2015年7月16日に開催したヒカラボの登壇資料です。 一部企業秘密となっており、当日のみの公開となっております。

1. 【ヒカ☆ラボ】IOT開発のキホン‼∼
IOT開発初心者必見∼ハードウェアと
WEBの違いから説明します！
株式会社Pluto 電気通信大学
市東拓郎

2. 自己紹介

3. は特にないので
仕事場所の紹介

4. 部屋

5. オフィス

6. 研究室
当日のみ

7. 講演内容
• Webから身の周りの機械を動かす楽しさ
• 身近な機械に入っているマイコンとパソコン
のスペックの違い
• 身近な機械をハックする

8. 今回の内容は哲学よりです
あんまりタイトルを気にせずに
話します

9. WEBから身の周りの機械を動
かす楽しさ

10. PLUTOとは？
家電を操作するWebサービス

11. PLUTOとは？
家電を操作するWebサービス
Web（仮想世界）と現実世界をつなぐ
IOを提供したい
pluto.io

12. なぜPLUTOを始めたか？

13. なぜPLUTOを始めたか？
最終目的は自由に宇宙のすべてを操作できるシステムの構築

14. 当日のみ

15. 当日のみ

16. 当日のみ

17. PLUTO年表
• 2001年 Turbo Linux 6.0 WS上で仮想世界の実現出来ないかいろいろテスト
• 2004年 部屋のセンサーで現実の情報を集めるプロトタイプ 個人でMSDNを契約して作った
WIN2K Serverベース PC名が MarsとSaturn
• 2006年 部屋の家電をWEBから動かすシステムを作った PC名がPluto
• 2008年 初代社長と夢を語る
• 2010年 メンバー合流
• 2011年 法人作成
• 2012年 サービス開始
• 2016年 いろいろ予定

18. 当日のみ

19. 当日のみ

20. 身近な機械に入っているマイコ
ンとパソコンのスペックの違い

21. スマホで操作するIOT機器の構成
マイコン
センサー
モジュール
BLE
モジュール
スマホ
プログラム
プログラム
ハードウエア
IC間通信
IC間通信
BLE
アクチュエータ

22. プログラミングの種類
• Webシステムの構築 Perl Ruby Java Script
• スマホアプリ Obj-C C# Java
• アプリケーション C# C BASIC
• 組み込み アセンブラ C（組み込み用）

23. 組み込み特有の事
Wikiより
マイコンのPIC

24. 組み込み特有の事
• メモリが非常に少ない
• アーキテクチャに依存する
• マルチタスクではない（OSを使えば別）

25. CPUの気持ちになってみよう
メモリ
レジスタ
ハードとか
メモリを介してのみ
アクセス
CPUはメモリ、レジスタ
しか見えない

26. CPUの気持ちになってみよう
メモリ
レジスタ
ハードとか
メモリを介してのみ
アクセス
CPUはメモリ、レジスタ
しか見えない
すべてのコンピュータも同じだけど有り余る
計算力で隠 している

27. 組み込みでは変なCも書くかも
((void(*)(void))0xf000)();
call 0xf000
自分で書いていてひどいと思ったコード
最近はうまーくハードを隠 した環境も出ているので
どこまでこだわるかは自分次第
ただ、隠 した環境を使えば使うほど出来ることは少なくなる

28. 組み込み系のリソース
• メモリ ４０９６BYTE
• Flashメモリ ６４KBYTE
• ４MHｚ
• センサーの情報量 ４BYTE
• 電池で動作

29. 組み込み系のリソース
アセンブラとC言語（ほとんどのライブラリは使えない）
でPCの様な１０００BASEのイーサネットの通信
大容量のメモリを使ったりはそもそも難しい
１０BASEと１０００BASEではハードウエアの構造やコスト
も変わってくる
高性能のハードを用意する必要はないし
使いこなせない

30. 組み込み系のリソース
アセンブラとC言語（ほとんどのライブラリは使えない）
でPCの様な１０００BASEのイーサネットの通信
大容量のメモリを使ったりはそもそも難しい
１０BASEと１０００BASEではハードウエアの構造やコスト
も変わってくる
高性能のハードを用意する必要はないし
使いこなせない
高速化すればするほど交流特性
など難しい事が増えていく
不必要な高性能化はただ問題を増やす

