2 回路図

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ありさすみい
5 years ago
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1 課題研究報告書 Arduino を使った電子工作 ( フィーリングカップル ) 1. テーマ設定の理由課題研究を通して工業祭で展示実演を行い学校を盛り上げたいというのが第一の理由であるまた課題研究を通して電子工作などの技術を高めるため少し難易度の高そうなフィーリングカップルというテーマに設定した 2. 実践内容 (1) 制作方法 1 使用部品機材品名個数ノート PC 1 Arduino MEGA 1 抵抗 (10kΩ) 10 抵抗 (1kΩ) 20 抵抗 (300Ω) 10 抵抗 (200Ω) 10 抵抗 (100Ω) 10 トグルスイッチ 50 パワー MOSFET 2SK テープ LED 適量 AC アダプタ (12V) 1 ユニバーサル基板 13

2 2 回路図

3 制作手順 ( 電子回路部分 ) 上記回路図のようにユニバーサル基板を利用して回路を作成するそして木工班の制作した土台へテープ LED を設置し配線を行って装置の回路部分は完成となるそれからフィーリングカップルの動作に必要なプログラムも制作する 4 制作手順 ( プログラム部分 ) Arduino のプログラム作成書き込み手順 1) Arduino IDE

3 3 制作手順 ( 電子回路部分 ) 上記回路図のようにユニバーサル基板を利用して回路を作成するそして木工班の制作した土台へテープ LED を設置し配線を行って装置の回路部分は完成となるそれからフィーリングカップルの動作に必要なプログラムも制作する 4 制作手順 ( プログラム部分 ) Arduino のプログラム作成書き込み手順 1) Arduino IDE を起動してプログラムを記述する 2) ツールメニューボード Arduino Mega or Mega 2560 を選択 3) ツールメニューポートにて対象の Arduino を選択 4) ファイルメニューマイコンボードに書き込むを選択 (2) 制作物の説明制作した電子回路ではどのスイッチが ON になっているかを電圧によって判断するため Arduino のアナログポートに各スイッチを接続しているフィーリングカップルの結果発表に利用する LED は Arduino のデジタルポートからの出力によって制御しパワー MOSFET の 2SK2232 を使って AC アダプタから電源供給を行う続いてプログラム部分の説明に移る ( ソースコードは非常に長いため別紙参照 ) 今回制作したプログラムは2つあり一つは Arduino 側のプログラムである Arduino 側のプログラムではスイッチの状態読み取り LED の制御を行っているまた PC とシリアル通信して結果発表などを PC 上から操作できるようにし BGM が流れるタイミングの制御もしているもう一方は PC 側のプログラムで言語は C# で作成した ( 図 1) PC 側のプログラムでは Arduino とシリアル通信をしてカップルの成立状態の確認結果発表の操作を司会側できるようになっている図 1 PC 側のプログラム

4 (3) 制作物の評価スイッチが少し不安定ではあるものの工業祭で実演にまで至ったため成功といっていいのではないだろうかまた限られた時間の中で当初実現したかった BGM の自動再生シリアル通信も実装できたので上出来だと思う 3. 感想反省 1 年間課題研究をやってきて自分で研究することの面白さや難しさチームワークの大切さを学ぶことができた反省としてはスイッチの電源が1 個であるため分圧により抵抗が他のスイッチの電圧まで下げてしまうために不安定になる所も改善したかった具体的な改善策としてはスイッチ毎に電源を取るアナログポートでなくデジタルポートを利用して入力するなどで実現できると思う

5 /* Arduino 側のプログラム */ int sw_a[5] = -1, -1, -1, -1, -1 ; // スイッチ状態記憶用の配列 ( 男側 ) int sw_b[5] = -1, -1, -1, -1, -1 ; // スイッチ状態記憶用の配列 ( 女側 ) int swa_count = sizeof(sw_a) / sizeof(sw_a[0]); // sw_a 配列の要素をカウント int swb_count = sizeof(sw_b) / sizeof(sw_b[0]); // sw_b 配列の要素をカウント void setup() Serial.begin(57600); // シリアル通信を開始 delay(100); Serial.println(""); Serial.println(".<START>"); // シリアル開始のメッセージ // LED を点灯させるためにデジタルポート 2~11 を出力に設定 for (int port = 2; port <= 11; port++) pinmode(port, OUTPUT); for (;;) // シリアルポートにデータが送られている場合 if (Serial.available()) int pin = Serial.read(); // データを変数に格納 int state = LOW; // シリアルポートにデータが送られてくるまでループ for (;;) // シリアルポートにデータが送られている場合 if (Serial.available()) state = Serial.read(); // データを変数に格納 break; // ループから抜ける // 1 バイト目が 0xFC 2 バイト目が 0xFF だった場合にスイッチの変更を受付終了 if (pin == 0xFC && state == 0xFF) Serial.println("Switch read stop."); break;

