15分でおぼえる！イマドキの電子工作のすゝめ入門編

by Ryo Owada

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15分でおぼえる！イマドキの電子工作のすゝめ入門編 2015.12.20 kosenconf-100tokyo うに (@64G806)

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@64G806 Name:うに Studying at the National Institute of Tech, Fukushima Collage. (Electrical Engineering) C, C++, Python, Lua...

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http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/assets_c/2009/ 10/p001-thumb-400x300-thumb-400x300.jpg

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https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ 6/66/Stripboard_AM_Receiver.jpg

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初心者から見たイメージ • 難しそう • 面倒くさそう • どうやればいいの？ • ハンダ付けが怖い • 回路が燃えそう ....etc

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http://akizukidenshi.com/img/goods/C/I-00567.JPG https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/ATmega8_01_Pengo.jpg

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http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/412/951/4.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Arduino_Uno_-_R3.jpg

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以前と比べて電子工作の敷居が低くなった

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プログラミングさえできれば簡単にデバイスを作れる！

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マイコン楽しい！！！ ✌ ('ω' ✌ )三 ✌ ('ω') ✌ 三( ✌ 'ω') ✌

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Agenda 1. マイコンの紹介 2. 電気(電子)回路を学ぶ 3. マイコンへのプログラミング 4. IoT モノのインターネット

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マイコンの紹介 • 表面実装・DIP型 • PIC, AVR, H8, ARM(NXP)... • プロトタイピングボード • Arduino, mbed • Raspberry Pi, BeagleBone, Edison

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http://akizukidenshi.com/img/goods/C/I-00567.JPG https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/ATmega8_01_Pengo.jpg

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表面実装・DIP型 • 安価(数十円で買えるものも存在) • C, アセンブラで書く • プログラムの書き込みに書き込み用のデバイス（ライター）が必要 • 初心者には敷居が高い

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http://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/412/951/4.jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Arduino_Uno_-_R3.jpg

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プロトタイピングボード • 高価（安くて2000円台ぐらい？） • Cで書く（他言語でもできるものも存在） • 手軽に動かすことができる • IoTデバイスも簡単に作れる

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Arduino • 2000円台で購入できる • AVRマイコン搭載 • C言語風の構文 • 文献が多い • シールドを付けることでEthernetなど機能を増やせる

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mbed • ARM社のプロトタイピング用ワンボードマイコン開発環境 • NXP社他から発売(LPC1768→6k円) • Arduinoより高性能 • オンラインで開発(C++) • オフラインでもできます(gcc...)

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Raspberry Pi •開発の自由度は高い • Linuxが動くため、あらゆる言語を使って開発が可能 •入出力ポートが豊富 •Raspberry Pi 2で5000円 •Raspberry Pi Zeroは$5 • ちっこい

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こういった人におすすめ • とにかく小型のデバイスを作りたい！ →DIP型のマイコン(PIC,ARM...) • 初めてなので簡単にできるものから... →Arduino（おすすめはArduino Uno） • GPIOたくさん使いたい！もっと高性能！ →mbed（おすすめはLPC1768） • ネットに繋がるデバイスを作りたい！ →Raspberr Pi

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電気(電子)回路を学ぶ • 簡単な法則 • 回路の構成要素 • 最低限覚えて欲しい部品 • その他回路の構成要素 • 実際に購入 • ブレッドボードの使い方

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簡単な法則 • オームの法則(Ohm’s law) • 電気回路で最も重要な公式（てか中学校ぐらいで学んだよね？？？） • 電圧の式 = [] • ：抵抗[Ω] • I：電流[]

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最低限覚えて欲しい部品(1) • 抵抗(resistor) • 電流を流れにくくする • 電流の制限、電圧の分流... https://cdn.sparkfun.com/assets/c/4/a/9/d/515c7a2bce395f653d000002.png http://d-engineer.com/img/el_010.gif http://d-engineer.com/img/el_009.gif

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http://akizukidenshi.com/img/goods/C/R-25102.JPG この場合 • 1桁目：茶(1) • 2桁目：黒(0) • 乗数：赤(102) • 誤差：金(±5) 10×102=1000より 1000[Ω]=1[kΩ] ※誤差は±5[%] 色数字乗数許容誤差 [%] 黒 0 100 - 茶 1 101 ±1 赤 2 102 ±2 橙 3 103 - 黄 4 104 - 緑 5 105 - 青 6 106 - 紫 7 107 - 灰 8 108 - 白 9 109 - 金 - 10-1 ±5 銀 - 10-2 ±10 無色 - - ±20

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最低限覚えて欲しい部品(2) • トランジスタ • 半導体素子 • 電気信号の増幅、スイッチング... • バイポーラ, FET... http://tienthinhpro.com/files/posts/images/11-2014/mach-dao-dong- da-hai-dung-tranzitor-nguoc-c1815.jpg

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最低限覚えて欲しい部品(3) • LED(発光ダイオード) • ダイオードの一種 • 順方向(＋から−)に電圧を加えると発光 http://dlpy.scoom.com/files/2010/03/led.jpg

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その他回路の構成要素(1) • コイル(inductor) • 磁気エネルギーを蓄える • ノイズ除去、変圧、フィルタ... https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Inductor_symbol.svg/512px- Inductor_symbol.svg.png http://www.engineersblogsite.com/wp-content/uploads/2013/12/inductors.png

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その他回路の構成要素(2) • コンデンサ(capacitor) • 電気エネルギーを蓄える • 電圧の安定化、ノイズ除去、フィルタ... http://d-engineer.com/img/el_011.gif https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Capacitors_%287189597135%29.jpg