31. 役割分担をちゃんとしよう
WEB
iPhone
IoT
Sensor
UIとしては最高
どこからでもアクセスできる
現実世界にアクセス出来る

32. IOT機器がすべきこと
• 現実の情報を読み
• WEBもしくは端末に送る

33. IOT機器がすべきこと
• WEBもしくは端末からの情報を現実に適応
する

34. 難しい処理は
計算、ストレージ資源が
無限にあるサーバーに任せよう！
IOT機器が戦うところじゃない！

35. IOT機器は情報の送り方が
重要

36. IOTを普及させる起爆剤BLE

37. BLEの特徴
• 非常に消費電力が少ない
• iPhone Androidに対応している
• GATTなのどの設計がIoTにマッチしている
オブジェクト指向に近い

38. BLEの消費電力を下げる工夫
消費電力は回路が使った電流で決まる
C[Ah]が電池の容量に達したら電池切れ
C =
Z
I(t)dt
T =
C
eI
電池切れまでの時間
※CR2032は225mAh

39. BLEの消費電力を下げる工夫
電池切れまでの時間を延ばすこつは
平均消費電流を下げる事
瞬発的な大電力はOK
BLEは送信速度を上げて
送信時間を減らした

40. BLEの消費電力を下げる工夫
※CR2032は225mAh
随時受信を受け付ける状態 （10mA消費する）
22.5時間
送信だけをする場合 (送信時20mA消費する)
11.25時間分送信可能

41. BLEが向かない場合
• 大容量通信をしたい
• ストリーム通信をしたい
• TCPなどを使って直接インターネットに接続
したい

42. 無線はBLEを使いましょう
大容量はWIFIを使いましょう
でもIOTで大容量の通信をするのはやめましょう

43. 身近な機械をハックする

44. 機器をハックする手順
１．機器を分解して、ICとセンサーの間の通信を調べる
１−１．センサーのデータシートを調べる
１−２．ICのデータシートを調べる
２．通信を乗っ取る
１．機器を分解して、ICを調べる
１−２．ICのデータシートを調べる
２．通信を乗っ取る

45. とりあえず機械があったら分解をする

46. タニタのはかりを分解してみる
ADCを使ったらハック出来る！
EEPROM
MCU

47. タニタのはかり
出力電圧が０．７Vで重さによっては
出力電圧が変化する
（最大で０．１V程度の変化）
OPアンプの差分増幅回路で変化を増幅しないと
ADCで検出出来ない

48. のハック
大家に怒られたので割愛

49. アナログ回路
ディジタル回路
アナログ回路のハックとディジタル回路のハックでは
難しさが違う
ディジタル回路ではIOと繋げれば後はソフトの問題
アナログでは電圧レベルを合わせるなど必要
ソフトだけではどうにもならない

50. センサーを使いこなす事が
非常に重要
• 温度センサー
• 加速度センサー
• 光センサー
• 音センサー
だいたい世にあるセンサーはこんな物
秋月のHPより

51. センサーとの通信方法
• ADC アナログデジタルコンバータ
• SPI IC間通信の規格
• I2C IC間通信の規格
• UART デバイス間通信も可能な規格

52. SPIとI2Cに対応しているのが多い
秋月のHPより

53. 初心者はSPIかI2Cを使った
センサーの方がいい
アナログは非常にやっかい

54. 温度センサーは温度しか
測れないか？

55. 温度センサーで体重を量る

56. 温度センサーで体重を量る
理想気体
ピストン
気体の温度を測れば上から
押す力が分かる
↓
温度センサーを圧力センサー
として利用
断熱過程になっている
d0
W = pdV
熱力学に従って
計算すればいい

57. センサーを活用するために
測定とは？
測定対象系
S
メーター系
M
相互作用がおきて
相関が発生する

58. 操作するために
操作とは？
操作対象系
S
相互作用がおきて
相関が発生する
コントローラー系
C

59. IOTは現実世界と仮想世界
に相関を起こす

60. FIN
ご静聴ありがとうございました