ホチキス先生の「プログラマーと呼ばれたい」

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Archive for the ‘WiFi’ Category

IoT 開発における Arduino ファミリーの優位性 – nodeMCU を使う理由

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IoT 開発のために主として Arduino ファミリーと呼ぶことができるマイコンボードを使っている。ここで「Arduino ファミリー」と言っているのは、オフィシャルな Arduino 開発環境である Arduino IDE を使って開発でき、物理的な仕様もほぼ Arduino に準じているものを指している。

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IoT開発のためのマイコンボードについて考える – その必要な特性は何か – Raspberry Pi と Arduino

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現在、様々なマイコンボードが開発され生産、販売されており、それらは様々な用途に利用されているが、IoT 開発におけるマイコンボードに必要な特性は何だろう。

どこかに統計データがあるかもしれないが、現時点、2017年12月25日において、俺の日常的な感覚からすれば世界で最も利用されているマイコンボードは Raspberry Pi と Arduino だ。

Raspberry Pi の特徴は高性能であるということに尽きる。Raspberry Pi に最適化された OS Raspbianをインストールしてキーボードとモニタを繋げば普通の Linux PC として機能する。高機能であることの裏返しとして、OS をインストールしなければならない手間と価格が高いデメリットがある。たとえば Amazon で Raspberry Pi 3 Model B V1.2 国内正規代理店品の価格は 5,578 円だ。もうひとつ、Raspberry Pi の使いにくさとして A/D コンバータを持っていないことがある。アナログセンサを Raspberry Pi で使うには A/D コンバータを別途取り付けなければならない。ただし I2C などディジタル通信によるセンサも充実してきたので、これからはアナログ入力処理の必要は少なくなるかもしれない。ただマイコンボードや制御の学習のためにはアナログ入力処理ができたほうがいいだろう。

Arduino の特徴はオープンソースハードウエアであることだろう。回路設計が公開されており、だれでも電子部品を組み合わせて同じものを作ることができる。このために中国製を中心とする膨大なクローンが市場にあふれている。現在 Arduino を代表するモデル Arduino UNO R3 は Amazon で 999 円で手に入る。中国系のサイトでは 300 円だ。また互換品も多い。小型で Wi-Fi モジュールを搭載した WeMos D1 mini は俺のお気に入りだが、中国系サイトで 310 円から 350 円くらいだ。さらに Arduino UNO R3 は D/A コンバータを搭載しておりアナログ入力を処理できる。

データ処理はクラウドで行う時代になり、マイコンボードでは高度な処理を必要としない。したがって IoT でのマイコンボードの役割は、センサからデータを受け取りインターネットに送信することになるだろう。そのためにはセンサの値を読む I/O とともに、ネットワーク通信機能が必須になる。現時点では Wi-Fi が扱いやすいだろう。安定して動作すること、安価であることも重要だ。できるだけ多くのセンサを設置し、継続して大量のデータを収集することがビッグデータの時代には必要だ。壊れやすかったり単価が高ければ数多く設置することが難しい。そのためには高機能であることよりもシンプルな設計が望ましい。

もしマイコンボードにデータベースの機能を持たせたり、Web サービスなど高度な役割を持たせたいなら Raspberry Pi だろう。しかし単純にデータ収集を行うためなら Arduino だろう。ただ Arduino では通信処理において実装が難しいものもある。今一歩 Arduino が進化し、CPU や ストレージなどの機能が高くなれば IoT における主役として確固たる位置につけるはずだ。それを期待している。

2017年7月18日

松本 吉生(まつもとよしお)
Microsoft MVP Data Platform

1961年京都に生まれ、神戸で幼少期を過ごす。大学で応用化学を学んだのち、理科教諭として高等学校に勤務する。教育の情報化が進む中で校内ネットワークの構築運用に従事し、兵庫県立明石高等学校で文部科学省の「光ファイバー網による学校ネットワーク活用方法研究開発事業」に携わる。兵庫県立西宮香風高等学校では多部制単位制の複雑な教育システムを管理する学籍管理データベースシステムをSQL ServerとInfoPath、AccessなどのOfficeソフトウエアによるOBA開発で構築・運用する。現在は兵庫県立神戸工業高等学校でC#プログラミング、IoTなどのコンピュータ教育を行う。2004年からマイクロソフトMVP(Microsoft Most Valuable Professional)を受賞し、現在14回目の連続受賞。2016年にマイクロソフト認定教育者(Microsoft Innovative Educator Experts : MIEE)を受賞。

ESP8266 Wi-Fi SoC を搭載した nodeMCU には大きさ、形が異なるいくつかのタイプがある。一見同じもののように見える 2つのタイプを比べてみる。

