Ruby講座

メイカーを目指す人のためのmruby

にむけた試み

事例（ソーシャル電力需給センサーネットワーク）

CACAnet Fukuoka/近畿大学

山崎重一郎

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mrubyで ゴールドラッシュに 参加しよう！

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799円のイケアのテーブル

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人件費競争フリーな製造業 p 中国製はなぜ安いの？（理由：人件費が安いから） p レーザカッター＋CADデータの製造業

•  レーザーカッターの価格は中国でも日本でも同じ

•  IKEAは原材料に最適化した国で製造

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じゃあ、自分も IKEAになれるんじゃない？

p レーザカッターがどんどん安くなっている p デザイン＝CADデータが勝負！

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ひょっとして、IKEAより 上いけるんじゃない？

p 大量生産しなくてもメーカになれる •  顧客の家のスペースに最適化した家具

p ネットの人々の力を利用できる •  世界一のデザインを採用（世界一の階段とか）

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サプライチェーンの個人利用 p もとは日本の自動車メーカが作ったシステム

•  ジャストインタイム方式

p 「個人メーカー」も利用可能 •  ネット仕入れのアリババとか

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サプライチェーンの個人利用 p もとは日本の自動車産業が作ったシステム

•  ジャストインタイム方式

p 個人もネット経由で利用可能になった •  ネット仕入れのアリババとか

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クラウドファウンディング p ネットで資金調達

•  銀行　×（利息が必要） •  ベンチャーキャピタル×（上場しろって言われる） •  キックスターター　○ • 開発中の製品の「予約」＝「投資」

• 最低調達目標金額を設定　＋　募集期間は30日

• 目標額が集まらなければ、予約はなしになる

• 集まれば、カードから引落されて開発資金になる

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僕が予約＝投資したもの

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arduinoで制御する3Dプリンタ 15万円！

福岡市西区にある株式会社ホットプロシード（夫婦でメーカー） 制御ソフトは「超高性能」オープンソースを利用（原価は極秘）

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ゴールドラッシュ！

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ビットからアトムへ p いまやソフトを商品にするのは難しい

•  スマフォアプリで一攫千金？

p ものにすれば、値段を付けて売りやすい •  「～装置」と言い張ればいい

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予約＝投資 p ゲームみたいに沢山小さな失敗ができる

•  期限内に目標額が集まらなければなしになる

p 予約＝市場調査 •  資金が集まれば、売れることはわかっている

p コメントで客のニーズが直接わかる •  製品化までにどんどん改良できる

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自分で製造しないメーカー クワーキィ社が製品化、製造、販売を受け持つ 　企画やアイデアを投稿した人に売り上げから還元 　試作は３Dプリンタ 　予約が目標まで集まったら製品化はキックスタータと同じ

デザイン

キャッチフレーズ

商品企画 値付け

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　 p 　

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で、本題 p mruby（組み込み用軽量Ruby） 　　　　　　＋ p メーカーズムーブメントの文脈

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mruby p 軽量Ruby

•  コンパクト、高速、モジュラリティがすごく高い •  コア以外のクラスはmrbgem で組み込む • mrbgemは、make で静的に組み込む仕組む仕組み

mruby VM

http Regexp Socket

アプリ

mrbgem

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組み込みソフトとしての mrubyの使い方

p C言語が適しているところはCで書く p mrubyが便利なところ

•  テキスト処理、Web接続とか

httpアクセス テキスト処理 リモコン

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mrubyボード登場 p Enzi、EAPL-Trainer p arduinoピン互換（シールドが使える）

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enziの宣伝 p 福岡CSKさん

•  予約だと5980円！ •  4月に届く予定～

p PDFfile://localhost/Users/yamasaki/Desktop/enzi.pdf

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　 ということで 僕の発明品

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フクオカRuby大賞優秀賞

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　 それがこれ

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AC電源周波数 検知アンテナ

電源コンセントの周波数を測定できます。 50Hz 東日本 60Hz 西日本

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電力の需要と供給 需要が増えると　　　発電機のトルクが増える

手回し発電機 モーター

電球 LED

おもいなあ

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電力の需要と供給

mortar

電力需要

周波数変動で瞬時に需給関係がわかる！

需要が増えると　　　発電機のトルクが増える

発電所

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BeagleBoneでやってみた 　 アナログポートにアンテナを刺すだけ