6 // スイッチ判定関数を呼び出し sw_scan(); delay(1200); //LED 制御コマンド受付 for (;;) // シリアルポートにデータが送られている場合 if (Serial.available()) int pin = Serial.read(); // データを変数に格納 int state = LOW; // シリアルポートにデータが送られてくるまでループ for (;;) // シリアルポートにデータが送られている場合 if (Serial.available()) state = Serial.read(); // データを変数に格納 break; // ループから抜ける // 1 バイト~2 バイト目が 0xFE だった場合に LED をすべて消灯 if (pin == 0xFE && state == 0xFE) LedAllOff(); // カップル非成立の場合 else if (pin == 0xFD) digitalwrite(state, HIGH); for (int port = 35; port <= 39; port++) digitalwrite(port, HIGH); delay(1000); for (int port = 35; port <= 39; port++) digitalwrite(port, LOW);

7 delay(2500); Serial.println(".<BGM>0"); digitalwrite(52, HIGH); delay(4000); LedAllOff(); delay(2000); Serial.println(".<BGM>STOP"); Serial.println(".<BTN_ENABLE>"); // カップル成立の場合 else digitalwrite(pin, HIGH); for (int port = 35; port <= 39; port++) digitalwrite(port, HIGH); delay(1000); for (int port = 35; port <= 39; port++) digitalwrite(port, LOW); digitalwrite(state, HIGH); delay(1500); Serial.println(".<BGM>2"); delay(1200); digitalwrite(53, HIGH); delay(17500); LedAllOff(); delay(2000); Serial.println(".<BGM>STOP"); Serial.println(".<BTN_ENABLE>"); delay(1);

8 /* 全 LED を消灯させる関数 */ void LedAllOff() for (int port = 30; port <= 39; port++) digitalwrite(port, LOW); digitalwrite(52, LOW); digitalwrite(53, LOW); void loop() /* 電圧の値からスイッチを判定する関数 */ int sw_judge(int voltage) if (voltage >= 0 && voltage <= 50) return 0; else if (voltage >= 400 && voltage <= 515) return 1; else if (voltage >= 700 && voltage <= 890) return 2; else if (voltage >= 900 && voltage <= 975) return 3; else if (voltage >= 976 && voltage <= 996) return 4; else return -1; /* スイッチの判定結果を配列に格納する関数 */ void sw_scan() /* アナログポート A0~A[swa_count] までを走査 */ Serial.print(".<A>"); for (int i = 0; i < swa_count; i++) int tmp = analogread(i); sw_a[i] = sw_judge(tmp);

9 Serial.print(sw_a[i]); if (i < swa_count - 1) Serial.print("/"); Serial.println(""); /* アナログポート A[swa_count+1]~A[sw_bcount] までを走査 */ Serial.print(".<B>"); for (int i = 0; i < swb_count; i++) int tmp = analogread(i + swa_count); sw_b[i] = sw_judge(tmp); Serial.print(sw_b[i]); if (i < swb_count - 1) Serial.print("/"); Serial.println("");

10 /* PC 側のプログラム (C# +.NET Framework 3.5 使用 ) */ using System; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Windows.Forms; using System.Diagnostics; using System.IO.Ports; using System.Threading; using System.Text.RegularExpressions; using System.Media; namespace FeelingGUI public partial class Form1 : Form string[] bgm = new string[] "29-バツ.wav", "50- 選択中.wav", "78- 成立.wav" ; SoundPlayer sp = null; int[] sw_a = null; int[] sw_b = null; int[] line_a = new int[5]; int[] line_b = new int[5]; int start = 0; Regex regex = new Regex(@"-?[0-9]"); public Form1() InitializeComponent(); private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) // 利用可能 COM 番号を取得 foreach (string port in SerialPort.GetPortNames()) combobox1.items.add(port); if (combobox1.items.count > 0) combobox1.selectedindex = 0; else button1.enabled = false;

