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![Make @ Osaka
Making Things Talk発売記念レクチャー
はじめてのArduino
小林茂（kotobuki [at] yapan.org）
2008 年 11 月 22 日：共立電子産業株式会社・セミナールーム](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-1-320.jpg)
![Make @ Osaka
Making Things Talk発売記念レクチャー
はじめてのArduino
小林茂（kotobuki [at] yapan.org）
2008 年 11 月 22 日：共立電子産業株式会社・セミナールーム](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/75/Make-Osaka-1-2048.jpg)
![フィジカルな世界とつなぐ方法
マイコンのみ
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マイコン
microcontroller
program
a0]=ain.o;
aout.1 = 255;](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-14-320.jpg)
![フィジカルな世界とつなぐ方法
マイコン＋PC
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マイコン
microcontroller
PC
USB
program
a0]=ain.o;
aout.1 = 255;
program
a0]=ain.o;
aout.1 = 255;](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-15-320.jpg)
![フィジカルな世界とつなぐ方法
I/Oモジュール＋PC（GainerやPhidgetsなど）
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I/Oモジュール
I/O module
PC
USB
program
a0]=ain.o;
aout.1 = 255;](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-16-320.jpg)
![Arduinoに関して注目していること
• さまざまな立場からのコミット
– ホビーユーザ
– エンジニア
– デザイナー
– アーティスト
– 教育関係者
• 基礎→応用ではなく応用→基礎
• 日本独自のマイコン文化との接触と発動？
• Arduinoは現代のApple ][か？](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-80-320.jpg)
![Make @ Osaka
Making Things Talk発売記念レクチャー
はじめてのArduino
小林茂（kotobuki [at] yapan.org）
2008 年 11 月 22 日：共立電子産業株式会社・セミナールーム](https://image.slidesharecdn.com/slidesmakeosaka-1227536917329118-8/85/Make-Osaka-82-320.jpg)
Make @ Osaka
- 1. Make @ Osaka MakingThings Talk発売記念レクチャー はじめてのArduino 小林茂（kotobuki [at] yapan.org） 2008 年 11 月 22 日：共立電子産業株式会社・セミナールーム
- 2. 自己紹介 • 1970年愛知県名古屋市生まれ • 電子楽器メーカー（1993∼2004） –サウンドデザイナー – 技術研究所 – ソフトウェアエンジニア • IAMAS（2004∼） – フィジカルコンピューティング – インタラクションデザイン
- 3. このセッションの内容 • フィジカルコンピューティングとは？ • Arduinoをスタンドアロンで使ってみる •ArduinoをPCとつないで使ってみる • ArduinoやGainerに関連した話題
- 4. フィジカルコンピューティングとは？ • ニューヨーク大学のITP*1 でTom Igoeらが 中心となって教えているコースの名前 •インタラクションデザインを教えるための 方法の1つ • コンピュータが理解したり反応できる人間の フィジカルな表現の幅をいかに増やすか • デザインやアート教育の1つの分野として定着 *1 Interactive Telecommunications Program
- 5. 関連：ITP Spring Show2008 概要： • ITPで学ぶ学生の展覧会で毎年2回開催 • 5月12日から13日まで開催 • http://itp.nyu.edu/shows/spring2008/
- 6. フィジカルコンピューティング関連書籍 Physical Computing Sensing andControlling the Physical World with Computers Dan O’Sullivan and Tom Igoe（Course Technology Ptr・2004年）
- 7. フィジカルコンピューティング関連書籍 Making Things Talk Arduinoで作る「会話」するモノたち TomIgoe 著・小林 茂 監訳・水原 文 翻訳（オライリー・2008年）
- 8. Making Things Talkの紹介 扱っているテクノロジー •Arduino • Processing / PHP • Ethernet • Bluetooth • IEEE 802.15.4 / ZigBee • RFID • 基本的なCV
- 9. Making Things Talkの紹介 さまざまなプロジェクト •モンスキーポン • ネットワークに接続された猫 • ネットワーク大気清浄度計 • 太陽電池のデータをワイヤレス中継 • デジタルコンパスを使って進路を知る • ウェブカムを用いた2次元バーコード認識 • RFIDを使ったホームオートメーション
