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2011.7.24
   WIZDOM レクチャーシリーズ vol.2




知識ゼロからのArduino(1)



  東京理科大学 理工学部 建築学科    遠田 敦
          @entasan
本日のレクチャー

1.Arduinoの基礎の基礎
2.環境センシングの基礎の基礎
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎
  *みんなで バケツリレー を実装しよう!


以降は次回予定
4.電子回路設計の基礎の基礎
5.基板発注の基礎の基礎
1.Arduinoの基礎の基礎

*本節の構成
・Arduinoの概要
   ・生い立ち、普及、利用状況
・Arduinoのハードウェア構成
・ATmega328の特徴
   ・入出力ピンの配置
・Arduino IDE
   ・プログラムの構成
★演習1:Arduinoで「Lチカ」しよう
1.Arduinoの基礎の基礎




   出展:http://www.arduino.cc/
1.Arduinoの基礎の基礎




(後列)Dave Mellis, Tom Igoe   (前列)Gianluca Martino, David Cuartielles, Massimo Banzi
1.Arduinoの基礎の基礎


Apr. 2010                                         Jul. 2011




            出展: Google Insights for Search より作成
1.Arduinoの基礎の基礎

         デジタル入出力(PWM)端子(0∼13)

USBポート




                ATmega328P-PU



DCジャック
          電源・GND端子 アナログ入力端子(0∼5)
20110724 WIZDOM:知識ゼロからのArduino(1)
1.Arduinoの基礎の基礎


リセット                         アナログ
                             (0∼5)
デジタル
(0∼4)
                              GND
  5V                          AREF
 GND                          AVCC
クロック

デジタル                         デジタル
(5∼8)                        (9∼13)


             ATmega328P-PU
1.Arduinoの基礎の基礎

           ・Processingに基づいたプログ
            ラミング言語
           ・Javaベース
           ・フリーでマルチプラット
            フォームの開発環境
           ・単純な処理に向いている




      Arduino IDE
1.Arduinoの基礎の基礎

                     *設定項目
                     ・ピン番号の指定
                     ・グローバル変数の設定 など
 設定項目
                     *Setup
                     ・プログラム開始時に一度だけ
void setup()
                      実行する処理
void loop()          ・シリアル通信の開始  など
                     *Loop
                     ・延々と実行したい処理
                     ・計測と通信処理    など

               Arduinoの処理の流れ
1.Arduinoの基礎の基礎

       *本日の配布物
       ・Arduino UNO
       ・LED(黄緑, 3mm)
       ・ユニバーサル基板
       ・抵抗
        1/4W:330, 1K, 1/6W:1k
       ・積層セラミックコンデンサ
       ・Xbeeピッチ変換基板
       ・ピンヘッダ
       ・温度、照度センサ            など
1.Arduinoの基礎の基礎

       ★Arduinoで「Lチカ」しよう!


       *演習1ー1
       ・LEDをDigital13とGNDに接続
       ・スケッチを作成


       *演習1ー2
       ・LEDをDigital11とGNDに接続
       ・PWM制御によりLEDの明るさ
        を変化させるスケッチを作成
1.Arduinoの基礎の基礎

*演習1-1のポイント
・設定項目:LEDピン番号を設定
・Setup:デジタル出力設定(pinMode())を行う
・Loop:digitalWrite(LED, HIGH)とdigitalWrite(LED, LOW);


*演習1-2のポイント
・Setup:デジタル出力ではないので、PWMではpinMode()は
 使わない
・Loop:PWMではanalogWrite();を使う
2.環境センシングの基礎の基礎

*本節の構成
★演習2:Arduinoで環境計測しよう!
・温度センサについて
  ・LM-61BIZ(National Semiconductor)
・照度センサについて
  ・S9648-100(浜松ホトニクス)
・温度と照度センサを実装してみよう
  ・道具の準備
  ・注意事項
2.環境センシングの基礎の基礎

       ★Arduinoで環境計測しよう


       *演習2
       ・温度と照度センサの特徴を調
        べる
       ・各種センサをユニバーサル基
        板に実装する
       ・スケッチを作成
       ・シリアル出力で値を確認
2.環境センシングの基礎の基礎

