Arduino: ネオピクセルＬＥＤテープライト

ちょっと感動しました。このネオピクセルＬＥＤテープライト。まずフルカラーです。

どんどん明るくなっていくＬＥＤなんですが、このテープ、それぞれＬＥＤを指定して点灯できるんですね。

これＬＥＤごとレジスタがついてる。

WS8212B データシート

シフトレジスタを使ってＬＥＤを指定して点灯する方法がありますが、その原理です。シリアルで信号を送ってそれぞれ点灯できるわけです。それぞれ切り取って使えます。

「なんてこった」って思いましたね（笑。

Arduino 使ってつないで点灯してみたんですが、これですね。いいライブラリまで出てる。鮮やか。動きがある。並べるとイメージが違う。（実際はこの動画よりもっと鮮やかですよー）

Guide for WS2812B Addressable RGB LED Strip with Arduino

プログラムです。ライブラリはこちらです。


これ並べたマトリックス・ディスプレイまで出てますが（まだ高いですね）、夢が広がります。

Arduino: 光と音で警告するマウス

作ってみました。ここは当然の如く３Ｄプリンターで。ＩＲ距離センサーで反応します。

近づくと光と音で警告します。

フルカラーＬＥＤで通常は青、反応すると赤、しばらくは緑が点灯します。

ＬＥＤが赤で点灯中は振動モーターで鳴ってくれます。

ケースは丸く作ったのですが思い直して両側を削って作りました。

のっかってる赤トンボは愛嬌です（頭でバランスがとれてます）。

こんな感じで動きます。

このプログラムは音声センサまでついてますが、写真のマウスは距離センサだけです（なくても動きます）。

Arduino: アナログからデジタルへ

大抵のセンサーの出力はアナログです。光セル、音声マイク、赤外線距離センサーなど。Arduino ならアナログでもアナログ端子があるので使えるんですが、これを割り込み操作で使おうと思うとデジタルな値が欲しい場合があります。

オペアンプでセンサーの出力をデジタル化できます。

この回路は赤外線距離センサーの出力を増幅し、オペアンプでコンパレータ回路を実現したものです。基準値は非反転入力で調整します。

これでアナログの束縛から解放されますね。

割り込みを使った Arduino 用のプログラムはこちらです。

Arduino: 温度・湿度データロガー

ロボットを作るっていうのはエンジニアとしてはかなり究極な夢だと思います。

人間の能力を超えていてもいいんですが、発想というのはどうしても考える人間を基準としてしまうんですよね。

人らしさを備えたロボットっていうのは理想っぽいんではないかと思います。

あまり人間らしいと気味悪がられるわけですが、ちゃんとした研究があって、適度な人らしさというのがいいんだそうです。

でもここはロボットを作る（日本の）技術は人助けだといいたいですよね。

最新科学技術の粋であるところのロボットで人間らしさを取り戻す。

ここのところ米メディアで騒がれているロボットアームの技術というのがあります。

 まひした手にロボットアームで触覚を取り戻す！　米国防総省の研究機関が実験に成功

精巧なロボットアームと脳をつなぎ、失った腕の感覚を取り戻すという画期的な技術なわけですが、いいですね。

こういう研究があって、しかも政府とメディアが取り上げてくれる。エンジニアとしてはありがたい存在だと思います。

夢を大きく持ったところで、しまってあった Arduino を取り出して、温度・湿度データロガーを作ってみました。

... ちょっと格差が大きいですね。でもちゃんと出来たのでアップします。

Arduino: 赤外線距離センサー

赤外線距離センサーとは、赤外線LEDとフォトトランジスタを組み合わせ、反射してくる赤外線を測ることで距離を測るものです。

距離センサーというと超音波を使うものなどありますが、赤外線距離センサはまとめて売られている赤外線LEDとフォトトランジスタさえあればそのままセンサが量産できます。

