このＰＤＦは，ＣＱ出版社発売の「鉄道模型と電子工作」の一部分の見本です．
内容・購入方法などにつきましては以下のホームページをご覧下さい．
<http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/18/18991.htm>

4-2

自動運転に必要なもの

自動運転に必要なものには，・列車の位置を知るセンサ
・自動閉塞信号機と ATS
・自動運転に対応するパワー・パック
・自動化されたポイント制御
・フィーダの自動選択
・これらを制御するパソコン
この六つがあげられます．センサ以外はすべてパソコンと付加回路で実現することもできます．順を追って説明していきましょう．

4-2-1 センサ
車両の位置を知るセンサはさまざまなものがあり，用途やレイアウトへの実装などを考えて選択する必要があります．ここでは，鉄道模型に利用できる数種類のセンサを紹介します．
● センサ・レールとコンタクト・センサ
図 4-1 のように線路の一部を切ると，これをセンサ・レールとすることができます．この方法は施工後の調整がなくメインテナンスも不要ですが，レールに無給電区間が生じるため，編成にモータ車が 1 台しかない場合は，走行性能に支障が出る場合があります．またセンサ・レールは短いほうがよいのですが，レールを枕木で支える必要がありますので，枕木 2 〜 3 本分を目安にレールを切って作ると良いでしょう．
センサへの配線は，アイソレート（絶縁）された電源を使用する方法と，レールの走行用電源を利用する方法があります．アイソレート電源は，乾電池を使用する方法やモジュール化された小型電源を使用する
進行方向

進行方向

車輪でショートさせる

切る

⊖⊕

⊖

⊕

⊕ ⊖ 出力
パワー・パック

図 4-1

センサ
検出回路へ

センサ・レール

パワー・パックからの電源は線路から取り出してもよい．

190

第4章

自動運転を楽しむヒント⊕ ⊖ 出力パワー・パック

図 4-2

センサ
検出回路へ

コンタクト・センサ

方法があります．
線路を切るのに抵抗のある方は，図 4-2 のコンタクト・センサを使用する方法もあります．コンタク
ト・センサは模型車両への負担が小さく，設置も比較的簡単ですが，調整がシビアです．設置例は 2 章
2-5 で紹介しています．
センサ・レールとコンタクト・センサは互換性があり，検出回路は同じものを使用することができます．検出回路には図 4-3 のような走行用電源を使用するのが簡単ですが，レールに一定以上の電圧がかかっていないと検出できません．そこで，確実性を求める場合は周辺回路から絶縁された電源（アイソレート電源という）を使用します．
アイソレート電源は図 4-4 のように乾電池で実現することができますが，取り替えが利かない部分には，ユニバーサル基板に載る超小型の絶縁型 DC-DC コンバータ・ユニットを使用するとよいでしょう（写真4-2）．ただし，DC-DC コンバータ・ユニットは必ず流しておかなければならない電流の量が決められているものがあります．この場合は，出力側に並列に LED と抵抗を取り付け，これを電源表示ランプにすると良いでしょう．
● 磁石センサ
車両に永久磁石を積み，線路側に組み込んだリード・スイッチやホール素子などで車両を検知する方法があります（図 4-5）
．ハード側の準備として車両すべてに磁石を積む必要があり，さらに検知のタイミングや感度の調整も必要になります．
⊕⊖

使わない

D
1N41481kセンサ
出力フォト・カップラ

図 4-3

走行用電源を利用した検出回路

使わない

写真 4-2⊕ ⊖アイソレート電源に置き換えても良い

3V

220Ω

電源が 9V のときは1kΩにする

超小型の絶縁型 DC-DC コンバータ・ユニットの例

写真は MINMAX MAU114 で 12V 出力．このシリーズは出力 3.3V〜 12V の間で 4 種類がライン・アップされている．これらを使用すれば，簡単にアイソレートされた電源を得ることができる．
永久磁石

センサ
出力
フォト・カップラ

図 4-4

アイソレート電源に乾電池を使用した検出回路

リード・スイッチ

DC-DC コンバータ・ユニットに置き換える場合は，その電圧に応じて抵抗の値を変更する必要がある．

図 4-5

センサ
出力

検知に磁石を利用する方法

4-2

自動運転に必要なもの

191

● 光センサ
光センサにはいろいろな種類がありますが，鉄道模型に使えるのは実装が比較的簡単な CdS やフォト・
トランジスタでしょう（図 4-6，図 4-7）．
光センサ図 4-8 のようにセンサに届いている光が遮られることで車両の検知を行います．写真 4-3 がフォト・センサ型の光センサをレール上に配置したようすです．
光センサ方式は外来光による影響が大きく，線路上への実装方法の工夫やフィルタ回路などを設ける必要があります．

