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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Arduino
Arduino!
Arduino!
2015-05-25
Katsuhiro Morishita（森下功啓）
1
β版

Index
• 自己紹介
• What
• How
• Warning
• Key Word
• IDE
• Circuit
– 工事中
• Reference
• Appendix
2

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
•...

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
What

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...

電子楽器
7
http://www.nicovideo.jp/watch/sm22816367?ref=search_key_video

メルトを鉄筋で自動演奏
8
http://www.nicovideo.jp/watch/sm20247257

フリスクケース温度計
9http://www.nicovideo.jp/watch/sm23222368

曲に合わせてネギ振りミク
10
http://www.nicovideo.jp/watch/sm25830554

鉄道模型の自動運転
11http://www.nicovideo.jp/watch/sm25521443

全自動ひきこもり機
12http://www.nicovideo.jp/watch/sm14365038

あかりついったー
13http://www.nicovideo.jp/watch/sm25833332

LEDイルミネーション
14http://www.nicovideo.jp/watch/sm22296707

ロボットハンド
15https://youtu.be/P9nfWO4lWd8?t=2m2s

空き缶ピアノ
16
https://www.youtube.com/watch?v=Ttm62RBdOuo

鉢植えモニタリング
17
https://www.youtube.com/watch?v=hGd4SU0xo6g

電子錠
18
https://www.youtube.com/watch?v=mHJhTMvtmPQ

19
How

必要なもの
20
Arduino IDE
（これはWindows用のもの）
MacやPC
Arduino
通信ケーブル
http://akizukidensh
i.com/catalog/g/gC
-07605/

あったら楽になるもの
21
半田ごて
半田
はんだ吸い取り線
ピンセット
こて台
スズメッキ線ポリウレタン銅線
テスター
オシロスコープ
シリアルUSB変換
モジュール
ジャンパワイヤ
電源装置
小手先
クリーナー

あったら助かる知識
22
電圧
電流
仕事量
シリアル通信
電池の電圧・容量
電子素子の特性
電気素子の特性
熱

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

Arduino IDEの入手先
• http://arduino.cc/en/Main/Software
24
古い安定
版は無料
最新の非安定
版も無料
最新の安定
版は有料

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
– htt...

LEDが点滅するまでの流れ
LEDをArduino
に接続
プログラム
を作る
書き込んで
様子を見る
26

LEDをArduinoに接続する
27
足の短い方がGND
差し込む

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

プログラムを作る
29
• コード入手先
– https://raw.github
usercontent.com/
KatsuhiroMorishit
a/edu_ITD/master
/2015/Arduino_co
des/LED_tes...

設定して
30
• ボードのシリーズを選ぶ
• ポートのマイコンor電圧を選ぶ
＊Windows版のスクリーンショットです

書き込んで
31
• コンパイル＆書き込み（エラーが出たら修正）
クリック
＊Windows版のスクリーンショットです

様子を見る
• 動作の様子
– https://www.youtube.com/watch?v=772S6MC7qZ
U&feature=youtu.be
32

33
Warning

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...

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

出力できる電流には制限があります
• 出力ポート１つあたり、2 mA程度と見てください
36

ショートさせない
• 高い電圧と低い電圧間で、電気抵抗の少な
い物体（例えば電線）でショート（短絡ともい
う）させないで下さい
• 故障する可能性が高くなります
37

参考文献
• http://ideahack.me/article/31
38

39
Key
word

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

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...

Arduinoにおけるプロセッサの種類
42
↑基本的に、Arduinoにおいてボード名が異なるとプロセッサが異なります。
なお、Arduino IDEでのプロセッサの選択画面では、同じプロセッサであって
も動作電圧や周波数を選ぶ必要があります。

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

Arduinoにおけるボードの種類
44↑Arduinoだけでも沢山の種類があります

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

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...

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

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
– Eather...

シリアルモニタ
• Arduino IDEで利用するシリアル通信機能
49
ここをクリック
すると起動

スケッチ
• 直訳すると「スケッチ・草案・素描」ですが、
Arduinoではプログラムを指します
• 簡単に書けるということを意図しています
50

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...

コンパイル
• プログラムを人が読みやすい文章から、機械
が理解できる様に変換します
52
＊Windows版のスクリーンショットです

書き込み
• 「プログラムをコンパイルして出来たファイル
をArduinoボードへ転送する行為」を「書き込
み」といいます
53
USBケーブル

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...

組み込み系・組み込みマイコン
• 機器に埋め込まれるマイコンを含む回路を
「組み込み」システムと呼びます
• ものを組み込むから「組み込み」です
55

ファームウェア
• 組み込み用のハードウェア上で動作するソフ
トウェアをファームウェアといいます
56

ハードウェア
• ハードウェアとは、主に電子回路を指します
• ソフトウェアの対比語です
57

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

予約語
• 予め用意されているキーワードです
• 特別な意味を持つワードです
59

60
IDE

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

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

Arduino IDEのボタンと機能
63
コンパイル＆書き込み
シリアルモニタ起動プログラムの検証
＊Windows版のスクリーンショットです

サンプルコードの選択
64
＊Windows版のスクリーンショットです

ライブラリの読み込み
65
＊Windows版
のスクリーン
ショットです

ボードの選択
66
＊Windows版のスクリーンショットです

ポートの選択
• プログラムの書き込みや、マイコンとPCとの通
信に利用するシリアルポートを選択します
67
＊Windows版のスクリーンショットです

68
Programming

$#include<stdio.h> #define IO_NUM 6 int io_status = 0; void sub(int value1, int value2) { return vaule1 - value2; } int mai...$

loop関数
setup関数
Arduinoのプログラム構造
70
*Arduinoはコンパイルの直前にタイマー処理とmain関数を自動的に貼り付けて
いる。main関数の中身は、{(void)setup();while(1){(boid)lo...

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

loop関数の役割
• loop()は無限に実行する内容を記述
72
無限にAD変換値をシリアル出力するコード

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...

$Arduinoの開発言語はC++ • オブジェクト指向に対応 • クラスを利用できます 74 class TimeOut { private: long timeout_time; public: // set timeout time wid...$

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

コンパイルでエラー
• IDE下部にメッセージが出ます
• 英語なので読めます
76
エラーの例

代表的エラー
• 宣言されていない変数が使われた
77

代表的エラー
• 全角のスペースがある
78
ここに注目

代表的エラー
• セミコロン;がない
79

エラーを調べる
• エラーメッセージをネットで検索
• メッセージをダブルコーテーションで括って検索
– 例
80

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...

82
Circuit

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

IOポートの電流制限
84

IOポートの電圧制限
85

LEDの使い方
86

圧電スピーカーの使い方
87

サーボモーターの使い方
88

89
Reference

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

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

参考図書
• Arduinoをはじめよう
• Prototyping Lab
• Arduinoで計る、測る、量る
92

Fin.
93

94
Appendix
• 以降のスライドは、将来的に別のスライド
としてまとめるかもしれないしまとめないか
もしれないスライド達です。

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...

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...

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(“wi...

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...

mbedもある
• ARM系のマイコンボード
• https://mbed.org/
99