LEDへの電流を制限する抵抗の値が小さいと発熱するので気を付ける必要があります。

人間の目は赤外線を検出できませんが、CCDであれば赤外線LEDが光っているのが分かります。

このセンサをモジュール化してみました。以下使ってみて気づいたことです。

このセンサは計測する物体が赤外線を反射しなければ使えません。白っぽければ反応しますが、そうでなければだめです。それはまだいいんですが…

このセンサーは赤外線を検出する方式ですので、赤外線がどこかほかからくればそれで反応します。つまり、太陽光のもとでは使えないってことです。

ライン・トレーサーなどで使われるのがこの赤外線距離センサーです。目的が限られてますね。注意しましょう。

Arduino ISP: ATTiny13A でサイコロを回す

ATtiny13A でサイコロを回そうと思えば rand() 関数が大きいようです。ここは自分で組まねばなりません。

乱数といえば線形合同法だと思えば、Xorshift なる計算方法が流行ってるんですねえ。

高速かつ長周期、じゃあということで Xorshift へ乗り換えて作ってみました。

マシンで合成する疑似乱数ってのは「疑似」乱数なのであってパターンが決まっています。ある一定の周期を持つわけです。長ければ長いほどいい乱数です。あとは出てくる値が均一でないとなりません。

メルセンヌ・ツイスタをすすめる向きもあるようですが、ここでは Xorshift で。

あとシードが必要なんですが、タイマーを使ったりメモリを読んだり、空ピンの値を読んだりするのがベスト・プラクティスなようです。ここではスイッチでの割り込み時のカウンタの値を使ってみました。

Arduino ISP: ATtiny 割り込み・PWM

Arduino ISP を使うと ATtiny13A をそのままプログラムできます。そのままというのは、Arduino IDE を介さないでってことです。ライブラリを使わず書くと、プログラムサイズを小さくできます。

pinMode(), digitalWrite() などは使えず、マイクロコントローラのレジスタなど設定せねばなりません。pinMode() は DDRB レジスタ、digitalWrite() は PORTB などのレジスタを設定することで実装できます。

割り込みなどは MCUCR, GIMSK レジスタを設定し、割り込みを許可せねばなりません。

参照：ピン入力と割り込み


ATtiny13A では PWM 出力が可能ですが、これも TCCR0A, TCCR0B レジスタを設定し、デューティ比を OCR0A, OCR0B などで設定します。

参照：PWMについて調べて、リモコン信号出力してみた。（ATtiny13A）　


ATtiny13A の良さといえば、省電力で省スペース、低価格であること。活用しましょう。

Arduino as ISP: ATtiny13A ヒューズ・リセッター

ATtiny13A というマイクロコントローラＩＣがあります。

このたびこいつを Arduino でどうにかプログラミングすることができたので経緯を記しておきます。すったもんだしたあげくいろいろなものを壊した気がします。というのは、ヒューズの設定で動いてくれなかったからです。

わかってみるとなんですが、この入手したチップ、内部クロック用ヒューズが工場出荷時の値（0x6a, 0xff）ではなかったわけなんです（データシート）。これが原因だと分かるまで時間がかかりました。まずは表面実装部品を使ったのが苦労の発端。

使い慣れない部品を使って新しいことをやろうというのは不確定要素が重なって原因への追及への困難が増します。気を付けましょう。ＳＯＰ８変換ボードが悪いのか、はたまた設定のせいなのか、そもそも不可能を試みているのかわからないからです。

自作のヒューズ・リセッタ

結論をいうと、Arduino IDE 1.6.x で ATtiny13A をプログラムすることができました。ただし、ヒューズのリセッタを作成する必要がありました。以下のサイトを参照させていただきました。

Arduino UNOでATTiny開発してるときに書き込めない！AVR壊れた！？その前に
Attiny13をArduino化　ついでに外部クロック
AVRマイコンを Arduino-IDE 1.6.x で使用する方法