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#!/usr/local/bin/ruby Process.daemon(nochdir=true,noclose=true) require 'rest_client' require 'eventmachine' include Math ANALOG_IN='/sys/devices/platform/omap/tsc/ain1' SERVER="http://yamalabo.joho.fuk.kindai.ac.jp/logs" SITE="http://yamalabo.joho.fuk.kindai.ac.jp/sites" SNAME='/home/root/ruby/id' C=60.0 N=2**12 DT=0.005 RANGE=0.25 W=N*DT addr=`ifconfig eth0`.split("\n")[1].split(' ')[1].split(':')[1] name=File.open(SNAME).gets.chomp if name=="999" name=rand(10000000).to_s p name p addr begin File.open(SNAME,'w'){|h|h.puts name} RestClient.post(SITE,{:site=>{:name=>name,:ip_address=>addr}}) ensure end end fft=->a{n=a.size c=Complex.polar(1,-2*PI/n) b=a[0...(n/2)].map (n==1 ? a : fft[b.with_index{|x,i|x+a[i+(n/2)]}].zip(fft[b.with_index{|y,i|(y-a[i+(n/2)])*(c**i)}]).flatten)}

cycle=->list{r=fft[list][0...(N/2)].map.with_index{|v,i|h=(i*(1/W)).round(2) [h,(v.abs/(N/2)).round(2)] } } hamming=->i{m={};m[i]||=(0.54-0.46*cos(2*PI*i/N-1))} window=Fiber.new{i=0 buf=Array.new(N) File.open(ANALOG_IN){|f| loop{r=Fiber.yield(buf) if r==0 i=0 else buf[i]=f.gets.chomp.to_f*hamming[i] f.rewind i+=1 end } } } ave=->sfh{(sfh.map{|x|x[0]*x[1]}.reduce(:+))/(sfh.map{|x|x[1]}.reduce(:+))} loop {GC.disable t0=Time.now window.resume 0 EM.run {n=1 EM.add_periodic_timer(DT){ t1=Time.now m=((t1-t0)/DT).round(0) if m>n (m-n).times{window.resume} n=m end window.resume n+=1 EM.stop if n>=N+1 } } GC.enable begin r=cycle[window.resume[0..N-1]] fh=r.select{|d|((C-RANGE)..(C+RANGE)).member?(d[0])} sfh=fh.sort_by{|x|x[1]}.reverse c=ave[sfh[0..3]].round(2) RestClient.post(SERVER,{:log=>{:site_id=>name,:cycle=>c}}) ensure GC.start end

}

Rubyで75行

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苅田

松浦

新小倉

豊前

大分新大分

唐津

相浦

苓北

川内

玄海

川内

大平

福岡 北九州

長崎熊本

鹿児島

大分

日田

宮崎

久留米二日市

飯塚

(小丸川)

天山

九州の主な電力網 　

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　 苅田

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飯塚

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天山

実際に設置してみた 飯塚市大学支援補助金に感謝！

福岡

唐津

二日市

長崎

飯塚

大分

久留米

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ソーシャルWebで情報共有

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設置方法 p 山崎の自宅（福岡）の設置風景

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SynchroSitone~ 　

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SynchroSitone~ すっごくシンクロしとうね

　

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Rubyで実装した！ はっきり言ってむいていない"

"

"

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でもmrubyなら ばっちり

Ruby1.9で実装して 開発途上にあるmrubyへフィードバックするのが目的 こういう用途にはこの機能が欲しいとか

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アナログポートに刺したアンテナからの生データ ノイズだらけだけど、60Hzあたりの成分も見える

0"

500"

1000"

1500"

2000"

2500"

3000"

3500"

4000"

4500"

1" 5" 9" 13"

17"

21"

25"

29"

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61"

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93"

97"

101"

105"

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137"

141"

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161"

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173"

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181"

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193"

197"

201"

205"

209"

213"

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229"

233"

237"

241"

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249"

253"

系列1"

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FFT 　高速フーリエ変換ってやつ

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時系列データを 周波数成分に分解する

59.93 59.94 59.96 59.97 59.98 59.99 60.00 60.01 60.02 0"

5"

10"

15"

20"

25"

1" 2" 3" 4" 5" 6" 7" 8" 9"

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RubyならFFTは2行

fft=->a{n=a.size"

(n==1 ? a : fft[(0...n/2).map{|i|a[i]+a[i+n/2]}].zip(fft[(0...n/2).map{|i|(a[i]-a[i+n/2])*((Complex.polar(1,-2*PI/n))**i)}]).flatten)}

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Rubyの記述力！

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Rubyでできるの？ "p 正確な時間間隔でサンプリング"• 1/60秒＝16.7ミリ秒、その倍の速度が必要"• 5ミリ秒周期で正確にサンプリング"

p 収集途中でGCが入ってはだめ！"p ずっと安定して動き続けないとだめ"

