2011年5月31日17:00～18:30／スタジオ1ミーティングルーム

小林 茂（情報科学芸術大学院大学［IAMAS］スタジオ1・非常勤講師）

IAMASユビキタスインタラクション研究領域フィジカルコンピューティングワークショップ

スケジュール

• 17:00～17:20：電子回路＋Arduinoの基礎知識• 17:20～18:20：さまざまな入出力（基本編）• 18:20～18:30：まとめと質疑応答

配布物一覧

• Arduinoボード（Arduino Duemilanove）：1個• USBケーブル：1本• ブレッドボード：1個• ジャンパワイヤ：適量• LED：2個• タクトスイッチ：1個• 抵抗器（330Ω：橙橙茶金）：1個• 抵抗器（10kΩ：茶黒橙金）：1個• 可変抵抗器：1個

実習

• セットアップ• Arduinoを使ってみる• 電子回路の基礎知識• 基本的な入出力

今回使用する主な部品

Arduinoとは？

• フィジカルコンピューティングのためのツールキット• 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で、柔軟で簡単に使えるハードウェアとソフトウェアで構成

• アーティスト、デザイナ、ホビイスト、そしてインタラクティブなオブジェクトや環境をつくることに興味がある全ての人が対象

Arduinoを構成する3つの要素

• Arduinoボード• ATMega328P（16MHz）を搭載• USB• オープンソース（さまざまなバリエーションと互換機）• Arduino IDE• Windows、Mac OS X、Linux上で動作• オープンソース• デバッガはない• Arduino言語• C/C++をベースにしたプログラミング言語

Arduinoの流儀

デザインについて語ることよりも作ることのほうがArduino の哲学に適っています。良いプロトタイプを作るために、より速く、よりパワフルな手法を探索し続けることが重要です。自分の手を使って考えながら、いろいろなテクニックを試し、発展させましょう。

Massimo Banzi（「Arduinoをはじめよう」著者）

Massimo Banzi著「Arduinoをはじめよう」003ページより引用

Arduinoの流儀

• プロトタイピング• いじくりまわす• パッチング• サーキットベンディング• キーボードハック• ジャンク大好き！• オモチャをハック• コラボレーション

Massimo Banzi著「Arduinoをはじめよう」004～014ページより引用

Arduinoボード

グラウンド

パワーインジケータ

+3.3V

電源の＋

+5V

グラウンド×2

アナログ入力×6

デジタル入出力×14

外部電源

Arduino IDE

Verifyスケッチがコンパイルできるか確認する

New新しいスケッチを生成する

Openサンプルや既存のスケッチを開く

Save現在開いているスケッチを保存する

Uploadスケッチを Arduino ボードにアップロードする

Serial Monitorシリアルモニタを開く

Stopシリアルモニタが動作中であれば停止する

ツールバー

タ　ブ

テキストエディタ

メッセージエリア

テキストエリア

Arduinoの動作確認

• File→Examples→Digital→Blinkを開く• Uploadボタンを押してアップロード• LEDが点滅することを確認

電子回路の基礎知識

• 基本用語• 電圧：2点間の電位差、単位はV（ボルト）• 電流：流れる電気の量、単位はA（アンペア）• 抵抗：電気の流れにくさ、単位はΩ（オーム）• 最初は水の流れに例えて理解することができる• 電圧→水圧• 電流→水流

電圧の概念図

電位差

電位A

電位B

グラウンド（GND）

オームの法則

多 少

←同じ圧力→

←同じ量→

←圧力低 ←圧力高

ブレッドボード

LEDをつないでみる

LEDをつないでみる

抵抗器ありでLEDをつなぐ

330Ω

抵抗器ありでLEDをつなぐ

オームの法則ふたたび

LEDの順電圧

抵抗器にかかる電圧

330Ω

オームの法則ふたたび

多 少

←同じ圧力→

←同じ量→

←圧力低 ←圧力高

オームの法則を用いて抵抗値を計算E（電圧） = I（電流） × R（抵抗）☜オームの法則を式で表したもの

電源電圧 - LEDにかかる電圧 = LEDに流れる電流 × 抵抗↓抵抗を求めるために変形抵抗 = （電源電圧 - LEDにかかる電圧）÷ LEDに流れる電流↓単位を揃えて実際の値を代入抵抗 = （5 - 1.8）÷ 0.01 = 3.2 ÷ 0.01 =320↓最も近い値の抵抗器を選択する330Ω