- 10. フィジカルコンピューティング関連書籍 Getting Started withArduino The open source electronics prototyping platform Massimo Banzi（O’Reilly Media・2008年）
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- 13. フィジカルコンピューティングの構成要素 • センサ （例：光、圧力、音、温度、加速度など） • アクチュエータ （例：LED、モータ、ソレノイドなど） •プロセッサ （例：マイコン、I/Oモジュール＋PCなど） →ものすごく簡単にまとめると プログラミング＋電子工作
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- 17. Arduinoとは？ • Hernando Barrag´anがIDII*2 にいた時に 開発を始めたWiringがベース •電子回路をプロトタイピングするための オープンソースのプラットフォーム • IDEとArduino I/Oボードから構成される *2 Interaction Design Institute Ivrea
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- 21. オープンソース・ハードウェアとは？ • ハードウェアのデザインデータがオープン – 回路図 –基板レイアウト • ライセンスに基づいて自由に改変できる
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- 23. Arduino Pro Mini 写真：SparkFunElectronics
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- 25. Arduino XBee Shield 写真：SparkFunElectronics
- 26. FIO: Funnel I/OModule v1.3
- 27. FIO: Funnel I/OModule v1.3
- 28. 関連：Sketching in Hardware3 概要： • フィジカルコンピューティングに関する会議 • 2008.7.25∼27の3日間開催 • 参加者は約40名 • 全員が発表 • 濃密な情報交換とコミュニティ作り • 最後に「Sketching in Hardware」を実践
- 29. 電圧∼電流∼抵抗 電気の流れは水の流れのようなもの • 電圧 – 2点間の高度（電位）の違い –基準点が必要（GND） – 単位はボルト（V）
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- 35. 電圧∼電流∼抵抗 よく出てくる補助単位の例 • 1,000倍を表すキロ（例：1kΩ） • 1,000,000倍を表すメガ（例：1MΩ） •1 1,000 を表すミリ（例：1mA） • 1 1,000,000 を表すマイクロ（例：50µA）
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- 45. 比較：Gainer vs Arduino GainerArduino Duemilanove 入出力ピン 16 20（RX/TXを含む） A/D 8（8bit） 6（10bit） PWM 8（8bit） 6（8bit） ユーザLED 1 0 ユーザLED 1 1（D13兼用） オープンソース Yes Yes スタンドアロン No Yes 重点 シンプルさ 拡張性
- 46. ハードウェアにおける「Hello World!」 • LEDを一定の間隔で点滅させる Examples/Digital/Blink •delay()の値を変更して間隔を変えてみる
- 47. Arduinoを用いるメリットは？ • シンプルに記述できる • 非プログラマでも取り組みやすい •多くの利用例が公開されている • 登場する「おまじない」が少ない
- 48. 比較：ArduinoでのLED点滅 コード例 1 Arduino言語でのLED点滅 intledPin = 13; void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(1000); digitalWrite(ledPin, LOW); delay(1000); }
- 49. 比較：通常のC言語でのLED点滅 コード例 2 通常のC言語でのLED点滅の例 #include<avr/io.h> #include <avr/pgmspace.h> #include <avr/delay.h> #define CLK_CALIB_DATA (FLASHEND - 3) void init() { uint8_t osccal_data = pgm_read_byte(CLK_CALIB_DATA); if (osccal_data != 0xff) OSCCAL = osccal_data; DDRB = 0xff; DDRD = 0xff; return; }
- 50. 比較：通常のC言語でのLED点滅 コード例 3 通常のC言語でのLED点滅の例（続き） voiddelay_ms(uint16_t t) { while (t--) _delay_ms(1); } int main(void) { init(); for (; ;) { PORTB = 0xff; delay_ms(500); PORTB = 0x00; delay_ms(500); } return 0; }
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- 54. ブレッドボードってなに？ • 部品の足を穴にさすことで電子回路を形成 • はんだ付け不要 –部品を再利用できる – 回路を組み間違えてもやり直しできる – 耐久性にはやや注意が必要
- 55. ブレッドボードの構造 • 横方向のブロックは背面で接続 • 縦方向のブロックは未接続 •電源用のエリアは専用に用意されている
- 56. 参考：ジャンプワイヤの色分け • 赤：電源の＋側（+5V） • 黒：電源のー側（GND） •白・青・黄：センサとの接続など
