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かずまさいせき
4 years ago
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1 ネットワーク分野研究室ローテーション Raspberry Pi と Processing による IoT デバイス作成演習第 2 回 Processing 入門ディジタル入出力アナログーディジタル変換とセンサ編集履歴 2016/12/12 福嶋 2017/04/18 前田福嶋 2018/05/31 前田

2 はじめに (1/3) 身の周りにはコンピュータがたくさんパソコン携帯テレビ自動車... なぜ何でもコンピュータが使われる?

3 はじめに (2/3) コンピュータは制御の頭脳例 : 自動車の制御昔はアクセルを踏むとガソリン調節弁が機械的に開くコンピュータを使うと? ワイヤーコンピュータが, アクセルからの情報を元に調節量を計算

4 はじめに (3/3) コンピュータによる制御実際には, コンピュータ上で動くプログラム ( ソフトウェア ) が制御しているプログラム (program) : 手順書きの意味プログラムを変えれば制御方式も変えられるし, 違う機器だって制御できる! プログラムこそがコンピュータ制御の本体だ!

5 演習全体の流れ 5 第 2 回 Processing 入門ディジタル入出力アナログ入力とセンサネットワーク第 3 回画像処理音声出力第 4 回自習第 5 回発表

6 6 プログラミング : Processing

7 プログラミングとは 7 コンピュータに指示を与えるための命令書を作ることプログラミング言語手順をコンピュータに教える言語例 :C 言語,Java 今回は Processing というプログラミング言語を使う

8 プログラムの構造 8 構造変数値を記憶しておくところ順次実行上から順番に実行する条件分岐もし A ならば B そうでないなら C を実行する繰り返し同じ処理を繰り返し実行する関数命令をまとめたもの

9 変数 9 プログラムで値を記憶しておくところ変数には型が存在型で決められた値を記憶しておくことが可能型 int: 整数 Int a = -1; Int a = 1; // 全角はだめ float: 実数 Float b = -1.2; String: 文字列 String c = aaaa ; String c= 1.2 ; // これも文字列 Boolean: 真偽 Boolean d = true;

10 順次実行 10 プログラムは上から実行される //GPIO14 を出力に設定 GPIO.pinMode(outPinNum, GPIO.OUTPUT); //GPIO15 を入力に設定 GPIO.pinMode(inPinNum, GPIO.INPUT); ちなみに // は実行されないコメント文

11 条件分岐 11 If-else 文条件が真ならば処理 1, 偽ならば処理 2 を行う If( 条件 ) { 処理 1 } else { 処理 2 }

12 繰り返し 12 for 文初期化式 : 初期化する式条件式 : 条件が真の間実行変化式 : 処理が終わるごとに実行される for( 初期化式 ; 条件式 ; 変化式 ) { 処理 }

13 関数 13 決められた通りの処理を実行して結果を返す一連の命令 process は関数処理 A と処理 B を実行する 1 を結果として返す int process() { 処理 A; 処理 B; return 1; }

14 関数 14 同じ名前の関数は一つだけだめ int process() { 処理 B; return 1; } int process() { 処理 A; return 1; }

15 Processing とは 15 電子アートとビジュアルデザインのためのプログラミング言語初心者が学習するのに適した言語 Java を簡単にしたような言語内部は Java で作成されている

16 Processing 入門 16 特別な関数 draw 常時実行されている関数 mouceclicked マウスクリックされる毎に 1 回実行される関数 setup drawよりも前に最初に一回だけ実行される関数基礎編の演習はこれだけを使った

17 書き方 17 文末はセミコロン ; 全角文字は使えないコメントとの中だけ可能

18 ディジタル回路 18

19 アナログディジタルとは 19 アナログ ( 連続値 ) 例 : アナログ時計 ( 針があるやつ ) 電気光量温度水量湿度ディジタル ( 離散値 ) 例 : ディジタル時計 ( 針がないやつ ) そろばん上段のおはじきと下段のおはじきの位置コンピュータ 0 と 1 だけ

20 コンピュータとディジタル回路 20 コンピュータはデジタル 0 と 1 の組み合わせしか扱えないコンピュータと何かの装置をつなぐためにはデジタルな入出力を受けつける回路が必要秒速 10 回転でモーターを右に回してと指示するのにはの電気信号を流せとしか言えない右か左か秒分時 2 進数で 10 デジタル回路論理回路 2 進数を扱う回路

21 デジタル回路 21 0 と 1 の組み合わせの 2 入力を入れて 0 と 1 の 1 出力を返す回路組み合わせることで,2 進数の入力を 2 進数の出力に変換できるデジタル回路では論理値を電圧として表現 1: 真 True = 5V(3.3),High 0: 偽 False = 0V(GND),Low

