレキ・組込みの身分制度で虐げられて来た我が身としてはエレキ設計者様に仕様変更してなどと、とても言えません。ブログに書いてるやんか! 😀

参加者の皆さん。まいまい式の改善をあれこれ模索するよりも、デッドレコニング(タイヤ回転数からの現在位置計算)や、その他の工夫と組み合わせて、まいまい式の欠点(ライン検知の遅さ)を補完するほうが良さげです。頑張って! 🙂

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