リセットされれば標準的な？やり方でプログラムできます。

まず File | Examples | 11. ArduinoISP メニューから ArduinoISP をアップロードします。ロード出来たらライタ・シールドを接続し、ATtiny をセットします。青いLED が点滅すれば準備ができています。Tools|Board を ATtiny13 、Tools|Programmer を Arduino as ISP を設定します。そしてプログラムをアップロード。

Attiny 自作ライタ・シールド

ATtiny13A でフルカラーLEDを動かしてみました。

(Arduino): ESP8266 を USB シリアル通信変換器 FTDI でつなぐ

WiFi モジュール ESP8266 というのがあります。無線ＬＡＮとつなげるというのがウリですが、Arduino との連携がよくない。ともかく USB シリアル通信変換器 FTDI で PC とつないでみました。

ESP8266 のピン配置は以下の通り。

Rx Vcc
GPIO Reset
CPIO CH_PD
GND Tx

あとは FTDI と WiFiモジュールをつなぎます。

長足のピンヘッダーを使うとうまくブレッドボードを使えます。

Vcc, GND
Rx - Tx
Tx - Rx
pull-up CH_PD

PC とつなぐにはまず FTDI のドライバをダウンロードします。

 
あとこれ引っかかりやすいですが、デバイスマネジャーで通信速度を設定します。

Arduino IDE を立ち上げて、ポートを設定、シリアルモニターを起動して通信速度を設定し、モジュールをつなぎます。

AT とコマンドを打つと OK と返ってくるはずです。
 

画像は AT+GMR コマンドの結果を示しています。

Arduino: シリアル通信（IIS）

Arduino Uno はそこそこピン数があります。７セグでもつなげてしまうほどピン数が多いわけですが、線の多いのは困りものです。場所を取るし配線がやっかいです。配線が多いのはうざいってだけではなく、配線を調べねばならないというだけで作ろうという雰囲気をぶち壊してくれます。

そこでシリアル通信なる方法を使います。効率よくデータを送受信できます。Arduino 用モジュールとして売られているセンサーなどはそもそもシリアル通信でのみ通信できるようなものも多いです。

先日頼んでおいた加速度センサーでシリアル通信（ＩＩＣ）を使ってデータを読み込んでみました。Arduino 標準の Wire.h ライブラリを使ってアドレスを指定し、データを読み込みます。配線は Vcc (5V), GND, SDA (Pin 4), SCL (Pin 5), CS (5V)。

アドレス、モード指定、レジスタ番地などはデータシートなどを参照する必要があります。ここで引っかかったのはモード指定で、データシートを見ても指定しなければならないということがなかなか読めない。

書き込みは多いモジュールなので、どうやら動くよう設定することができました。以下コードです。

Arduino: ７セグ時計

有機ＥＬディスプレイってのはいいです。小さいのがいい。薄くて軽くて電池の持ちがいい。バックライトのいらない発光素子ってのはいいです。暗闇でも見えるし、それでいて消費電力が少ない。

しかしながらまだ高いのが難点です。そこで価格の安い７セグを使ってみました。７セグなら暗闇でもくっきりはっきりそれなりの雰囲気があります。

ここでは4桁の７セグを直接 Arduino とつないでみました。各セグメントへ７＋１ピン、各桁へピンが４つ、あとは GND をつなぎます。注意せねばならないのは、この７セグはカソードコモンなのでドライバ用のトランジスタがGND側で必要だということです。

あとはパターンをセグメントへ送ればいいわけですが、各桁ごとパターンを消去、そしてパターンを送るというプロセスを繰り返します。書き込んで間をおかないとうまく表示されません。

