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ぎんとたけはな
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AITC シニア技術者勉強会第 2 回複雑なセンサーからサーボモータまで 2018 年 02 月 17 日先端 IT 活用推進コンソーシアムクラウド

2 本日のゴール第 1 回環境構築デジタル出力 :LED アナログ入力 : 照度センサアナログ入力 : マイク距離センサ高度なデジタル出力 : フルカラー LED センサの値でフルカラー LEDを発色させる第 2 回高度なアナログ入力 : 加速度センサ高度なデジタル入力 : 温度センサ高度なアナログ出力 : サーボモータセンサの値でサーボモータを動かしてみる 25 ページへ 2

加速度センサ 3 軸加速度センサモジュール http://akizukidenshi.

で取得安い簡単扱い易い Arduino シールドの加速度センサもある http://akizukidenshi.

4 加速度センサ 3 軸加速度センサモジュール X, Y, Z 軸の各加速度をアナログ (Arduino は 0~1023) で取得安い簡単扱い易い Arduino シールドの加速度センサもある 14bit 精度 (0~ 16,383 ) 9 軸 + 地磁気 Arduino の上に乗せて動かしやすい複雑な計算を内部でやってくれる 4

5 加速度センサ : 配線 3 軸加速度センサモジュール KXR 今は使わない右上が 1 番ピン 4 番は使わない 5

6 加速度センサを使う :1 x, y, z の各要素を表示 void setup() { Serial.begin(9600); void loop() { int x = analogread(0); int y = analogread(1); int z = analogread(2); Serial.println ("x:" + String(x) + " y:" + String(y) + " z:" + String(z)); delay(100); sample3_1.txt このセンサの制限事項精度が低い analogread() が 0.1msec かかるので x,y,z を同時に読めない 6

7 加速度センサを使う :2 初期状態からの傾きを表示 int startx = 0; int starty = 0; int startz = 0; void setup() { pinmode(8, OUTPUT); // LED に接続 pinmode(9, OUTPUT); // LED に接続 pinmode(10, OUTPUT); // LED に接続 Serial.begin(9600); startx = analogread(0); starty = analogread(1); startz = analogread(2); LED を 3 つにする 8,9,10 に接続 void loop() { int x = analogread(0); int y = analogread(1); int z = analogread(2); digitalwrite(8, LOW); // いったん消す digitalwrite(9, LOW); // いったん消す digitalwrite(10, LOW); // いったん消す Serial.print ("sx:" + String(startX) + " "); if ((int)(startx/10) > (int)(x/10)){ // 割った数で感度を調整 digitalwrite(8, HIGH); Serial.print ("> "); else if ((int)(startx/10) == (int)(x/10)){ digitalwrite(9, HIGH); Serial.print ("== "); else if ((int)(startx/10) < (int)(x/10)){ digitalwrite(10, HIGH); Serial.print ("< "); Serial.println ("x:" + String(x) + " y:" + String(y) + " z:" + String(z)); delay(100); sample3_2.txt 7

9 温湿度センサ温湿度センサ :DHT11 サンプリング間隔 :2 秒以上湿度センサ部精度 :±5% ) 温度センサ部精度 :±2 ) シリアル通信部形式 : 単線バス ( 双方向 ) 高価なものは精度も高い今は使わない貸し出します抵抗の値に注意 10KΩ( 茶黒橙金 ) 9

10 温湿度センサを使うライブラリをダウンロード使用するライブラリはセンサによって違うので注意ダウンロード先開発環境に追加スケッチライブラリをインクルード ZIP 形式のライブラリをインストール dht11.zip を指定サンプルコードを開く sample3_dht11.txt を開いて開発環境にコピペする 10

11 こんなモノを作ってみよう加速度センサ傾きを LED で可視化する x, y, z の傾き具合を LED で表現フルカラー LED で傾き度合いを表現 ( 少 : 青中 : 黄大 : 赤 ) ランダム (random(400, 600)) で出した傾きを探すゲームグラスに付けてグラスを傾けた回数をカウントするアルコール : 頻度が多いと警告飲料水 : 頻度が少ないと警告動きを検出し LED を点灯したままにする温湿度センサ乾燥していると LED を点灯させる快適度をフルカラー LED で表現する ( 乾燥 : 黄暑 : 赤湿気 : 青 ) 11