       *温度センサ(LM61-CIZ)
       ・4個セット200円@秋月電子
       ・精度±4℃


       ・0℃で600mV
       ・100℃で1600mV
       →10mV/℃


       ・アナログ入力で Vout の値を取
        得して換算する
2.環境センシングの基礎の基礎

       *照度センサ(S9648-100)
       ・1個120円@秋月電子
       ・受光すると抵抗が小さくなる
       ・最低抵抗:330Ohm


       ・最大順電流:5mA


       ・アナログ入力で Vout の値を取
        得して換算する
2.環境センシングの基礎の基礎




   (上段)はんだごて・こて台、はんだ、ツールクリッパー
(下段)スズメッキ線、ニッパー・ラジオペンチ、はんだ吸い取り線
2.環境センシングの基礎の基礎




・照度センサは1kOhm、330Ohmの抵抗の間に配置する
・カソードを正極側に
・温度センサは下から見て左側(1ピン)が正極に接続される
2.環境センシングの基礎の基礎

*演習2のポイント
・配線については、最小限かつ美しく、をめざそう!
・温度センサ:2番ピンをアナログ入力へ
・照度センサ:アノード部分をアナログ入力へ
・Setup:シリアル通信を開始する(Serial.begin(9600);)
・Loop:各種データをシリアル通信で出力(Serial.print();)
 する


※出力書式:ID, Brightness, Temperature¥n(カンマ区切り)
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

*本節の構成
・ワイヤレスセンサネットワークとは
・ネットワークトポロジについて
   ・スター型、メッシュ型、クラスタツリー型
・ArduinoでのWSN実装方法
   ・透過モード
   ・APIモード
★演習3-1:Arduinoでスター型WSNを構築!
★演習3-2:Arduinoでメッシュ型WSNを構築!
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎




スター型   メッシュ型                              クラスタツリー型

       出典: http://www.computerworld.jp/   より
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

           *XBee
           ・無線シリアル通信
           ・ZigBeeとほぼ同じ規格


           ・Digi社(2,400円@千石電商)
           ※ネットだと1,700円くらい


           ・透過モード:スター型
           ・APIモード:メッシュ型
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

           *X-CTU
           ・XBeeチップの設定ソフト
           ・http://ow.ly/5LNSZ


           ・Modem Configuration
           ・Readボタンを押下して読込
           ・透過モードの設定項目は
            ・PAN ID → 3210
            ・DH/DL → 0/0
            ・MY     → 0以外
           ・Writeボタンを押下して書込
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎


    表            裏
20110724 WIZDOM:知識ゼロからのArduino(1)
3.3V
Dout
Din




GND




       Xbee ピッチ変換基板(500円@千石電商)
D0
       D1




GND
  5V
3.3V
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

*演習3-1のポイント
・XBeeピッチ変換基板の作成(LED、抵抗、コンデンサ)


・XBeeの DOUT ピンとデジタル0ピンとを接続
・XBeeの DIN とデジタル1ピンとを接続
※これはハードウェアシリアル通信を実装する場合


・3.3V、GNDピンをArduinoと接続
・ハブノードでの受信を確認
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

           ★メッシュ型WSNを構築する!


           *演習3-2
           ・Modem Configuration
           ・Readボタンを押下して読込
           ・APIモードの設定項目は
            ・ID → 7FFF
            ・NI → 0000
            ・AP → 2(API WITH ESCAPES)
           ・Writeボタンを押下して書込
3.ワイヤレスセンサーネットワークの基礎の基礎

*演習3-2のポイント
・XBeeの設定変更(前述)


・スケッチの作成
  ・XBeeライブラリの導入
  ・http://code.google.com/p/xbee-arduino/
  ・PStringライブラリの導入
  ・http://arduiniana.org/libraries/PString/
  ・ライブラリは/Arduino/libraries/以下などに配置する


・スケッチ中でハブの64bitノードアドレスを設定する

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