フォト・トランジスタ

赤外線LED

CdS（a）設置方法（a）設置方法⊕12V

約 20mA↓
1

⊕12V
100k

470Ω
赤外線LED

センサ
出力CdS（暗くなると ON）

感度調整（b）動作回路（b）動作回路

図 4-7

反射型光センサ

これは，フォト・トランジスタを使用したもの．

これは CdS を使用したシンプルなもの．

38kHz に合わせる⊕5V

a1kb2k174 8220Ω
6325 10.01μIC1555

赤外線
LED555 発振器
赤外線LED（a）設置方法

図 4-8

エリア・センサ

センサに届く光を遮ると反応する．

192

第4章

自動運転を楽しむヒント

センサ
出力Tr22SC
1815

10k

自然光を利用した光センサ

受光ユニット2.2k

Tr1Tr2SC1815

図 4-6

1［kHz］＝

⊕OUT⊖

センサ
出力IC2
赤外線リモコン
受光モジュール

38kHz のパルス光を検出する

1.44（ ［kΩ］＋（2× ［kΩ］））
× ［μF］
ab（b）動作回路

● 電流を測って検知する方法
パワー・パックと線路の間に電流センサを入れ，一定以上の電流が流れているかを調べて車両の走行検知をする方法があります．この方法は，車両の在線を確認するのに有効で，センサをレイアウトに設置する必要がないのが特徴です．
図 4-9 のようにパワー・パック・フィーダ間にセンサを入れるため，電圧降下が起きるのが欠点です．
図 4-10 のようにフォト・カップラを使う回路もあります．電圧降下対策として，図 4-11 のような方法も用いられます．

写真 4-3光センサをレール上に実装したところ

左側の白いものが赤外線 LED で，右側の黒いものがフォト・トランジスタ．反射型光センサは，このように目立たないように設置できるのが利点．（撮影協力：小金井 HO クラブ）

⊕1kセンサ
出力⊖検出回路

フォト・カップラ
D1〜D31N4007 など⊖⊕

図 4-10⊕

フォト・カップラを使用する例

電流による検知方法は設置や逆電圧対策は容易だ
が，電圧降下が大きいのが欠点．

⊖3

パワー・パック

図 4-9

検出回路のつなぎ方

このように，パワー・パックとフィーダの間に入れる．

⊕10.1Ω
⊖図 4-115100k

100k−＋−＋210k
IC11/2 LM358

6470Ω
センサ
出力

410k
IC11/2 LM358

フォト・カップラ

抵抗を使用する例

電圧降下が起きにくいため，電流計はこのような回路が多い．ただし，この回路のままでは逆電圧はかけられない．なお，検出用抵抗 1 を 1 Ωにすれば OP アンプの増幅回路は 1 段でもよい．

4-2

自動運転に必要なもの

193

4-2-2 自動閉塞信号機と ATS● 自動閉塞信号機
鉄道の自動閉塞信号機は，図 4-12 のように信号機の先の区間に列車が在線しているかを確認して信号を現示しています．鉄道模型でも，センサと複数の信号機を使用することで，同様に信号機を組むことができます．
鉄道模型の自動閉塞信号機は，図 4-13 のように PIC などのマイコンを利用して作るのがよいでしょう．
信号現示を後ろの信号に伝える信号線は信号現示から取り出す方法や，信号線の電圧を変化させる方法，信号線にデータ信号を載せる方法などがあります．

Y閉塞区間

R

G

進行方向
閉塞区間
R

図 4-12YG

自動閉塞信号機の概念図

列車の後ろにある信号機は赤，その後ろは順に黄，青となる．

⊕5V
10.1μ
44.7kddMCLR（GP3）センサ
入力GP01〜 3470Ω

LED×3RGP1Y

GP2G

54.7k

IN

AN（GP34）GP564.7k

図 4-13
PIC12F675/683 を使用した信号機の例

入力に PIC の A/D コンバータを使用し，少ピン PIC で信号機を実現している．

194第4章

自動運転を楽しむヒント（）

R ＝2.5V これを，アナログ入力
Y ＝0V
G＝5Vで判断する

ss（

PIC12F675
PIC16F683いずれか）（OUT）

R ＝入力（オープン）
Y ＝出力 L
G＝出力 H

また，駅構内で列車の入換作業をしているときに操作盤から停止信号を送ることで，場内信号機を赤にすることもできます．これと後述の ATS を組み合わせれば，本線上の列車と入換中の列車との衝突を避けることもできます．このように，小規模のレイアウトでは必要なものだけを路線上に実装するのも良いでしょう．
● ATS
鉄道の保安装置である ATS（自動列車停止装置）も，鉄道模型で実現することができます．これは，信号機のセンサとは別に停止させようとする位置にセンサを設け，信号現示が赤のときにレールへの通電を止める方法で実現します．図 4-14 が回路例です．
ATS センサは図 4-15 のように設置します．赤になっている信号機の前で ATS を検知して列車が停止するようにします．信号機の「赤」現示と連動させる ATS 内蔵信号機の回路例を図 4-16 に載せておきます．

⊕12V

⊕5V

44.7k

センサ
入力

SW パワー・パックへ
RL
G5V-1 または G6C（DC12V）

1ddGP0GP3470Ω

GP1GP2SW フィーダへ

D1
1N400710.1μ2，NC

TR12SC1815

35NC

IN

6AN3＝2.5V（R），かつ，センサ入力があるとフィーダへの電源をカット

図 4-14AN（GP34）GP5NCss

いずれか（ PIC12F675PIC16F683 ）PIC12F675/683 を使用した ATS の回路

進行方向R

ギャップ

IN

信号機が赤でかつセンサをふむと電車が自動的に止まる
センサ

センサ

信号ユニット（図 4-13）OUT

ATSユニット（図 4-14）
IN

信号機
OUT へ

ギャップ

信号機
IN へ

パワー・パック

図 4-15 ATS センサの設置例

ATS のセンサは列車が信号機の手前で止まれる位置に設置する．

4-2

自動運転に必要なもの

195