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その他回路の構成要素(3) • ダイオード • 整流作用(電流が逆流しないよう一方通行にする性質)を持つ • 整流、定電圧、検波... http://d-engineer.com/img/el_012.gif http://cdn.instructables.com/FOK/LF2O/H5JVY45Y/FOKLF2OH5JVY45Y.MEDIUM.gif

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静電気による影響(1) • 静電気って何だ • 物体に溜まって動かない電気 • 電気は流れやすい方向に行くので金属などに触れると放電する(=痛みを伴うこともある) • 静電気の放電が起きることで電子部品が破壊される可能性がある https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E9%9B%BB%E6%B0%97#/ media/File:Static_attraction.jpg

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静電気による影響(2) • なぜ静電気で電子部品が破壊される？ • 静電気の放電では数千[V](=数[kV])の電圧が瞬間的に発生する • 普通の電子部品は数千[V]の電圧をかけることは想定していない(特にMOS半導体は100[V] 程の電圧がかかるだけで半導体の機能を失う) ＝電子部品は静電気に弱い

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静電気による影響(3) • 静電気で壊れないようにするには • 作業前に静電気を体から除去する (建物の壁に数秒触れると痛みを伴わずにじっくり放電される) • 帯電防止の作業着を着る (うちの電気工学科の作業着は帯電防止加工してあるらしいです)

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実際に購入(1) • 秋月電子通商 • 超有名な電子部品屋 • 回路素子からマイコン、初心者キットや工具など • 大抵の電子部品はここで変えるし安い • アキバ、八潮(埼玉)、オンラインショップ https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%8B%E6%9C%88%E9%9B%BB%E5%AD%90%E 9%80%9A%E5%95%86#/media/File:Akiduki_Denshi_Akihabara_Tokyo_2013_01.jpg

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実際に購入(2) • スイッチサイエンス • マイコンボードに関して種類が豊富 • 初心者向けのパーツが多く取っ付き易い • オンラインショップのみ https://www.switch-science.com/

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実際に購入(3) • 千石電商 • マルツパーツ • RSオンライン • Aitendo • 海外通販 ...etc

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ブレッドボードの使い方 • ブレッドボード • ハンダ付け不要の実験基板 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%83%E3%83%89%E 3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%89#/media/File:400_points_breadboard.jpg

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http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2010/08/26/spic_inner.jpg

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マイコンへのプログラミング • マイコンによって書き方は異なる • マイコン別にリファレンス等を参考にすべし • 基本的にはカンタン • Cライクで書くマイコンが多い

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自分で探せ（ネットとか書籍にいろいろ詳しく書いてあるのでそっちを参考にするべき）

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IoT (=Internet of Things) モノのインターネット

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IoT(モノのインターネット) • 要は「モノ」がネットに繋がることで「モノ」同士などが相互に制御できる仕組み • スマート家電が良い例 • エアコンや照明など • 離れた場所から操作できる

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IoT時代の電子工作 • ネットに繋がる • 遠隔地から操作できる、情報を取得できる... • カンタンに作れる • プロトタイプボードを使用して簡単にプログラミング、カンタンに回路製作 • 参考になる情報がたくさん • 技術ブログ, Github, Qitta, 勉強会....

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Raspberry Pi • Linuxが動いてGPIOが使えるマシン • EthernetやUSBポートがあるのでIoTには最適 • プログラムの開発がし易い • 書ける言語の幅が多い https://ja.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi#/media/File:Raspberry_Pi_ 2_Model_B_v1.1_top_new_%28bg_cut_out%29.jpg

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簡単なIoT(1) • 部屋の明るさに応じてtwitterにpostする • cdsセル(フォトレジスタ)と呼ばれる、光の強さに応じて抵抗の値が変化する部品を使う • cdsの値をArduinoで読み取る • Arduino→PC：USBのシリアル通信を使用 • PC上でスクリプトを立てる

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簡単なIoT(2) • cdsの抵抗値は10~100[kΩ](部品による) なので分圧の法則から電圧を求める • ,-,./012- = 33 4 5678 595678 V • ,-,./012- の値がArduino上では5 V を最大として10bitで出力される

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ネットに繋がるスイッチ • ESP-WROOM-02 • 技適付き中華無線LAN モジュール • Arduinoでプログラミングできる • 秋月で500円前後 • 回路 • スイッチ、LEDを付けたのみ http://akizukidenshi.com/img/goods/L/M-09607.jpg

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ESP- WROOM-02 Internet

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プログラム • 指定された無線APに接続→待機 • ボタンが押されたら... • IFTTTにリクエスト送る • 完了したらLEDを点滅させる • ボタン押したその後の処理はIFTTT上で

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応用すれば... • 人感センサーなどを使って、センサーが感知した時にツイート • ネットから天気予報を拾って、結果を元にLEDの色を変えたりLCD表示 • 気温、湿度などをセンシングしてデータベースに蓄積しておく ...etc

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なんとなく電子工作したい方へ • Arduinoの初心者用キット買うことをお勧めします • スイッチサイエンス,Amazonで4000円前後 • Arduino Unoとスイッチ、LED、ジャンパ線などが付属 • Arduinoをはじめよう(オライリー)を買うといいかも

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ガチで電子工作したい方は • 回路設計から始めることをお勧めします • Make: Electronicsとかオススメ • 自分でユニバ基板にハンダしてもよし • プリント基板外注、自分で作るもよし • DIP型マイコンを使うとよい • PICは少し面倒 • ARMだとmbedコンパイラで書けるためラク