mbedを用いたラピッドプロトタイピングのススメ

ラピッドプロトタイピング「自分で成し遂げた」体験を目指して

ラピッドプロトタイピングって？道具(パソコン)を利用することにより、迅速に試作を行う手法

■従来は粘土をこねて、削ることでクレイモデルをつくるCADデータから粘土を削るという職人技、手作業であり時間がかかる

■ラピッドプロトタイピングでは3次元CADで作り3Dプリンタで出力するCADデータを3Dプリンタに送るだけであとは3Dプリンタが自動で造形

広義の意味として、ものを作るプロセスを簡素化する

道具やその手法をさす。。。と思ってます。。。

入学時に思い浮かぶ卒業生の将来像と現実

■入学時に思い浮かぶ将来像卒業する時には電子機器が作れるようになる！

■卒業時の多くの学生の思い僕には無理さ…回路ひとつ作るのも大変だし…

なぜ回路を作る基礎知識はあるのに、経験が無いことからの思い込み

自分で物を作り上げたという成功体験の獲得に…

ラピッドプロトタイピング

電子回路のラピッドプロトタイピング1. 半田付け不要

→専用基板を組み合わせorブレッドボードに刺すだけ

2. レジスタを意識しない可読性の高いプログラム→すべての操作は標準ライブラリで関数化

3. 外付けデバイスもライブラリを読み込むだけ→データシートを読む必要性すらない事も…

4. 電源とマイコン周辺回路がワンボード→拡張部分をつなぐだけ

5. フリーの開発環境→数十万のライセンス料が浮く

6. マイコン書き込み器不要→パソコンにUSBで刺すだけ

電子回路のラピッドプロトタイピングツール

Arduino mbed GR‐SAKURA

利用実績 最多 多い 少ない

拡張性 様々な拡張ボード ブレッドボードに刺さる 基板自体が多機能

特徴

・多くの利用実績・多くの解説書・用途に応じて選べるバリエーション・充実したライブラリ

・ブラウザベースの開発環境・情報が集約されたポータルサイト・充実したライブラリ

・ブラウザベースの開発環境・圧倒的高性能・日本語リファレンス・日本製(ルネサス)

おすすめおすすめ

私がおすすめするmbedNXP LPC1768おすすめする理由

・mbedのサイトに集約された

豊富なライブラリを活用できる

・ブラウザベースの開発環境インストール不要でパソコンに依存しないソースコードはWebサーバに保管され散逸しない

・書き込み器不要パソコンに刺すとUSBメモリの様に認識されるので

ダウンロードしたファイルをドラッグアンドドロップするだけ

・ブレッドボードで使うことが前提mbedからの離陸しやすい

ユニバーサル基板で半田付けの機会も

情報を探しやすい、見つけやすい情報を探しやすい、見つけやすい

シミュレーション電子コンパスを作ってみる

部品の選定電子コンパスのデバイスが要る！

Digital compassで検索！Digital compassで検索！

Cookbookがヒットした。

HMC6352を見てみようHMC6352を見てみよう

サンプルプログラムサンプルプログラム

結線方法結線方法

結線方法どおりにブレッドボードで組んでみた！

動かしてみようとりあえずはサンプルプログラムを…

インポート！インポート！

開発環境がでてきた！

Webブラウザ(Firefox)ですWebブラウザ(Firefox)です

Import!Import!

エディタにさっきのプログラムが

とりあえずコンパイル!とりあえずコンパイル!

ファイルがダウンロードされた！

ダウンロードされたファイルをmbedにドラッグアンドドロップ

ダウンロードされたファイルをmbedにドラッグアンドドロップ

動いた！単体でUSBシリアルとして動作するのでパソコンと通信できます。

方位が出力されています

日本人の作った液晶ライブラリがあったので。。。

インポートしてちょっとプログラムを変更するだけで。。。

(わずか16行)

インポートしてちょっとプログラムを変更するだけで。。。

(わずか16行)

スタンドアローンで動作する表示機能付き電子コンパスに！

わずか16行のプログラム学生にとって最大の壁はプログラムです

しかし、ここまで短くわかりやすいともはや並び換えの世界

勉強になるの？

勉強になりません

しかし、授業で習った内容を試しに形にする

実感を得る方法になり得ます

回路を作れる人間になるという理想に近づく実感が得られます

発展させれば

mbed LPC 1769は、簡単に使えますが約100MHzで動作する。

32bitの非常に高速なマイコンです。

SDにデータを保存したり スマートフォンとつないだり

SDカードにデータを一定期間ごとに自動保存したり、パソコンで実験機器を制御することが可能になる

SDカードにデータを一定期間ごとに自動保存したり、パソコンで実験機器を制御することが可能になる

成功体験を得る方法として。と、2時間くらいしか作ってる時間無かったので、

ここでプレゼンは終わりましたが…

後日再発表用に後ろにいくつか質問された部分を書き足してみました

なぜArduinoじゃなくてmbedバリエーションが多いという利点はスタートアップでは、マイナスにしか働かない・電圧の違い(3.3V版と5V版がある)・プログラムの違い・ピン配置の違いなどなど

ブレッドボードに刺さる方が他の回路と共存しやすくて幸せ

（そういうバージョンのArduinoもありますが）

mbedなら保存先はWebサーバーなので、パソコンが変わっても大丈夫

（共有ですからいつも同じパソコンとは限らない）

mbedのなかでもLPC1768版を勧める理由しばらく前まで、mbedにはLPC1768しかなかった

その後、LPC11U24やFRDM‐KL25Zが増えた

mbedのサイトにある物はほとんどがLPC1768で動くので

バリエーションの違いによる問題が生じにくい

マイコン用と外部供給用のレギュレータが別だったり、

過電流では回路を止めてパソコンを保護する回路があったり、

親切設計で損害が出る可能性が低い

アナログ回路は？

P15からP20はADコンバータに

繋がっています

いままでの回路実習はインプットがマイクや発信器で

アウトプットがオシロスコープでした

→持って帰ってもゴミにしかならない、結果に実感が無い

アウトプットをmbedでデジタル変換して、液晶で表示したり、パソコンに取り込んだり、SDカードに保存すればより有効に使え、実感も湧きます

サーボとかも繋がるの？繋がりますmbed LPC1768は

インターフェイスの多さが魅力です。

• SDカード、ADコンバータ、DAコンバータ、液晶、センサー

SPI

•センサー、マイコン間相互接続、液晶

I2C

•センサー、通信モジュール

Serial

•アナログ回路、センサー

ADコンバータ(AnalogIn)

•サーボ、モーター、LEDの明るさ制御も

PwmOut

センサー（ブレイクアウトボード）にはどんなのがあるの？

SparkFun Electronicsの

センサーカテゴリーへどうぞ

ここの製品の

ブレイクアウトボードは

ほとんどmbedのサイトにも

解説があります

日本の代理店はこちらで検索できます

https://www.sparkfun.com/distributors

研究室にデジタル回路を

多くの研究室で自作アナログ回路を使っていても、

デジタル回路は使っていないのではないでしょうか

mbedを使える学生は、実験の自動化やコンピュータ制御をなしえる技術を持つことになります。

自作デジタル回路で時間の有効活用、はじめませんか？