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いわゆる nodeMCU と呼ばれるマイコンボードは、オンボードに ESP8266 の Wi-Fi モジュールを搭載しており、IoTデバイスとして安価で使いやすいものだ。IoT ではマイコンボードをネットワークにつなぐことに大きな意味があるのだが、他の多くの安価なマイコンボードではネットワーク関連のデバイスはオプションパーツ扱いになっていることが多い。パーツがオプションであるということは、自由度がある代わりに本体とパーツ、間のインタフェースと、トラブルシュートに要する項目が増える問題がある。その点、オンボードでネットワークモジュールを搭載しているマイコンボードでは、それらを考慮する必要がないので開発が楽だ。しかも nodeMCU は極めて安価である。

nodeMCU は日本の Amazon でも買うことができるが、大きさや形が異なるいくつかのタイプがある。このうち、よく似ていて一見すると同じもののように見える 2つのタイプを比べよう。

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こうして横に並べて比べると違いがわかるが、ネットで注文するときなどは、よく見ないと違いがわからない。まず全体の大きさが違うのだが、これらを別々のページで見たときには、大きさではわかりにくいだろう。そこで比べるには、搭載している部品の配置に注目するといい。わかりやすいのは USB コネクタの近くにある、おそらく USB シリアルインタフェースチップだと思われる黒い IC チップだ。写真の右側、「LoLin」と呼ばれる nodeMCU では横長のチップが搭載されているが、左側の「Amica」と呼ばれる nodeMCU では正方形の小さめのチップが搭載されている。あと違いが目に付くのは、左の「Amica」のきれいに整列したチップ抵抗だと思われる部品、あるいはチップコンデンサと思われるオレンジ色の大きめの部品あたりだろう。

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裏から見れば違いはよくわかる。写真の右側には、おそらく雲をイメージしてデザインしたシンボルマークと「NODEMCU Amica」の名前がある。右側は「LoLin」と書かれている。

さて、この 2タイプの nodeMCU だが、プロトタイピングにおいて大きさの違いが使い勝手に影響するところは、一般的な長潟のブレッドボードを使うときに、大きい方の「LoLin」ではピンの穴を全部覆ってしまい、信号を取り出せなくなるところだ。これに対して小さい方の「Amica」では、かろうじて 1ラインは信号を取り出せるように残っている。

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もし「LoLin」を長潟のブレッドボードで使いたいなら、2枚ならべて使うことになるだろう。

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2017年4月28日

松本 吉生(まつもとよしお)
Microsoft MVP Data Platform

1961年京都に生まれ、神戸で幼少期を過ごす。大学で応用化学を学んだのち、理科教諭として高等学校に勤務する。教育の情報化が進む中で校内ネットワークの構築運用に従事し、兵庫県立明石高等学校で文部科学省の「光ファイバー網による学校ネットワーク活用方法研究開発事業」に携わる。兵庫県立西宮香風高等学校では多部制単位制の複雑な教育システムを管理する学籍管理データベースシステムをSQL ServerとInfoPath、AccessなどのOfficeソフトウエアによるOBA開発で構築・運用する。現在は兵庫県立神戸工業高等学校でC#プログラミング、IoTなどのコンピュータ教育を行う。2004年からマイクロソフトMVP(Microsoft Most Valuable Professional)を受賞し、現在14回目の連続受賞。2016年にマイクロソフト認定教育者(Microsoft Innovative Educator Experts : MIEE)を受賞。

Orange Pi Zero を買った

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先日買った Orange Pi One が気に入ったので、次に Orange Pi Zero を買ってみた。

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パッケージは Orange Pi One のときのものと同じ。パッケージを開けると、Orange Pi One と同じように、Orange Pi Zero 本体と簡潔な一枚のプリントが入っている。

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実に小さな筐体にぎっしりと機能が集積されているという感じだ。機能美を感じる。スペックは次の通り。

CPU H2 Quad-core Cortex-A7 H.265/HEVC 1080P
GPU Mali400MP2 GPU @600MHz Supports OpenGL ES 2.0
Memory (SDRAM) 256MB/512MB DDR3 SDRAM(Share with GPU)(256MB version is Standard version)
Onboard Storage TF card (Max. 64GB)/ NOR Flash(2MB Default not posted)
Onboard Network 10/100M Ethernet RJ45 POE is default off
Onboard WIFI XR819, IEEE 802.11 b/g/n
Audio Input MIC
Video Outputs Supports external board via 13pins
Power Source USB OTG can supply power
USB 2.0 Ports Only One USB 2.0 HOST, one USB 2.0 OTG
Buttons Power Button
Low-level peripherals 26 Pins Header, compatible with Raspberry Pi B+ ,13 Pins Header
LED Power led & Status led
Supported OS Android, Lubuntu, Debian, Raspbian
Product size 48 mm × 46mm
Weight 26g

オンボードにイーサネットのコネクタがあり、かつ、Wi-Fi モジュールも装備している。だが HDMI コネクタはなく、画面出力をするには拡張ボードが必要だ。電源は micro USB コネクタから給電できる。このスペックからすると、ネットワーク接続に最適化された軽量の IoT モジュール、という位置づけになるだろう。