空いているピンでクロック・モジュールを読み込んでいます。

まずはブレッドボードで組んでみたのですが配線が多い。のでモジュールを作ってみました。

digitalWrite() を使ってひとつひとつ書いていくと画面がちらつくので、ポートレジスタへ直接データを書き込んでみました。

コードはこちらです。

Arduino: 温度湿度センサー DHT11

温度湿度センサー DHT11 が今日届きました。

中国からだといつ届くかわからないこの意外性が贈り物みたいでいいですね。

このセンサー精度がどうとかいう記述があって、迷っていたのですが結局買ってしまいました。

いいですね。きちんと動きます。Arduino のおかげです。書き込みが多くて世界中の人間が使っているのが分かります。

ピン配置は左から Vcc, Data, NC, GND です。5k ほどのプルアップ抵抗が必要です。

ライブラリをダウンロードして、読み込むときちんと表示されました。もちろん、配線を間違えると動きません。アナログ入力ピンなどとつなぐとだめです。

 読み込めてうれしいところでくだんの有機ＥＬディスプレイとつないでみました。

このハードルの低さ。情報の多さ、完成度の高さ。Arduino ですね。


ブレッドボードでは心もとないので、ＤＨＴモジュールをつくっておきました。あとはいつもの百均ケースで収まってくれました。

Arduino: ドットマトリクス・ディスプレイで遊ぶ

 ドットマトリクス・ディスプレイというものがあります。

ドット（点、それぞれＬＥＤ）で構成されたディスプレイなわけですが、一行ずつ行のＬＥＤを点灯すると、行ごとパターンが光ります。

これを繰り返していくとディスプレイ全体で図形が表示されるというのが一般的なドットマトリクス・ディスプレイの使い方です。

Arduino 単体でも 8x8 であれば動くわけですが、そのままだと行＋列ぶんだけ信号線が要ります。この処理を引き受けてくれるＩＣを使うとドットマトリクス・ディスプレイを楽しく使うことができます。

写真は MAX7219 を使ったキットです。よくできてます。作るときのワクワク感、できたときの満足感が保証できるのがキットのいいところといえるでしょう。出来上がりも見事です。明るく輝くＬＥＤディスプレイで遊んでみました。

まずはキットから。MAX7219, セラミック、電解コンデンサ、抵抗とピンソケットをはんだ付けします。

そして、配線。

VCC    5V
GND    GND
DIN    8 ピン
CS    9 ピン
CLK    10ピン

こちら Arduino 用のスケッチです。ドットのパターンは Java アプリを書いて作成しました。

できた動画がこれです。今の気分を表してます （＾＾

このディスプレイを赤外線センサーPIRを使って手を振ると動作を開始するよう改良してみました。

リモートでも動くよう割り込みを調整してみました。

ブレッドボード Arduino で組めばそこかしこ置いて遊べます。

百均ケースでうまく収まってます。

＃３Ｄプリンタで作るケースならしっかり収まります。STL ファイルはこちら（2017-12-23）

コードはこちらです。

Arduino: 有機ＥＬディスプレイを使う

今日、有機ＥＬディスプレイが届きました。有機ＥＬは英語で OLED ですね。有機ＥＬは液晶ディスプレイよりまだ高価ですが、近い将来、市場を席巻するだろうという未来の素材です。

有機ＥＬは発光素子を挟み込んだ画面を用います。発光素子を直接光らせるので、画面のバックライトをフィルターして見せている液晶より明るく、消費電力が少ないわけです。バックライトが必要ないため薄くできます。

薄くて明るく消費電力の少ないという有機ＥＬですが、そろそろ手ごろな値段で出ています。さっそく注文してみました。この価格帯だと解像度というレベルのものではないですが、細かい文字も表示できます。

この小さなディスプレイは、端子はたったの４つ。

ライブラリなどは１２８ｘ６４サイズのものを使えばそのまま文字でもビットマップでも表示できます。

https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306
https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library

このライブラリですが、使用の際ディスプレイのアドレスを得る必要があります。

http://playground.arduino.cc/Main/I2cScanner

アドレスを得たら初期化のとき引数として渡してやります。

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); 