13 サーボモータマイクロサーボ :SG-90 1 度単位に角度を指定できる制御角 :±90 度 (0~180 度 ) 動作速度 :0.1 秒 /60 度配線 : 茶 =GND 赤 = 電源 [+] 橙 = 制御信号消費電力に注意 3 つ以上や大きいモノを動かしたければ別電源を準備する偽物に注意今は使わない 13

14 1 秒間隔で動く #include<servo.h> Servo servo4; void setup() { Serial.begin(9600); サーボモータを使う :1 servo4.attach(4); // 4 番ピンにSG90を接続 void loop() { Serial.println ("0"); servo4.write(0); delay(1000); Serial.println ("180"); servo4.write(180); delay(1000); sample4_1.txt 制限事項動作するのに時間がかかる 0~180 度の間しか動かない間に 90 度も入れてみる 14

attach(4); // 4 番ピンにSG90を接続 void loop() { int val = analogread(0); // アナログ 0 番を読む // 0~1023 を 0~180

15 サーボモータを使う :2 センサの値で動作アナログセンサの値 (0~1023) によって角度を変える #include<servo.h> アナログなら何でも OK Servo servo4; void setup() { Serial.begin(9600); 今は使わない servo4.attach(4); // 4 番ピンにSG90を接続 void loop() { int val = analogread(0); // アナログ 0 番を読む // 0~1023 を 0~180 に割り当てる int r = ((float)val)/1023*180; Serial.println ("val:" + String(val) + " r:" + String(r)); servo4.write(r); delay(100); sample4_2.txt float を使う理由を説明 15

16 こんなモノを作ってみよう LED やフルカラー LED も連携させるネギ振り装置複数のサーボモータを動かしてみる加速度センサと連携常に水平を保ち続ける 16

18 クラウド接続イーサネットシールド 2 1 の販売は終了 (1 と 2 は使用するライブラリが違う ) 有線 LAN なので使い勝手はイマイチ無線 LAN は技適を通ったものは高価だし使い方が違う互換品は安価だけど LAN ケーブルや Hub が適当なものだと動作が不安定最低 1 つは純正品を持っておいた方が安心今は使わない今は使わない 18

19 クラウド側の準備アップロード先 PHP で独自に ( 適当に ) 実装興味のある人はクラウド側ディレクトリを参照さくらインターネットのレンタルサーバを使用月額 129 円の契約で実現可能オススメは月額 515 円のスタンダードプラン値のアップロード方法 HTTP 通信 (80 番ポート ) で接続し以下のリクエストを行う GET /aitc/?id=aaa&val=0 HTTP/1.0 Host: aramoto.sakura.ne.jp 値の取得方法 HTTP 通信 (80 番ポート ) で接続し以下のリクエストを行う GET /aitc/?id=aaa&last=1 HTTP/1.0 Host: aramoto.sakura.ne.jp レスポンス "2017/02/19 16:10:39",460 最終更新年月日とその値 19

20 アナログセンサの値をクラウドにアップする #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> // 他の人と重複しないように A~F の範囲で適当に変える byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xEF ; void setup() { Serial.begin(9600); // start the Ethernet connection: Serial.println("REQUEST IP address..."); for (; Ethernet.begin(mac) == 0;) { Serial.println("Failed to configure Ethernet using DHCP"); Serial.println(Ethernet.localIP()); delay(1000); sample4_3.txt クラウド接続 :1 void loop() { Serial.println(" "); int val = analogread(0); Serial.println("val:" + String(val)); Serial.print("connecting... "); EthernetClient client; char server[] = "aramoto.sakura.ne.jp"; String id = "aaa"; // ユーザー名を指定 if (client.connect(server, 80)) { Serial.println("connected & send"); // Make a HTTP request: client.println("get /aitc/?id=" + id + "&val=" + String(val) + " HTTP/1.0"); client.println("host: " + String(server)); client.println("connection: close"); client.println(); else { Serial.println("connection failed"); << 省略 >> アップできたか確認 PC/ スマホでアクセス Serial.println("disconnecting..."); client.stop(); delay(1000); 20