11 // シリアルポートの通信速度指定 sp1.baudrate = 57600; InitForm(); // ボタンなどの初期状態を設定 private void InitForm() button2.enabled = false; button3.enabled = false; ResultButtonDisable(); button4.forecolor = Color.Red; button5.forecolor = Color.Red; button6.forecolor = Color.Red; button7.forecolor = Color.Red; button8.forecolor = Color.Red; DrawImage(pictureBox1, 0); DrawImage(pictureBox2, 1); DrawImage(pictureBox3, 2); DrawImage(pictureBox4, 3); DrawImage(pictureBox5, 4); sw_a = new int[] -1, -1, -1, -1, -1 ; sw_b = new int[] -1, -1, -1, -1, -1 ; // BGMを再生する private void BGMPlay(string wav) sp = new SoundPlayer(wav); sp.playlooping(); // BGMを停止する private void BGMStop() sp.stop(); private void button1_click(object sender, EventArgs e)

12 sp1.portname = combobox1.text; // ソフトウェアリセット ON sp1.dtrenable = true; // シリアルポートを開く sp1.open(); す "; if (sp1.isopen) textbox1.text = combobox1.text + " に接続しました通信まで2 秒待機しま this.enabled = false; Thread.Sleep(2000); sp1.dtrenable = false; this.enabled = true; this.sp1.datareceived += new SerialDataReceivedEventHandler(this.sp1_DataReceived); textbox1.text = " シリアル通信を開始します "; button1.enabled = false; button2.enabled = true; button3.enabled = true; // BGM 再生 BGMPlay(bgm[1]); private void button2_click(object sender, EventArgs e) sp1.close(); if (!sp1.isopen) this.sp1.datareceived -= new SerialDataReceivedEventHandler(this.sp1_DataReceived); textbox1.text = sp1.portname + " を切断しました "; button1.enabled = true; button2.enabled = false; button3.enabled = false;

13 start = 0; InitForm(); //BGM 停止 BGMStop(); private void sp1_datareceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e) // シリアルポートから受け取ったデータを変数に格納 string dat = sp1.readline(); Console.WriteLine(dat); if (start!= 0) // 受け取ったデータによって処理を分岐する //.<A> : 男側のスイッチ状態を読み出して配列に格納 if (dat.indexof(".<a>") == 0) string tmp = dat.remove(0, 4); string[] tmp_array = tmp.split('/'); if (tmp_array.count() == sw_a.count()) for (int i = 0; i < tmp_array.count(); i++) if (regex.ismatch(tmp_array[i])) sw_a[i] = Int32.Parse(tmp_array[i]); //.<B> : 女側のスイッチ状態を読み出して配列に格納 else if (dat.indexof(".<b>") == 0) string tmp = dat.remove(0, 4); string[] tmp_array = tmp.split('/'); if (tmp_array.count() == sw_b.count()) for (int i = 0; i < tmp_array.count(); i++) if (regex.ismatch(tmp_array[i])) sw_b[i] = Int32.Parse(tmp_array[i]);

14 else if (dat.indexof(".<bgm>stop") == 0) BGMStop(); else if (dat.indexof(".<bgm>") == 0) string tmp = dat.remove(0, 6); int b = Convert.ToInt32(tmp); if (regex.ismatch(tmp)) BGMPlay(bgm[b]); else if (dat.indexof(".<btn_enable>") == 0) ResultButtonEnable(); 0) // カップルが成立したかどうかを判定し表示領域に描画する for (int i = 0; i < sw_a.count(); i++) for (int j = 0; j < sw_b.count(); j++) if (sw_a[i] == j && sw_b[j] == i && sw_a[i] >= 0 && sw_b[j] >= line_a[i] = 1; line_b[j] = 1; if (i == 0) DrawImage(pictureBox1, i); else if (i == 1) DrawImage(pictureBox2, i); else if (i == 2) DrawImage(pictureBox3, i); else if (i == 3) DrawImage(pictureBox4, i); else if (i == 4) DrawImage(pictureBox5, i); line_a = new int[5]; line_b = new int[5];

