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神奈川工科大学 創造工学部
ホームエレクトロニクス開発学科
山崎 洋一
yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp
ものづくりプロジェクトI
ものづくりのための電気電子回路入門
第2回 システムの入出力とセンサ
ホームエレクトロ...
はじめに
システムとは
行動
判断
知覚
センサ
マイコン・制御
計算知能
アクチュエータ
機械要素・機構
工学分野のシステム
入力に対して
出力を持つ機能単位
入力
出力
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
3...
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
3つの機能 例:ボールを蹴る
目で
ボールをとらえ
筋肉を動かす頭で判断し
カメラで
ボールをとらえ
モータを
動かす
コンピュータで
判断し
知覚 行動判断
センサ
<人の場...
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
センサのイメージ
センサとは人の感覚の相当するもの
人の感覚
視覚 聴覚 嗅覚 味覚 前庭感覚 運動感覚触角
カメラ
赤外線・超音波
マイク ガスセンサ 味覚センサ 加速度セン...
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
センサ:測定対象を検知し信号に変換するもの
センサの基本
時刻t
電圧など
時刻t
電圧など
連続値信号(アナログ)
2値信号(デジタル)
Low
High
出力信号センサ
外...
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タッチセンサ:すべてのセンサの基本!
タッチセンサ
①何を検知? ➩ 接触
②どんなしくみ? ➩ スイッチ
マイクロスイッチ タクトスイッチ
例)
時刻t
電圧
Low
Hig...
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赤外線センサ
赤外線センサ
①何を検知? ➩ 物体の有無・距離・色
②どんなしくみ?
➩ 発光部:赤外線LED(IR-LED)
受光部:フォトトランジスタ
フォトダイオード
例...
課題1:
今回の実習ではLEDとしてOptoSupply社の
OSR5JA5E34Bを用いる。
下記のときの抵抗器をそれぞれ求めなさい。
ただし抵抗器にはE24系の値を用いること。
① 電源に単三電池2本を直列に用いたとき
②電源に9V角形電池...
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データシートの読み方
■ Absolute Maximum Rating (Ta=25℃)
Item Symbol Value Unit
DC Forward Current ...
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応用例)ライントレース(黒線検知,追跡制御)
黒線検知のしくみ赤外線センサで
黒線検知
線に沿うように
修正判断
モータ制御
黒線追跡のしくみ つね黒線の端になるように位置を修...
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フォトセンサ回路の製作
● 回路図 ● 実装図
入力②
フォトリフレクタ
入力①
スイッチ
ジャンパケーブルを
留める
外部フォトリフレクタ
増設用(次回使用)
※R1は100...
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パーツリスト
番号 品名 数量 価格 小計
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合計
課題2: パーツリストを作成し必要な金額を計算しなさい。
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パーツリストにもとづき部品をそろえ,抵抗分圧回路を作成しなさい。
製作・測定
課題3:
フォトセンサの反応に関して,2種類の抵抗値に関してLEDの発光と距離の関係測
定しまとめ...
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 テーマ:
日常生活をサポートするセンサシステム
 日頃のくらしを変えてくれる ”気づき” を考える
フォトセンサを利用して,日常生活をサポートするセンサシステムを開
発し...
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※付録
フォトセンサ回路の追加
16ホール
ユニバーサル基板
カーボン抵抗
(1/6W)
フォトリフレクタ
LBR-127HLD
使用部品
必要に応じて配線を延長してフォトセン...