21 クラウド接続 :2 クラウド上の値を取得しサーボモータを動作させる PC/ スマホでアクセスしクラウド上の自分の値を変更今は使わない今は使わない 21

22 クラウド接続 :2 クラウド上の値を取得しサーボモータを動作させる #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> #include<servo.h> Servo servo4; // 他の人と重複しないように A~F の範囲で適当に変える byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xEF ; void setup() { Serial.begin(9600); servo4.attach(4); // 4 番ピンに SG90 を接続 << 省略 >> void loop() { Serial.println(" "); Serial.print("connecting... "); EthernetClient client; char server[] = "aramoto.sakura.ne.jp"; String id = "aaa"; // ユーザー名を指定 if (client.connect(server, 80)) { Serial.println("connected & send"); // Make a HTTP request: client.println("get /aitc/?id=" + id + "&last=1" + " HTTP/1.0"); client.println("host: " + String(server)); client.println("connection: close"); client.println(); else { Serial.println("connection failed"); sample4_4.txt delay(1000); Copyright 2016 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. char c2 = ' 0'; bool body = false; String lines = ""; while (client.connected()) { if (client.available()) { char c = client.read(); // Serial.print(c); if (c!= ' r') { // ' r' はヤヤコシイから無視 if (c == ' n' && c2 == ' n') { // 改行が 2 つ連続ヘッダが終了 body = true; continue; if (body) { lines = lines + c; c2 = c; else { delay(1); Serial.println("disconnecting..."); client.stop(); // 受信したデータを処理する // Serial.println("lines:" + lines); // BODY 部を確認 String str = lines.substring(lines.indexof(",") + 1); // CSVの2カラム目以降を抽出 // Serial.println("str:" + str); char carray[6]; str.tochararray(carray, sizeof(carray)); int val = atoi(carray); // 文字列 int に変換 Serial.println("id:" + id + " val:" + String(val)); int r = ((float)val)/1023*180; Serial.println ("val:" + String(val) + " r:" + String(r)); servo4.write(r); 22

23 現行方式での課題レスポンスが悪いサーバ上の値を変えてからサーボが動き出すまでが遅い反応するまでの時間にムラがある通信量が多い変化していなくても通信が発生するパケ放題じゃないとツライロングポーリング方式に変更詳しくは Comet を参照 23

25 AITC シニア技術者勉強会第 1 回 L チカからセンサーに反応するフルカラー LED まで 2018 年 01 月 20 日先端 IT 活用推進コンソーシアムクラウドテクノロジー活用部会リーダーアドソル日進株式会社荒本道隆 Copyright 2018 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.

26 第 1 回本日のゴール環境構築デジタル出力 :LED アナログ入力 : 照度センサアナログ入力 : マイク距離センサ高度なデジタル出力 : フルカラー LED センサの値でフルカラー LEDを発色させる第 2 回高度なアナログ入力 : 加速度センサ高度なデジタル入力 : 温度センサ高度なアナログ出力 : サーボモータセンサの値でサーボモータを動かしてみる 26

2005 年にイタリアで始まり当時入手可能だった他の学生向けのロボット製造用コントロールデバイスよりも安価なプロトタイピングシステムを製造することを目的にスタートした設計グループは多くの競合製品よりも遥かに安価で簡単に使用できるプラットフォームの開発に成功した

27 Arduino とは Arduino はスタンドアロン型のインタラクティブデバイス開発だけでなくホストコンピュータ上のソフトウェア ( 例えば Adobe Flash Processing Max/MSP Pure Data SuperCollider) で制御することもできるオープンソースハードウェアでありハードウェア設計情報の EAGLE ファイルは無料で公開されており組み立て済みの基板を購入することもできるほか誰でも自分の手で Arduino を組み立てることができる Arduino プロジェクトは 2005 年にイタリアで始まり当時入手可能だった他の学生向けのロボット製造用コントロールデバイスよりも安価なプロトタイピングシステムを製造することを目的にスタートした設計グループは多くの競合製品よりも遥かに安価で簡単に使用できるプラットフォームの開発に成功した Arduino ボードは 2008 年 10 月までに 5 万ユニット以上 [3] が 2011 年 2 月で約 15 万台 [4] 販売されている Arduino プロジェクトは 2006 年度のアルスエレクトロニカ賞で名誉言及を受けている [5][6][7] ウィキペデアより 27