この画面サイズの場合、ヘッダファイル（Adafruit_SSD1306.h）を書き換える必要があります。

   #define SSD1306_128_64
//   #define SSD1306_128_32
//   #define SSD1306_96_16

ライブラリを使っての HelloWorld! スクリプトです。



動きました！ので、使いやすいよう Arduino 用有機ＥＬディスプレイ・モジュールを作ってみました。

ここで晒すのもなんですが、配線はこんな感じです。アナログ入力端子をふさがないよう長足のピンソケットをつけています。モジュールだと配線を考えなくていいので使いやすいです。

モジュールが使いやすいってのはつまり配線を間違えることがない、成功率が高い、能率がいい、ひいては使う際の敷居が低いってことでもあります。すべからくモジュールを組んでおくと Arduino の良さを満喫できます。

＃使ってみると有機ＥＬディスプレイってのはいいです。小さいし軽い。電池も持つしいうことないです。早くもっと普及してほしい。

＃この「ＩＩＣシールド」、他のＩＩＣ機器用のシールドとしても使えます。時計モジュールとつなぐとそのまま時刻が読めます。

Arudino: オペアンプを使ってマイクを作る

コンデンサマイク
極性があります

コンデンサマイクがようやく届きました。モジュールではないのでそのままでは信号が弱いので使えません。信号を増幅する必要があります。

ちょっとした手間ですが、首尾よく動いてくれました。この回路の応用で、使えるマイクが出来ます。

増幅回路ですが、ここではオペアンプを使ってみました。仕組みはともかく、オペアンプってのは便利です。使ってみると実感があります。つなぐ抵抗値で信号の増幅できます。

電源とＧＮＤをつなぎ、ー（マイナス）入力ピンとマイクを抵抗を介してつなぎ、出力ピンと抵抗をつなぎます。この抵抗の比が増幅率となります。入力が交流であるため、抵抗で＋（プラス）入力ピンの電圧を調整します。

マイクと電源をつなぎ、入力をコンデンサを介してつなぐとこれで回路が完成します。

Arduino のアナログ入力ピンとつなぎ、電源とＧＮＤを供給してやると音声を電気信号として読み取ることができます。

これだけ増幅できるなら、ということでＰＣのマイク端子とつないでみました。と、マイクとして使えます。Skype が動きます。

Arduino で電気回路として実現、しかも実用として使えるというこの流れ。知識が実用となったという実感。大きく広がる世界と可能性。

Arduino っていいなあと思った次第でした。

以下、部品リストです。

C1    Capacitor
MIC1    Microphone
Part1    Arduino Uno (Rev3)
R1    100kΩ Resistor
R2    100kΩ Resistor
R3    1kΩ Resistor
R4    100kΩ Resistor
R5    10kΩ Resistor
U1    LM358

＃補足です。ノイズがのるので電源を USB から供給してはなりません。

Arduino: ステッピングモーター

 モーターの種類はいろいろとありますが、回転の位置を指定できるサーボモータが一般的です。

ここではあえて価格の手ごろなステッピングモーターを使ってみました。

ドライバ回路はトランジスタで組んでみました。

モータの配線がやっかいで、順番を間違えると振動するだけで回転しません。

Arduino: リレー回路を組む

今週リレーが届きました。Arduino ではリレー単体で動かすことはできないので、トランジスタを使って回路を組む必要があります。週末まで放置してあったわけですが今日組んでみました。

モジュールもいいですが、リレー単体だと安くまとめ買いできます。トランジスタひとつで動くわけなので、やる気があればモジュールでなくても動きます。逆流防止のためのダイオードと抵抗を使います。

作ったモジュールはこれ。

作ってみて便利だと思ったのはこのデュポン・ジャンパー線。短く切って端子をカシメると便利です。

クリップをつけることもできます。

あと、部品の足がブレッドボードのピッチと合わない場合があります。こんなときはユニバーサル基板を切ってピンヘッドをつけるといいです。しっかり固定することができます。