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※付録 フォトセンサの追加手順
①フォトリフレクタを配置
GND
Vcc
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GND
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※付録 フォトセンサの追加手順
②抵抗(180Ω または 180Ω )を配置
180Ω
(または100Ω)
①ハンダづけ
②ジャンパ線
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※付録 フォトセンサの追加手順
③抵抗(68kΩ)を配置
68kΩ
①ハンダづけ
②ジャンパ
②ジャンパ
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※付録 フォトセンサの追加手順
④配線を接続
GND
Vcc
S
GND
Vcc
S
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ものづくりプロジェクトI(電子回路その2) システムの入出力とセンサ

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神奈川工科大学ホームエレクトロニクス開発学科で行っている初年度実習授業資料の抜粋版です。家電製品を例にとり、新しいくらしをつくるためのものづくりの技術を学びます。
ホームエレクトロニクス開発学科では、自らの実習体験を通して身近な製品をSTEM教育につなげる手法を学んで行きます。
※STEM教育とは、科学(Science)、技術(Technology)、工学(Engineering)、数学(Mathematics)を融合的に学ぶことができる教育プログラムです。

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ものづくりプロジェクトI(電子回路その2) システムの入出力とセンサ

  1. 1. 神奈川工科大学 創造工学部 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎 洋一 yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp ものづくりプロジェクトI ものづくりのための電気電子回路入門 第2回 システムの入出力とセンサ ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com くらしをかえる ものづくりを 学ぼう! 1/21
  2. 2. はじめに システムとは 行動 判断 知覚 センサ マイコン・制御 計算知能 アクチュエータ 機械要素・機構 工学分野のシステム 入力に対して 出力を持つ機能単位 入力 出力 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 3/21
  3. 3. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 3つの機能 例:ボールを蹴る 目で ボールをとらえ 筋肉を動かす頭で判断し カメラで ボールをとらえ モータを 動かす コンピュータで 判断し 知覚 行動判断 センサ <人の場合> <ロボットの場合> コンピュータ アクチュエータ 4/21
  4. 4. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com センサのイメージ センサとは人の感覚の相当するもの 人の感覚 視覚 聴覚 嗅覚 味覚 前庭感覚 運動感覚触角 カメラ 赤外線・超音波 マイク ガスセンサ 味覚センサ 加速度センサ ジャイロ ポテンショ エンコーダ タッチセンサ センサ 5/21
  5. 5. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com センサ:測定対象を検知し信号に変換するもの センサの基本 時刻t 電圧など 時刻t 電圧など 連続値信号(アナログ) 2値信号(デジタル) Low High 出力信号センサ 外界 測定対象からの入力 6/21
  6. 6. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com タッチセンサ:すべてのセンサの基本! タッチセンサ ①何を検知? ➩ 接触 ②どんなしくみ? ➩ スイッチ マイクロスイッチ タクトスイッチ 例) 時刻t 電圧 Low High ※接触すると ONになって通電する ※接触すると ONになって通電する 検知のしくみ 出力される信号 7/21
  7. 7. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 赤外線センサ 赤外線センサ ①何を検知? ➩ 物体の有無・距離・色 ②どんなしくみ? ➩ 発光部:赤外線LED(IR-LED) 受光部:フォトトランジスタ フォトダイオード 例) フォトリフレクタのしくみ 検知のしくみ フォトリフレクタ PSDセンサ ※PSD: Position Sensitive Device 赤外線LED フォト ダイオード 発光素子と受光素子をペアで用いる LED 決まった方向に 電流を流すと発光する フォト トランジスタ 赤外線 フォトトランジスタ 赤外線光を受けると 決まった方向に電流が流れる 物 体 反射光の強さを利用して検知 8/21
  8. 8. 課題1: 今回の実習ではLEDとしてOptoSupply社の OSR5JA5E34Bを用いる。 下記のときの抵抗器をそれぞれ求めなさい。 ただし抵抗器にはE24系の値を用いること。 ① 電源に単三電池2本を直列に用いたとき ②電源に9V角形電池とNJM7805FAを用いたとき ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com LEDの抵抗値算出 LEDを使用する際は,電流を調整するため に抵抗が必要になる。データシートから順 方向電圧(VF),順方向電流(IF)を確認し,下 記のとおり算出する。 LEDの抵抗値算出例 V VR IF VF R 𝑅 = 𝑉𝑅 𝐼 𝐹 = 𝑉 − 𝑉𝐹 𝐼 𝐹 非オーム抵抗にはスポットを当てる! スポット① Point! スポット② 9/21
