Arduinoをこれから始める人のためのArduino紹介スライドβ版
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このスライドはArduinoをこれから始める人のために作成したArduino紹介スライドβ版です。Arduinoで何ができるのか、どうやって始めたらいいのか、どうやって動かすのかを分かり易くまとめました。
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- 2. Index • 自己紹介 • What • How • Warning • Key Word • IDE • Circuit – 工事中 • Reference • Appendix 2
- 3. 自己紹介 • 2010年 熊本大学情報電子工学専攻修了（修士） • 2013年 熊本大学情報電子工学専攻修了（博士） – 1年間、民間経験, 5ヶ月間、熊大で研究補助 • 2014年～ 熊本高専助教 • 専門：GPS/GNSS、いろいろ計測 • 得意技：電子工作, プログラミング • 好きなこと：登山、釣り、作ること 3
- 4. これまでの代表作品（予定含む） • 自動走行ロボ • 全身反応測定器 • 温度場計測デバイス • 野生動物追跡システム • 無線制御式LED制御デバイス • 遠隔雨水タンク監視・排水システム • 車椅子利用者負荷量計測デバイス 4
- 5. 5 What
- 6. Arduinoの特徴 6 http://www.teu.ac.jp/press/2012.html?id=128 • マイコンボード（基板）の一種 • イタリア生まれ • 芸術大学の学生用に開発 • オープンソース，オープンハードウェア • 世界中の人がソースコードを提供 • 様々な種類 – UNO, mega, DUE, TRE, etc. • 同じ命令体系 • 様々なセンサーを簡単に接続
- 19. 19 How
- 23. Arduinoの購入 • 取扱店 – スイッチサイエンス – 秋月電子通商 – 千石電商 – Amazon • Arduino UNOで1600～3300円です • 品種に幅があるため、全体では1200～7000円 23
- 25. 蛇足：Arduino開発チームの分裂 • Arduino開発チームが分裂しました • ハードウェアに対する方針の不一致だそうです • Arduino cc – http://www.arduino.cc/ • Arduino org – http://arduino.org/ 25
- 28. ArduinoとPCをUSBで接続する • 電源をArduinoに供給しつつ、プログラムを書 き込んだり、Arduinoとシリアル通信するため にUSBケーブルで接続します 28 USBケーブル
- 33. 33 Warning
- 34. 電源電圧は決まっています • マイコンに直接供給される電圧を「電源電圧」という • proシリーズやDueの電源電圧は3.3 V • 普通は5.0 V • USBで電源を供給できる場合は特に何も考えなくてOK • ACアダプタを使う場合は、電源電圧+2V～12Vを利用 – ボード上の素子が電圧を落として給電（電源供給）します 34
- 35. ポートに入力できる電圧の上下限 • 許容範囲：0～電源電圧（通常は3.3または5.0 V） • もし、範囲を超える電圧を入力した場合・・・ポートが 焼けてしまいます – マイコンが使えなくなります 35
- 39. 39 Key word
- 40. Arduino IDE • Arduinoマイコンボードをプログラミングするた めの開発環境です • エディタやコンパイラが一体になっています 40
- 41. マイコン • CPU，メモリ，入出力IOなどが一体になって販売され ているIC • プロセッサともいう • プログラムを変更すると動作が変わる • Arduinoはマイコンの一種 • 用例 – 「このマイコンは動作が速いなぁ。」 41 ←マイコンの例
- 43. ボード • 直訳すると「基板」ですが、マイコンが搭載さ れた基板を指します • 用例 – 「そのボード取って。」 – 「このマイコンボードって使いやすいね。」 43
- 45. ポート • 制御や通信に使うコネクタです • 物理的なものも、ソフトウェア上のものも 「ポート」です • 特にArduinodではIOポートとか、シリアル ポートなどと呼びます 45
- 46. IOポート • マイコンは、１）電圧が高いか低いかを検出す る入力（Input）ポート、２）ポートから電圧を出 すことができる出力（Output）ポートを持ちます • Arduinoには出力ポートにも入力ポートにもな れるIOポートと、入力しかできないポートがあり ます • 出力ポートにするにはプログラム中で設定が 必要です 46
- 47. シリアルポート • シリアル通信を行うためのポート • 用例 – 「シリアルポートが開かん！」 47
- 48. シリアル通信 • シリアルポートを使って通信します • 一本の電線を使って通信を行う方法をシリア ル通信方式と呼びます • 電圧の高いor低いで0と1を送ります • 代表的シリアル通信規格 – UART – I2C – SPI – Eathernet 48
- 51. アナログーデジタル（AD）変換 • 電圧を計測します • 結果は数値としてマイコン内部に記憶されます • プログラムからはAD変換の指示が必要です • 得られた数値に適当な係数をかけると実際の 電圧[V]になります • 入力できる電圧には制限があります • 計測できる最小の電圧もあります 51
- 54. ブートローダー • 初心者は意識しなくともOKです • ブートローダーとはユーザの作ったプログラム を簡単にROMへ書き込むためのソフトウェア • ブートローダの動作 – 電源ONやリセットの直後に起動 – 起動後一定時間、特定の信号入力を待つ – 書き込み信号を検出するとプログラムを受信 – 自身とは重ならない部分に受信したコードを書き込 む 54
- 58. 組み込み関数 • はじめから用意されている標準的な関数 • 同じ名前の関数を作れません – クラス内の関数（メソッド）はOK • 例：digitalWrite() 58
- 60. 60 IDE
- 61. Arduino IDEの見た目 • 検索窓で”arduino”と入力して検索して起動 • Processingに似ている 61 ＊Windows版のスクリーンショットです
- 62. Arduino IDEでできること • プログラムの作成 • プログラムのコンパイル • Arduinoへのプログラム書き込み 62