15 else if (dat.indexof(".<start>") == 0) start = 1; private void button3_click(object sender, EventArgs e) ino_sendcommand(0xfc, 0xFF); BGMStop(); button3.enabled = false; ResultButtonEnable(); // 表示領域にカップル成立の状態を表示する private void DrawImage(PictureBox p, int id) Bitmap bmp = new Bitmap(p.Width, p.height); Graphics g = Graphics.FromImage(bmp); g.fillrectangle(brushes.white, 0, 0, p.width, p.height); new Point(2, 2)); g.fillrectangle(brushes.darkblue, 0, 0, p.width, 16); g.drawstring((id + 1).ToString(), new Font("MS UI Gothic", 9), Brushes.White, for (int i = 0; i < 5; i++) g.drawstring((i + 1).ToString(), new Font("MS UI Gothic", 9), Brushes.Blue, new Point(10 + (32 * i), 20)); g.drawstring((i + 1).ToString(), new Font("MS UI Gothic", 9), Brushes.Red, new Point(10 + (32 * i), 120)); DrawLine(line_a, i, g, new Point(15 + (32 * i), 37), new Point(79, 75)); DrawLine(line_b, i, g, new Point(15 + (32 * i), 115), new Point(79, 75)); p.image = bmp;

16 // 線を描く private void DrawLine(int[] line, int id, Graphics g, Point p0, Point p1) if (line[id] == 0) g.drawline(pens.whitesmoke, p0, p1); else g.drawline(pens.red, p0, p1); // 特殊コマンド // FC FF : スイッチの受付終了 // FD xx : xx 番の結果発表 // FF xx : delay(0.1 秒単位 ) // 結果発表を行う private void ViewResult(int id, Button btn) int margin = 30; int match = 0; btn.forecolor = Color.Black; ResultButtonDisable(); for (int j = 0; j < sw_b.count(); j++) if (sw_a[id] == j && sw_b[j] == id && sw_a[id] >= 0 && sw_b[j] >= 0) match = 1; byte port = (byte)(id + margin); byte port2 = (byte)(j + sw_a.count() + margin); ino_sendcommand(port, port2); if (match!= 1) byte port = (byte)(id + margin); ResultButtonDisable(); ino_sendcommand((byte)0xfd, port);

17 // 結果発表のボタンを無効化する private void ResultButtonDisable() button4.enabled = false; button5.enabled = false; button6.enabled = false; button7.enabled = false; button8.enabled = false; // 結果発表のボタンを有効化する private delegate void _DButtonEnabled(Button btn, bool enabled); private void ResultButtonEnable() this.invoke(new _DButtonEnabled(DButtonEnabled), new object[] button4, true ); this.invoke(new _DButtonEnabled(DButtonEnabled), new object[] button5, true ); this.invoke(new _DButtonEnabled(DButtonEnabled), new object[] button6, true ); this.invoke(new _DButtonEnabled(DButtonEnabled), new object[] button7, true ); this.invoke(new _DButtonEnabled(DButtonEnabled), new object[] button8, true ); private void DButtonEnabled(Button btn, bool enabled) btn.enabled = enabled; // シリアルポートに引数の2バイト送信する private void ino_sendcommand(byte cmd0, byte cmd1) byte[] b = new byte[] cmd0, cmd1 ; sp1.write(b, 0, b.getlength(0)); private void button4_click(object sender, EventArgs e) ViewResult(0, (Button)sender);

18 private void button5_click(object sender, EventArgs e) ViewResult(1, (Button)sender); private void button6_click(object sender, EventArgs e) ViewResult(2, (Button)sender); private void button7_click(object sender, EventArgs e) ViewResult(3, (Button)sender); private void button8_click(object sender, EventArgs e) ViewResult(4, (Button)sender); private void Form1_FormClosed(object sender, FormClosedEventArgs e) BGMStop(); sp1.datareceived -= new SerialDataReceivedEventHandler(this.sp1_DataReceived); if (sp1.isopen) sp1.close(); Application.Exit(); private void combobox1_textchanged(object sender, EventArgs e) if (combobox1.text.length!= 0) button1.enabled = true;

arduino プログラミング課題集 ( Ver /06/01 ) arduino と各種ボードを組み合わせ制御するためのプログラミングを学ぼう! 1 入出力ポートの設定と利用方法 (1) 制御( コントロール ) するとは外部装置( ペリフェラル ) が必要とする信号をマイ

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