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正確な時間間隔で サンプリング

p リアクタパターンを利用" event machineで実装 シングルスレッド主義で 軽量イベント駆動

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rubygemsの event machine

ユーザ定義のイベント

リアクタ

プログラム

応答性がいい

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rubygemsの event machine

ユーザ定義のイベント

リアクタ

プログラム

定期発生イベント

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サンプリングの周期？ p 60Hzだと、

•  1周期は、16ミリ秒くらい •  8ミリ秒で止まって見える •  8ミリ秒よりちょっと長いと逆転 •  8ミリ秒より短いとOK

•  で、5ミリ秒にします

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Eventmachineの使い方の基礎

require 'eventmachine' EM.run { EM.add_timer(5){ puts 'どーん' EM.stop

} }

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Eventmachineの使い方の基礎 require 'eventmachine'

EM.run { EM.add_timer(5){ puts 'どーん' EM.stop

} EM.add_periodic_timer(1){puts('とん')} }

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Eventmachineの使い方の基礎 require 'eventmachine'

EM.run { EM.add_timer(5){ puts 'どーん' EM.stop

} EM.add_periodic_timer(1){puts('とん')} EM.add_periodic_timer(0.5){puts('た')} }

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5ミリ秒ごとに駆動されるプログラム （実際は微調整が必要！）

require 'eventmachine' EM.run {n=0 EM.add_periodic_timer(0.005){ (時刻を調べて補正) サンプリング実行 n+=1 EM.stop if n==N } }

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サンプリング中に ＧＣを入れない

p RubyのFiberでバッファ（ウィンドウ）への書き込み処理をコルーチンにする"

p 継続で、配列オブジェクトを再利用"

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Fiberで資源を節約 　"window=Fiber.new{i=0 buf=Array.new(SIZE) loop{r=Fiber.yield(buf) if r==0 then i=0 else buf[i]= サンプリング値*窓関数 i+=1 end } }

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Fiber使用法の例

順列の生成方法 > [1,2,3,4].permutation => #<Enumerator: [1, 2, 3, 4]:permutation> > [*1..10].permutation.to_a なかなか返ってこない〜

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順列生成をFiberにする f=->n{Fiber.new{ [*1..n].permutation.each{|x|Fiber.yield x}}} g=f[10] => #<Fiber:0x00000126282090> g.resume => [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] g.resume => [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 9] g=f[100] g.resume

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Rubyのクロージャで 窓関数をメモ化

p 2回目からは計算しない"

hamming=->{m={} ->i{m[i]||=(0.54-0.46*cos(2*PI*i/N-1))}} h=hamming[] h[1] eval('m',h.binding)

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びっくりするくらい正確になった 　

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SynchroSitone~2.0 p 赤外線LEDぴかぴか追加バージョン

赤外線LED

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電源周波数が すっごくシンクロしている理由 　

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苅田

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大分新大分

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苓北

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玄海

川内

大平

福岡 北九州

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大分

日田

宮崎

久留米二日市

飯塚

(小丸川)

天山

九州電力の中央給電司令所が がんばって発電所を集中制御

★

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苅田

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苓北

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玄海

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飯塚

(小丸川)

天山

発送電分離と電力逆潮流

たいよう　

風力発電

太陽光発電

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電力事業者の ３つの主要サービス • 電力供給"

•  基本"

• 電力余力供給"•  停電しないという品質"

• 周波数調整力供給"

•  電源の品質、発電機の保護"

"

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周波数調整力の市場価値 　

揚水ポンプをインバーター型にして""周波数調整力取引でポンプの電力料金を2~3%削減"

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九州中のエアコンの出力を 瞬時にシンクロさせる

1分以内に九州中の10万台程度のオフィスのエアコンが一斉に反応できれば電源周波数調整力として市場価値がうまれる"

エアコン 10万台規模

赤外線LED

ぴかぴか

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どこかで強風が吹いたら p 風力発電量が急増し、需給バランスが崩れる

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川内

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福岡 北九州

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鹿児島

大分

日田

宮崎

久留米二日市

飯塚

(小丸川)

天山

九州中のエアコンがに即座に反応

ブォー

ブォー

ブォー

ブォー

ブォー

ブォー

ブォー

ブォー

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需用者側の周波数調整 p スマートグリッド"p 家庭用のLithium-ion 蓄電池"p 電気自動車、スマート家電、スマートメータ""

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SynchroSitone~2.0 家庭用蓄電池と同等のことがずっと安価に"

　"

　電力事業者との契約で電気料金を減らせるかも""

＋

ラズベリーパイ"（35ドル）"

赤外線LED"　7円

温度センサー"100円

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エアコン消費電力の変化

エアコン１（12年前購入）電源ON9時5分

エアコン１電源OFF9時15分

エアコン2(7年前購入）電源ON9時20分

エアコン2(7年前購入）電源OFF9時42分

電源OFFすれば，消費電力1分以内に最低300W減少する 10万台なら，3万KW

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わかったこと Makersのmrubyはあり！

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これからmrubyを使ってみたいもの p ロボット・メイカーにもなるぞ