  9. 9. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com データシートの読み方 ■ Absolute Maximum Rating (Ta=25℃) Item Symbol Value Unit DC Forward Current IF 30 mA Pulse Forward Current * IFP 100 mA Reverse Voltage VR 5 Y Power Dissipation PD 78 mW Operating Temperature Topr -30 ~ +85 ℃ Storage Temperature Tstg -30 ~ +85 ℃ Lead Soldering Temperature Tsol 260 ℃/5sec - *Pulse width Max.10ms Duty ratio max 1/10 ■Electrical –Optical Characteristics (Ta=25℃) Item Symbol Condition Min. Typ. Max. Unit DC Forward Voltage VF IF=20mA 1.8 2.1 2.6 V DC Reverse Current IR VR=5V - - 10 µA Domi. Wavelength* λD IF=20mA 620 625 630 nm Luminous Intensity* Iv IF=20mA 180 250 - mcd 50% Power Angle 2θ1/2 IF=20mA - 30 - deg *1 Tolerance of dominant wavelength is +1nm *2 Tolerance of luminous intensity is +15% ※OSR5JA5E34B データシートより http://www.optosupply.com/ 10/21
  10. 10. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 応用例)ライントレース(黒線検知,追跡制御) 黒線検知のしくみ赤外線センサで 黒線検知 線に沿うように 修正判断 モータ制御 黒線追跡のしくみ つね黒線の端になるように位置を修正 ① 白を検知したら旋回 ② 黒を検知したら逆旋回 ③ 白と黒の中間なら前進 黒線白地 (光を反射) (光を吸収) 白の方が反射光が強い 光センサ 受光部 発光部 Lego Mindstormsの 光センサ 11/21
  11. 11. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com フォトセンサ回路の製作 ● 回路図 ● 実装図 入力② フォトリフレクタ 入力① スイッチ ジャンパケーブルを 留める 外部フォトリフレクタ 増設用(次回使用) ※R1は100Ωまたは180Ωのどちらかを用いること 12/21
  12. 12. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com パーツリスト 番号 品名 数量 価格 小計 1 2 3 4 5 6 7 合計 課題2: パーツリストを作成し必要な金額を計算しなさい。 13/21
  13. 13. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com パーツリストにもとづき部品をそろえ,抵抗分圧回路を作成しなさい。 製作・測定 課題3: フォトセンサの反応に関して,2種類の抵抗値に関してLEDの発光と距離の関係測 定しまとめなさい。その際,必要に応じて図(写真)を用いること。 [測定] 14/21
  14. 14. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com  テーマ: 日常生活をサポートするセンサシステム  日頃のくらしを変えてくれる ”気づき” を考える フォトセンサを利用して,日常生活をサポートするセンサシステムを開 発してください。  発表会:11/30(月)9:30~ (1チーム4分以内。PPTを用いること。)  1班1テーマ  レギュレーション  製作したフォトセンサ回路を用いてください。ただし新たに回路を製作してもかまいません。  今回製作した回路に,さらにフォトセンサを追加することも可能です。 くらし・スマイル・ハッカソン 15/21
  15. 15. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ※付録 フォトセンサ回路の追加 16ホール ユニバーサル基板 カーボン抵抗 (1/6W) フォトリフレクタ LBR-127HLD 使用部品 必要に応じて配線を延長してフォトセンサを追加することができる 17/21
  16. 16. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ※付録 フォトセンサの追加手順 ①フォトリフレクタを配置 GND Vcc S GND Vcc S 18/21
  17. 17. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ※付録 フォトセンサの追加手順 ②抵抗(180Ω または 180Ω )を配置 180Ω (または100Ω) ①ハンダづけ ②ジャンパ線 19/21
  18. 18. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ※付録 フォトセンサの追加手順 ③抵抗(68kΩ)を配置 68kΩ ①ハンダづけ ②ジャンパ ②ジャンパ 20/21
  19. 19. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ※付録 フォトセンサの追加手順 ④配線を接続 GND Vcc S GND Vcc S 21/21

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