28 Arduino の特徴アナログデジタルの入出力が複数あるそこにセンサやリレーを簡単に接続できる豊富なシールドイーサネット, GPS, LCD, モーター制御センサ以外は使い慣れた技術用語が多い USB, シリアル, HTTP, TCP/IP 取り扱いが容易不器用な私でも何とかなった無線シールドの半田付けに失敗し 3 つほど捨てたけどそんなに高くない壊してしまっても大人なら平気色々と追加すると Raspberry PI の方が安上がりな場合も 28

29 機器購入時の注意事項無線 LAN, Bluetooth は技適が付いているか? 海外の無線シールドには技適が付いていない技適が付いていないものを使うデメリット発表時に構成を詳しく言えない電波法違反 = 1 年以下の懲役又は 100 万円以下の罰金刑に処せれる有線無線変換が簡単配置時電源の確保スマホの充電で使う USB アダプタが大活躍センサだけなら電池でも結構持つ無線 LAN を電池で使いたいなら省電力のものを選択 Amazon PLANEX 充電万能 2 ポート USB 充電器ホワイト 1,002-29

30 Arduino の概要デジタル入出力 ( プログラムで切り替え ) 出力にすると 5V, 40mA 電源アナログ入力 (0~1023 の範囲 ) 30

31 ブレッドボードの概要横につながっている a~e, f~j 横につながっている +- だけ縦につながっている GND 5V 31

32 プロトタイピング開発時テスト配置時 32

注意事項回路変更時には必ず電源を抜く抵抗値の計算についてよく分からなければ計算用サイトを利用 http://diy.tommy-bright.com/ Arduino の電流量は貧弱 5V, 40mA 比較例 : 単三電池は 1.

33 注意事項回路変更時には必ず電源を抜く抵抗値の計算についてよく分からなければ計算用サイトを利用 Arduino の電流量は貧弱 5V, 40mA 比較例 : 単三電池は 1.5V, 100mA サーボモータなど大電流が必要な物は別電源が必要 24 時間運転する場合はちゃんとケースに入れましょう 33

34 ドライバと開発環境をインストールダウンロード Windows Windows ZIP file をダウンロードして解凍 drivers arduino.inf を右クリックしてインストール Arduino を接続 arduino.exe で IDE を起動メニューのツールからシリアルポート COM3 (PC によって違う ) を選択マイコンボード Arduino Uno を選択 Mac Mac OS X をダウンロードして解凍 Arduino を接続 arduino で IDE を起動メニューのツールからシリアルポート /dev/tty.usbmodem3d11 を選択マイコンボード Arduino Uno を選択 34

35 練習問題 LED を点ける状況が目視できるようになる 5V と GND を取り出す 5V 側に抵抗を入れる LED の仕様で抵抗値は違う抵抗無しだと焼き切れる事も足の長い方が + 挿し易いようにカット済み 35

36 ステップ 1-1 デジタルの 8 番 LED を 1 秒ごとに点滅させるデジタルの 8 番を LED の + に接続さっきまでの 5V の線は外す足が長い方が右 36

$書き込みおまけ高速に点灯と消灯を繰り返せば明るさを調節できるちょっと発展形 #define LED_OUTPUT 8 書き込んだら自動で実行開始 boolean led = false; void setup() { pinmode(led_output, OUTPUT);$

37 ステップ 1-2 LED を 1 秒ごとに点滅させる次にプログラムを作成 1. コンパイル 2. 書き込みおまけ高速に点灯と消灯を繰り返せば明るさを調節できるちょっと発展形 #define LED_OUTPUT 8 書き込んだら自動で実行開始 boolean led = false; void setup() { pinmode(led_output, OUTPUT); void loop() { led =!led; // 反転 digitalwrite(led_output, led); delay(1000); sample1_1.txt 37