Orange Pi は中国の Shenzhen Xunlong Software CO., Limited の製品だ。

Written by Yoshio Matsumoto

2017年4月8日 at 9:47 午後

Orange Pi One を買った

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マイコンボードの世界が熱い。とりわけ現在のトレンドは、Raspberry Pi をモデルにしたものだろう。そのうち、最も面白そうなものは、この Orange Pi だ。

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パッケージは簡素だが品のあるものだ。パッケージの中には Orange Pi One 本体と簡潔な一枚のプリントが入っている。

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この小さなサイズで、スペックは次の通り。

CPU H3 Quad-core Cortex-A7 H.265/HEVC 4K
GPU Mali400MP2 GPU @600MHz Supports OpenGL ES 2.0
Memory (SDRAM) 512MB DDR3 (shared with GPU)
Onboard Storage TF card (Max. 64GB) / MMC card slot
Onboard Network 10/100M Ethernet RJ45
Video Input A CSI input connector Camera
Video Outputs Supports HDMI output with HDCP
Power Source DC input can supply power, but USB OTG input don’t supply power
USB 2.0 Ports Only One USB 2.0 HOST, one USB 2.0 OTG
Buttons Power Button(SW4)
Low-level peripherals 40 Pins Header,compatible with Raspberry Pi B+
LED Power led & Status led
Supported OS Android Ubuntu, Debian, Rasberry Pi Image
Product size 69 mm × 48mm
Weight 36g

オンボードでイーサネットのネットワークコネクタを装備し、HDMI 出力インタフェースもある。

Orange Pi は中国の Shenzhen Xunlong Software CO., Limited の製品だ。

Written by Yoshio Matsumoto

2017年4月8日 at 9:22 午後

神戸三ノ宮で「マインクラフトとプログラミング教育」の勉強会をした。

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2017年1月28日、神戸三ノ宮で「マインクラフトとプログラミング教育」のテーマで勉強会をした。マイクラフトが好きな小学生5人に Surface 3 でモダンアプリ版のマインクラフトをしてもらい、教員5人がサポートしながらマインクラフトを子供たちがどのように使うかを見て、マインクラフトをプログラミング教育に利用するヒントを得ようと考えたのだ。

詳細はアドミンティーチャーズのサイト https://adminteachers.wordpress.com/ にも報告したが、今回は用意した機材で実習がスムーズにできるかを検証することとし、詳細なコースを用意することはしなかった。

今回やってみてよくわかったのは、Surface を使うと数分の準備で実習を始めることができること、子供たちは極めてマインクラフトの世界に興味が高く教員の動機づけがなくても自然に演習に集中できること、自然発生的に協働作業が行われること、わからないことがあれば教えあう関係性が自然におこること、攻略本を一緒に見ながら問題解決をする姿が見られたこと、などだ。

マインクラフトを教材プラットフォームとして、プログラミング教育に利用することは効果的だと実感した。次は効果的な「課題」あるいは「学習コース」を考えることだろう。そのためには教員がマインクラフトの世界を知り、何ができるか、どのようなコースを組み立てることができるかを考える必要がある。

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2016年10月1日のアドミンティーチャーズのラボワークでは、ESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を 2台使い、一方を WiFi アクセスポイント、もう一方を WiFi クライアントとして接続し、Web サービスでデータ通信をする。

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アドミンティーチャーズのラボワークでは、8月と9月にESP8266 WiFi モジュールを搭載した Arduino WeMos D1 を使って通信を試した。WeMos D1 は安価で手に入れやすいマイコンボードで、実習教材にも適していると思われる。しかしまとまった解説やサンプルスケッチがなかなか見当たらない。多く見られるのは WiFi クライアントにしてアクセスポイントに接続し、Web サービスを実装するというものだが、WiFi クライアントにすることや Web クライアントを実装する事例は少ない。試行錯誤が必要だったが、うまく通信できるようになった。

今回の「ラボワーク」では 2台の WeMos D1 を使う。一方の WeMod D1 を WiFi アクセスポイントの設定にし、Web サービスを実装する。Web サービスでは、アナログ I/O ポート A0 に接続したボリュームの電圧を Web ページに表示するようにしておく。もう一方の WeMos D1 は WiFi クライアントの設定をし、起動したら WiFi アクセスポイントにした WeMos D1 に接続するようにし、Web クライアントを実装して Web ページを取得し、HTML テキストからボリュームの値を取り出して Multifunction Shield の 7セグメント LED に表示する。

マイコンボードが互いに WiFi 接続できれば応用範囲が広がるだろう。また Web サービスや Web クライアントを実装することで、Web サービスの仕組みも理解できる。

アドミンティーチャーズのラボワークは、会の性質上「情報教育に関心のある方」としているが、必ずしも学校関係者に限定しているわけではないので、興味のある方はぜひ来てほしい。またノートパソコンの Arduino 開発環境は、当日ラボワークで設定することもできるし、ノートパソコンがなくても実習を楽しめるし、ゆるやかな体験、交流の場なので、気軽に手ぶらで来てもらってかまわない。

アドミンティーチャーズ Web サイト
https://adminteachers.wordpress.com/

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