22 0 1 の様々な表現 22 0 偽 False Low 0V(GND) 1 真 True High 5V(3.3V)

23 ブレッドボードって? 23 試作実験用の電子回路のこと電子工作が簡単に出来る基盤半田ごていらず ( 英語だとソルダーレスブレッドボード ) before いろんなセンサとラズパイをこれでつないで IoT をする After

24 ブレッドボードルール赤のところには,5V 黒のところには,GND 電源線 ( 赤 :5V, 黒 :GND) 横方向に導通縦方向に導通

25 ディジタル入出力 25

26 概要 26 達成課題 L チカ L チカとは LED( ライト ) をチカチカさせる ( 光らせること ) 電子回路の基本具体的には Raspberry Pi 上で Processing でプログラミング Raspberry Pi とブレッドボードを接続する次から詳細の説明

27 Raspberry Pi と GPIO 27 GPIO(General Purpose Input/Output) Raspberry Piは,High, Lowの電圧の入出力を受けとる端子が存在ここにケーブルを指すことで抜き差してブレッドボードと接続イメージ図

28 GPIO( 詳細 ) 28 Reference:

29 LED 29 LED 発光ダイオード電圧をかけると光る足が長い方が + 足が短い方がー

30 タクトスイッチ 30 スイッチ押したら, オン通常, オフ

31 演習 1 32 Processing を起動 Processing の位置ってどこ?( 左上にある P) ソースコードを開く /home/pi/examcode/01_digital_in_out/digital_in_out/digital_in_out.pde GPIO から制御信号を出力して LED を操作 GPIO にリードスイッチで 0 1 を入力

32 結線 ( 文字 ) 33 5V(5VO) を赤に接続 GND を黒に接続 GPIO23 を LED の抵抗が刺さっていないほうに接続 GPIO24 をスイッチの黒に刺さっていないほうに接続できたら, プログラムを実行

33 結線 ( 図 )

34 注意事項 35 ショートすると再起動します 5V の線を Raspberry Pi の基板や金属部分に接触させないように 5V と GND を直結しないように線の抜き差しはゆっくりと丁寧にリードスイッチはガラスなので割れます

35 アナログーディジタル変換とセンサ 36

36 概要 37 達成課題温度センサの値を取得する温度などの取得したデータをWebに送信具体的には Raspberry Piと温度センサを接続送信したデータをWebで確認次から詳細の説明

37 アナログーディジタル変換 38 アナログーディジタル変換とはアナログ ( 連続値 ) をディジタル ( 離散値 ) に変更することなぜ必要コンピュータで扱えるのはディジタルセンサ ( 例 : 温度センサ ) から取れる値 ( 電圧 ) はアナログコンピュータで扱うためには, アナログからディジタルから変換が必要

38 ADC IC 39 ADC IC Analog-Digital Converter IC アナログからディジタルに変換してくれる IC 今回使う IC は MCP3008 分解能 ADC IC がアナログをどのぐらいの段階でディジタルに分解できるのか MCP3008 は 1024(=2^10:2 進数 10 桁 ) 段階に分解可能 5V/2^10= 約 5 mv の単位で測定可能数値と電圧の関係 0 => 0V 1=> 0.005V 20=>0.1V

39 温度センサ 40 温度センサ温度を電圧に変換してくれるセンサ電圧はアナログ今回使用する LM35DZ は 0 度から 100 度まで測れる 0 度での出力は 0V 1 度あがるごとに 10mV 上昇 0 度 :0V 20 度 :200mV = 0.2V

40 演習 2 41 Raspberry Pi に ADC IC を接続 ADC IC に温度センサを接続 ( 接続済み ) Processing で温度を取得 ( 実行するだけ ) ソースコード /home/pi/examcode/02_adc_ic/adc_ic/adc_ic.pde Processing で取得した値を Web に送信 ( コードに記述済み ) Web ブラウザで値を見る

41 結線 42 IC は, くぼんでる方が上 ADC IC CLK=> D OUT => D IN => CSΤSHDN => SPISCLK SPIMISO SPIMOSI SPICSC

42 課題 43

43 課題 1( ディジタル入出力 ) 44 LED とリードスイッチの接続を変更するリードスイッチ :GPIO24 LED:GPIO23 プログラムも変更該当する GPIO に変更 // 入力に使う GPIO 番号 int inpinnum =24; // 出力に使う GPIO 番号 int outpinnum =23;

44 課題 2( アナログ入力とセンサ )45 温度を摂氏から華氏に変換して表示摂氏から華氏への変換式小数点で書くこと = ディジタル値を温度に変換している部分ディジタル値を電圧に変換して 100 倍すれば摂氏 float digital2temp(int digital, float vref) { } float c = digital2volt(digital, vref)*100; return c; 表示する方法 println( 表示する値 ); 文字列は + でつなげることができる

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