38 ステップ 2-1 照度センサの値を PC で参照照度センサをアナログの 0 番に入力向きが重要なものもある照度センサ A0 へ入力センサ 38

39 ステップ 2-2 照度センサの値を PC で参照プログラムを作成実行後はツールシリアルモニタで確認 #define LED_OUTPUT 8 #define CDS_INPUT 0 boolean led = true; void setup() { Serial.begin(9600); void loop() { int val = analogread(cds_input); Serial.print ("CdS :"); Serial.print (val); Serial.println(); delay(1000); sample1_2.txt 39

40 ステップ 3 暗くなったら LED を灯すを実現ステップ 2 のプログラムを改良 #define LED_OUTPUT 8 #define CDS_INPUT 0 boolean led = LOW; void setup() { pinmode(led_output, OUTPUT); // Serial.begin(9600); void loop() { int val = analogread(cds_input); if (val < 400){ // 暗ければ led = HIGH; // 点ける else { // そうでなければ led = LOW; // 消す digitalwrite(led_output, led); delay(100); // 反応の遅延を減らす sample1_3.txt 閾値 (400) は場所に合わせて調整 40

42 距離センサシャープ距離モジュール測定したい距離によって数種類ある 10~80cm 20~150cm 1~5.5m 各ピンの説明白色 : 距離出力アナログ 0 番へ接続して LED 操作赤色 : クランド黒色 : 電源入植 (DC5V) 貸し出します抵抗は不要色が常識と違うっ!! 42

43 マイクアナログサウンドセンサモジュールアンプが実装されているので取り扱いが簡単貸し出します注意 : アンプが無いモノは扱いが難しいので注意各ピンの説明青色 : 音声出力アナログ 0 番へ接続して LED 操作赤色 : 電源入力 (DC5V) 黒色 : グランド抵抗は不要めいっぱい右に回す 43

44 マイク用の工夫音に反応したら 1 秒間 LED を点灯させる課題 : 逆にして音に反応して消灯させる void setup() { pinmode(8, OUTPUT); Serial.begin(9600); int count = 0; void loop() { int val = analogread(0); Serial.println (val); if (val > 10) { // 一定以上の音なら count = 100; // LED を点灯させておく時間 if (count > 0) { digitalwrite(8, HIGH); // 点灯 count--; else { digitalwrite(8, LOW); // 消灯 delay(10); 閾値 (10) は調整 sample1_4.txt 44

46 フルカラー LED:1 貸し出しますマイコン内蔵 RGB LED 様々な形状のものがあり RGB 値で好きな色を作れる複数を数珠つなぎにできる沢山のLEDを使う場合 5VとGNDを別電源から取る Arduinoの電力が足りなくなると動作が不安定になる短い脚を左にし DO と DIN を数珠つなぎ 46

47 フルカラー LED:2 フルカラーシリアル LED テープ接続がとても楽ワニ口クリップを使う時はショートしないように注意 1m 版 (3.18A) を使う時は別電源から取るマイコン内蔵 RGB LED と同じプログラムで動作プログラムの修正点貸し出します Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); 47

48 フルカラー LED を使う準備ライブラリをダウンロード使用するライブラリは LED によって違うので注意ダウンロード先 Clone or download Download ZIP 開発環境に追加スケッチライブラリをインクルード ZIP 形式のライブラリをインストール Adafruit_NeoPixel-master.zip を指定コントロールはデジタル 8 番ピンを使用 #define PIN 8 48

49 フルカラー LED を点灯秒間隔に点灯消灯を繰り返す課題 :RGB の組み合わせで好きな色を作成 #include <Adafruit_NeoPixel.h> #define PIN 8 #define NUMPIXELS 5 Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800); void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println ("START"); pinmode(13, OUTPUT); digitalwrite(13, HIGH); // DIGITAL13 を 5V として使用 pixels.begin(); // This initializes the NeoPixel library. void loop() { // 点灯 pixels.setpixelcolor(0, pixels.color(150, 0, 0)); // RED pixels.setpixelcolor(1, pixels.color( 0, 150, 0)); // GREEN pixels.show(); // 反映 delay(500); // ちょっと間をあける pixels.clear(); // 消灯 pixels.show(); // 反映 delay(500); // ちょっと間をあける sample2_1.txt 49