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- 58. ArduinoとPCをつなぐ方法 • 有線 – シリアル –USB – Ethernet • 無線 – Bluetooth – IEEE 802.15.4 / ZigBee どのようにデータをやり取りするかについて 取り決め（＝プロトコル）が必要
- 59. プロトコル：Firmata http://www.arduino.cc/playground/Interfacing/Firmata • Hans-Christoph Steinerが提案 •MIDIを参考にしたプロトコル • Arduino 0012から標準に
- 60. Firmataに対応したPC側のライブラリ • Pd (akaPure Data) • Processing • Funnel • Linux C++ • C++/openFrameworks
- 61. Funnelとは？：背景 • Gainerはいわばシンプルなドライバ →複雑な現実世界を扱うにはもう少し高次の レベルが必要なのでは？ • 全ての用途をカバーできるツールキットはない →ツールキットの使い分けは容易ではない •有線接続だと体験に制限がでてしまう →簡単に利用できる無線接続が必要
- 62. Funnelとは？：コンセプト • 単純で透明 • スケッチ∼プロトタイプまで使える •デザイナーとエンジニアの「共通言語」
- 63. Funnelとは？：関連 Sketching User Experiences Gettingthe Design Right and the Right Design Bill Buxton（Morgan Kaufmann Pub・2007年）
- 64. Funnelとは？：関連 出典：Bill Buxton, SketchingUser Experiences (2008)
- 65. Funnelの特徴 • 入出力をより簡単に扱うためのフィルタ – ローパス、ハイパス –アナログ入力を設定した閾値で分割 – スケーリング – オシレータ • 複数のI/Oモジュールに対応
- 66. Funnelの構成 USB XBee Dongle Gainer I/O Module Arduino (withFirmata) USB XBee Dongle Funnel Server ActionScript 3 Processing Max/MSP etc. Ruby AS3 Library Processing Library OSC LibrariesRuby Library Funnel I/O Digi International XBee Funnel I/O Digi International XBee
- 67. FIO: Funnel I/OModule v1.3 • LilyPad v1.6がベース • 3.3V動作 • Arduino互換機（動作速度は8MHz） • XBee無線モデム（802.15.4またはZigBee） • 充電器内蔵 • シールドでさまざまな機能を拡張
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- 71. FIO：現状について • FIO v1.0をベースに実際に使用して検証 •Nathan Seidle*3 と共同で改良 • 12月上旬頃SparkFun Electronicsから発売 *3 SparkFun ElectronicsのCEO
- 72. さまざまな無線通信の方式とその特徴 Wi-Fi Bluetooth 802.15.4/ ZigBee IEEE規格 802.11b 802.15.1 802.15.4 通信距離 約100m 約10m 約30m 最大通信速度 11Mbps 1Mbps 250kbps 接続ノード数 32 7 65535 電池寿命 数時間 数日 数年 ネットワーク構成 スター型 スター型 スター型・メッシュ型など 主な用途 無線LAN 携帯電話 セキュリティ機器 表1 代表的な2.4GHz帯無線通信方式の比較
- 73. Point to Point Pointto Multi Star 802.15.4 Coordinator 802.15.4 End Device IEEE 802.15.4で可能な構成
- 74. IEEE 802.15.4デバイスの種類 • コーディネータ（1個） •エンド・デバイス（複数）
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- 76. ZigBeeデバイスの種類 • コーディネータ（1個） • ルータ（複数） •エンド・デバイス（複数）
- 77. XBeeの特長 • IEEE 802.15.4とZigBeeの2つのモデル*4 –XBee 802.15.4 – XBee ZB ZigBee PRO • 比較的低価格（国内モデルで約3500円） • 日本国内でも利用できるよう認証取得済み • 利用方法を解説した書籍がある *4 モデル間での相互接続性はない
- 78. その他：Arduinoに関連した話題 • Propeller • RAD •Instructables
- 79. その他：Arduinoの耐久性について • 過電流などの保護回路は内蔵している • AVRベースなので比較的丈夫 •接続ミスなどでブートローダが壊れることは ある • FT232RLはベストではないかもしれないが 安定している
- 80. Arduinoに関して注目していること • さまざまな立場からのコミット – ホビーユーザ –エンジニア – デザイナー – アーティスト – 教育関係者 • 基礎→応用ではなく応用→基礎 • 日本独自のマイコン文化との接触と発動？ • Arduinoは現代のApple ][か？
- 81. 質疑応答など • Arduinoについて • フィジカルコンピューティングについて •Making Things Talkについて • その他
- 82. Make @ Osaka MakingThings Talk発売記念レクチャー はじめてのArduino 小林茂（kotobuki [at] yapan.org） 2008 年 11 月 22 日：共立電子産業株式会社・セミナールーム