- 68. 68 Programming
- 69. #include<stdio.h> #define IO_NUM 6 int io_status = 0; void sub(int value1, int value2) { return vaule1 - value2; } int main(void) { int fuga = sub(100, 50); return 0; } C言語の基本構造 69 #incude グローバル変数 #define 様々な関数 main関数
- 71. setup関数の役割 • setup()は起動直後に1度だけ実行 • ハードウェアの基本的な設定を記述すると楽 71 Srialポートを使って9600 bpsでのシリアル通信を行う 準備を実施するコード
- 73. 便利な関数やオブジェクト • digitalWrite(pin, HIGH/LOW) – 電圧をVccと0 [V]に変更 • analogRead(pin) – アナログ電圧の計測 • analogWrite(pin, duty) – PWMによる擬似アナログ電圧出力 • Serial – Streamを継承した、シリアル通信オブジェクト 73
- 74. Arduinoの開発言語はC++ • オブジェクト指向に対応 • クラスを利用できます 74 class TimeOut { private: long timeout_time; public: // set timeout time width void set_timeout(long timeout) { this->timeout_time = millis() + timeout; } // timeout check, true: timeout boolean is_timeout() { if(millis() > this->timeout_time) return true; else return false; } // constructer TimeOut() { this->timeout_time = 0l; } }; クラスの例
- 75. クラスを利用できます • アクセス制御 –デバッグし易い –プログラム設計上、考慮項目数が減る • コードの相互依存性を減らせる –脱スパゲッティコード！ • 複数人でのプログラム開発 –役割分担の明確化 • コードの再利用性が上がる 75
- 81. 普通のプログラミングとの相違点 • ガベージコレクション（GC）がありません • mallocは使えるものの、コンパイラが作成した メモリ配置図を見ながらの作業となって普通 のPC, Mac利用者には重い作業 • 全てのオブジェクト（≒変数）が静的にメモリ 上に確保されると考えて下さい 81
- 82. 82 Circuit
- 83. Arduino UNOの電気的特性 項目 マイコン ATmega328P 電源電圧 USB：5 V ACアダプタ：7-12 V マイコン自身：5 V 電流容量 1 A マイコンの出力電流 実用範囲：2 mA 83 ←UNOのクローン製品
- 84. IOポートの電流制限 84
- 85. IOポートの電圧制限 85
- 86. LEDの使い方 86
- 87. 圧電スピーカーの使い方 87
- 88. サーボモーターの使い方 88
- 89. 89 Reference
- 90. ggrksGoogleで検索 • キーワードは大事 • 日本語で資料がなければ英語で検索 • 英語のサイトを見つけたら、自動翻訳 90
- 91. 参考サイト • Arduino公式 • Arduino日本語リファレンス • ソフトウェア共同開発支援サイト GitHub • 個人ブログ – たとえば“なんでも作っちゃう、かも。” 91
- 92. 参考図書 • Arduinoをはじめよう • Prototyping Lab • Arduinoで計る、測る、量る 92
- 93. Fin. 93
- 95. Arduinoとパソコンの接続と COMポート確認 for Windows • 目的 – Arduinoへのプログラムの書き込み，通信 • 手順 – ArduinoをUSBで接続 • ドライバのインストールが必要な場合は、Arduino IDEのディレクト リ中にある「drivers」フォルダを指定してドライバをインストール – シリアル通信のために、COMポートを確認 • 「コンピュータ」のプロパティからデバイスマネージャ • デバイスマネージャの中にCOMxはあるか？ – xはローマ数字 – Arduino IDEを立ち上げて、 • マイコンボードの種類をセット • COM番号をセット • シリアルモニタを起動 • 通信速度をArduinoに合わせる 95 *Arduino DUEはWindowsでのみシリアル通信可能です
- 96. Arduinoとパソコンの接続と COMポート確認 for Mac • 目的 – Arduinoへのプログラムの書き込み，通信 • 手順 – ArduinoをUSBで接続 – シリアル通信のために、シリアル通信ポートを確認 • terminal立ち上げ • “cd /dev” を実行 • “ls” を実行 • 表示された中から、Arduinoっぽいのを探す • USBケーブルを切断してもう一度確認すると消えている名前がある。 それがArduinoとの通信に利用しているシリアルポート – Arduino IDEを立ち上げて、 • マイコンボードの種類をセット • シリアルポートをセット • シリアルモニタを立ち上げ • 通信速度をArduinoに合わせる 96 *Arduino DUEはWindowsでのみシリアル通信可能です
- 97. シリアル通信プログラムの書き方 • シリアルポートを設定 • 通信速度[bps]のセット • 送りたいものを送信 97 Serial.begin(9600); Serial.println(“hellow”); Serial.print(“without linesep”); Serial.write(0x30); while(1){ Int c = Serial.read(); // if c==-1, it’s None If(Serial.available()){ 適当な関数を呼び出すなど } } ＊適当なサンプルコード。setup()内に書くと動くはず。
- 98. ソフトウェアシリアル • UNOでシリアル通信ポートを増やす • ソフトウェアで対応 • 代表的ライブラリは2つ 98 SoftwareSerial AltSoftSerial 4800 baudまで なら安全 @UNO 115200 baudまでなら安全@UNO， PWMと干渉