50 フルカラー LED を点灯 -2 色をランダムに変える #include <Adafruit_NeoPixel.h> #define PIN 8 #define NUMPIXELS 5 Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800); void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println ("START"); pinmode(13, OUTPUT); digitalwrite(13, HIGH); // DIGITAL13 を 5V として使用 pixels.begin(); // This initializes the NeoPixel library. void loop() { // ランダムで点灯 for (int i = 0; i < NUMPIXELS; i++) { int c = random(1,8); // ランダムで1-7を発生させる pixels.setpixelcolor(i, pixels.color((c&1)*150, (c&2)*150, (c&4)*150)); pixels.show(); delay(500); // ちょっと間をあける sample2_2.txt 50

51 フルカラー LED を点灯 -3 炎を表現してみる #include <Adafruit_NeoPixel.h> #define PIN 8 #define NUMPIXELS 5 Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIN, NEO_RGB + NEO_KHZ800); void setup() { Serial.begin(9600); Serial.println ("START"); pinmode(13, OUTPUT); digitalwrite(13, HIGH); // DIGITAL13 を 5V として使用 pixels.begin(); // This initializes the NeoPixel library. void loop() { // 炎っぽさを表現 for (int i = 0; i < NUMPIXELS; i++) { int c = random(10,100); // ランダムでを発生させる pixels.setpixelcolor(i, pixels.color(c, 0, 0)); // 赤だけ使用 pixels.show(); delay(random(10,100)); // 間隔もランダムで sample2_3.txt 51

53 こんなモノを作ってみよう距離センサー + フルカラー LED 距離を色と数で表現近づくと警告最適な距離を指示マイク + フルカラー LED 炎を表現音があると消灯リセットで復活音があると点灯一定時間経過で元の状態に戻る過去最大音を色と数で表現 LED が複数あれば直近 10 秒前 20 秒前と使い分ける拡張案 :delay(); の値を短くし音の反応をよくする 53

54 マイク + フルカラー LED-1 過去最大音を LED で表現 setup() までは省略 int max = 0; void loop() { int val = analogread(0); Serial.println (val); if (val > max){ max = val; if (max <= 10){ // 低い int c = (max + 1) * 20; pixels.setpixelcolor(0, pixels.color(0, 0, c)); // 青 else if (max <= 20){ int c = (max-10+1) * 20; pixels.setpixelcolor(0, pixels.color(c, c, 0)); // 黄 else { int c = (max-20+1) * 20; if (c > 255) c = 255; pixels.setpixelcolor(0, pixels.color(c, 0, 0)); // 赤 pixels.show(); delay(10); sample2_4.txt 54

55 マイク + フルカラー LED-2 イルミネーションを息で消す int count = 0; // マイナスで消灯プラスで点灯 void loop() { int val = analogread(0); Serial.println (val); if (val > 10){ count = -1000; if (count < 0){ pixels.clear(); // 全部消す pixels.show(); delay(5); count++; return; 音で点灯もやってみよう近づいたら点灯もやってみよう閾値 (10) は調整 if (count > 100){ for (int i = 0; i < NUMPIXELS; i++) { int c = random(1,8); // ランダムで 1-7 を発生させる pixels.setpixelcolor(i, pixels.color((c&1)*150, (c&2)*150, (c&4)*150)); pixels.show(); count = 0; delay(5); // 反応を良くするため小さい値にする count++; sample2_5.txt 55

56 後片付け借し出したものを返却してください壊れたかな? と思ったら言ってください 56

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PowerPoint プレゼンテーション AITC シニア技術者勉強会第 1 回 L チカからセンサーに反応するフルカラー LED まで 2018 年 01 月 20 日先端 IT 活用推進コンソーシアムクラウドテクノロジー活用部会リーダーアドソル日進株式会社荒本道隆 Copyright 2018 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.