15分でおぼえる！イマドキの電子工作のすゝめ 入門編

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1. 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)
2. @64G806 Name:うに Studying at the National Institute of Tech, Fukushima Collage. (Electrical Engineering) C, C++, Python, Lua...
3. http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/assets_c/2009/ 10/p001-thumb-400x300-thumb-400x300.jpg
4. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ 6/66/Stripboard_AM_Receiver.jpg
5. 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
6. http://akizukidenshi.com/img/goods/C/I-00567.JPG https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/ATmega8_01_Pengo.jpg
7. 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
8. 以前と比べて 電子工作の敷居が 低くなった
9. プログラミングさえできれば 簡単にデバイスを作れる！
10. マイコン楽しい！！！ ✌ ('ω' ✌ )三 ✌ ('ω') ✌ 三( ✌ 'ω') ✌
11. 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
12. 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
13. http://akizukidenshi.com/img/goods/C/I-00567.JPG https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/ATmega8_01_Pengo.jpg
14. 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
15. 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
16. 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
17. 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
18. 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...)
19. 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
20. 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
21. 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
22. 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[]
25. 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
26. 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
27. 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
28. 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
29. 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
30. 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
31. 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
32. 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
33. 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
34. 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)
35. 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
36. 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/
37. 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
38. 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
39. http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2010/08/26/spic_inner.jpg
41. 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
42. 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）
43. IoT (=Internet of Things) モノのインターネット
44. 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
45. 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....
46. 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
47. 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
49. 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
51. 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
52. ESP- WROOM-02 Internet
54. 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
55. 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
56. 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
57. 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