※LEDに流れる電流を制限する方法は抵抗器だけではない

スイッチでLEDをコントロール

スイッチでLEDをコントロール

ArduinoでHello World!void setup() { // initialize the digital pin as an output. // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards: pinMode(13, OUTPUT);}

void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // set the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // set the LED off delay(1000); // wait for a second}

点滅の間隔を変えてみようvoid setup() { // initialize the digital pin as an output. // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards: pinMode(13, OUTPUT);}

void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // set the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // set the LED off delay(1000); // wait for a second}

アナログ出力（PWM）

330Ω

アナログ出力（PWM）

アナログ出力（PWM）：1.Basics/Fadeint brightness = 0;int fadeAmount = 5;

void setup() { pinMode(9, OUTPUT);}

void loop() { // set the brightness of pin 9: analogWrite(9, brightness);

brightness = brightness + fadeAmount;

if (brightness == 0 || brightness == 255) { fadeAmount = -fadeAmount ; }

delay(30); }

PWM（Pulse Width Modulation）

0

5

電圧

時間0

5

電圧

時間

PWMを利用できるデジタルピン

グラウンド

パワーインジケータ

+3.3V

電源の＋

+5V

グラウンド×2

アナログ入力×6

デジタル入出力×14

外部電源

デジタル入力（プルダウン）

330Ω

10kΩ

デジタル入力（プルダウン）

デジタル入力：2.Digital/Buttonconst int buttonPin = 2;const int ledPin = 13;

int buttonState = 0;

void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(buttonPin, INPUT); }

void loop(){ // read the state of the pushbutton value: buttonState = digitalRead(buttonPin);

if (buttonState == HIGH) { digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); }}

デジタル入力（プルアップ）

330Ω

10kΩ

デジタル入力（プルアップ）

アナログ入出力

330Ω

アナログ入出力

アナログ入力：自分でコードを書いてみるconst int sensorPin = A0;const int ledPin = 9;

void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); }

void loop() { // read the value from the sensor: int sensorValue = analogRead(sensorPin);

// scale from 0-1023 to 0-255 int intensity = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);

// sets the value analogWrite(ledPin, intensity);}

可変抵抗器の中身

321

321

321

抵抗分圧

PC連携：4.Communication/Dimmer1. ウェブブラウザで次のURLにアクセスhttp://processing.org/download/

2. 使用しているプラットフォームに対応したパッケージをダウンロード

3. デスクトップなどに展開して起動

PC連携：4.Communication/Dimmerconst int ledPin = 9;

void setup() { // initialize the serial communication: Serial.begin(9600);

pinMode(ledPin, OUTPUT);}

void loop() { byte brightness;

// check if data has been sent from the computer: if (Serial.available()) { // read the most recent byte (0-255) brightness = Serial.read();

// set the brightness of the LED: analogWrite(ledPin, brightness); }}

PC連携：4.Communication/Dimmerimport processing.serial.*;

Serial port;

void setup() { size(256, 150);

// Print available serial ports println(Serial.list());

port = new Serial(this, "COM1", 9600);}

void draw() { // draw a gradient from black to white ...

// send the current X-position of the mouse port.write(mouseX);}

さらに詳しく知りたい時は？

• Arduino公式ウェブサイトhttp://arduino.cc/

• Prototyping Labのサンプルhttp://prototypinglab.com/

• Googleで検索• 書籍で調べる