ホチキス先生の「プログラマーと呼ばれたい」

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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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小学校でマイコンボードの体験会をする。いわゆるLチカの発展形。

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明日は小学校で子供たちにマイコンボードの体験コーナーをする。短い時間で低学年から高学年までの子供たちに楽しさを伝えるために工夫をする。いわゆる「Lチカ」をベースに。

たとえば小学校の高学年、5年生と6年生対象なら、パソコンを使って簡単なプログラミングをすることができるかもしれない。それにしてもある程度のまとまった時間が必要だし、パソコンなど機材を準備しなければならない。

10分程度の短い時間で、小学校1年生から6年生までの幅広い子供たちにマイコンボードや電子工作の楽しさを伝えるにはどうすればいいか。そこにはいろんな工夫の余地がある。

子供たちの輝く瞳を見たい。だから教育は面白い。

「ラボワーク LW05 – Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」の報告

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今年2月から兵庫県神戸市の三ノ宮駅近くの会議室を借りてやっているマイコンボードの勉強会「ラボワーク」は今月で5回目となった。今回から本格的に Netduino を使うことにした。Netduino は Arduino UNO とI/Oピンコンパチブルのマイコンボードで、Microsoft の .NET Micro Fremework が動いており Visual Studio を使って C# をプログラミング言語として開発することができる。安価で手軽に使いやすい Arduino と C# の充実したライブラリを利用できるパワフルな Netduino の両方を取り上げることで、マイコンボードの活用の幅も広がると考えている。

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今回は 38 種類のセンサーキットを試した。センサーキットを試すには、アナログポートで入力した値を取得して何かの形で表示しなければならない。そこで 4本の LED チューブを備えたマルチファンクションシールドを利用した。マルチファンクションシールドはラボワークの第3回で使ったことがあり、シフトレジスタを介して LED チューブをコントロールするようにできている。そこでアナログポート A5 からの入力値をダイレクトに数値で表示するサンプルスケッチを用意し、ボリュームをつないで確認した後に様々なセンサを取り付けて試した。

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このセンサーキットには、キースイッチ、ロータリーエンコーダスイッチ、タッチセンサ、距離センサ、サウンドセンサ、人感センサ、レーザーセンサ、磁気センサ、磁気リードセンサ、磁気ホールセンサ、温度センサ、赤外線センサ、傾きセンサ、衝撃センサ、水銀センサ、心拍センサ、炎センサ、リードセンサ、光ブロークンモジュール、ジョイスティックモジュール、フォトレジスタ、バイブレーション、ブザー、フルカラーLED、点滅LED、5Vリレーモジュール、などが入っている。似た機能のセンサやアクチュエータが複数あり、どんなセンサなのか想像しがたいものもある。実際に使っても反応がわからないものもあった。またフルカラー LED のようにセンサではないものもあったが、それらは今回テストしなかった。

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今回のラボワークでは、様々なセンサを体験しながら、それらをどう使うかという利用シーンについてもディスカッションができた。またアクチュエータについても試したいという希望もあった。次回以降、またこれらの結果をふまえてラボワークの企画を作っていく。興味のある方はアドミンティーチャーズのサイトから電子メールで申し込みをしてください。

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

アドミンティーチャーズの「ラボワーク」、第5回は「Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」をする。

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今年2月から毎月第一土曜日と決めて神戸三ノ宮の会議室を借りてやっているアドミンティーチャーズの「ラボワーク」。第5回は「Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」をする。

38 種類のセンサは、キースイッチ、ロータリーエンコーダスイッチ、タッチセンサ、距離センサ、サウンドセンサ、人感センサ、レーザーセンサ、磁気センサ、磁気リードセンサ、磁気ホールセンサ、温度センサ、赤外線センサ、傾きセンサ、衝撃センサ、水銀センサ、心拍センサ、炎センサ、リードセンサ、光ブロークンモジュール、ジョイスティックモジュール、フォトレジスタ、バイブレーション、ブザー、フルカラーLED、点滅LED、5Vリレーモジュール、などだ。似た機能のセンサやアクチュエータが複数あり、どんなセンサなのか想像しがたいものもある。今回はセンサキットを買っただけで使っていない。ぶっつけ本番の、まさに「ラボワーク」だ。

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また今回から再び Netduino を取り上げる。Arduino と Netduino の両方でプログラミングをする。Netduino はモデルチェンジをしており、Netduino 2 から Netduino 3 となっている。Netduino 3 では I/O ポートが独立したコネクタでボードの片端にまとめられているのでセンサなどを接続しやすい。

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第5回ラボワーク「Netduino 3と 38 種類のセンサキット体験」の詳細は、アドミンティーチャーズの Web サイトで。

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

アドミンティーチャーズ「ラボワーク LW05 – Netduino 3 と 38 種類のセンサキット体験」
https://adminteachers.wordpress.com/2016/06/03/%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw05-netduino-3-%e3%81%a8-38-%e7%a8%ae%e9%a1%9e%e3%81%ae%e3%82%bb%e3%83%b3%e3%82%b5%e3%82%ad%e3%83%83%e3%83%88%e4%bd%93%e9%a8%93/

<概要>

日時:2016年6月4日(土)19:00~20:00
場所:神戸市青少年会館 サークル4号室(6階)
        (前回の勤労会館と同じ建物です)

神戸市中央区雲井通5丁目1番2号
最寄駅は三宮(JR、阪神、阪急、神戸市営地下鉄)徒歩2分から5分
神戸市勤労会館へのアクセス

対象:高等学校の情報教員、または情報教育に関心のある方
定員:15名
申し込み:電子メール

宛先 ad-teachers@outlook.com
件名 「2016年6月4日 ラボワーク LW05 申し込み」
メールの本文にご氏名、所属をお書きください。

アドミンティーチャーズのラボワーク LW04 「W5100 イーサネットシールドを使ったWebサービスのプログラミング」の報告

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今年2月から毎月第一土曜日と決めて神戸三ノ宮の会議室で行っているマイコンボード勉強会「ラボワーク」。5月は「W5100 イーサネットシールドを使ったWebサービスのプログラミング」をテーマにした。

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このイーサネットシールドは Arduino の事実上のデファクトスタンダードなイーサネットシールドで、Wiznet の W5100 チップが使われている。Arduino IDE 開発環境で標準でライブラリが用意されているのでプログラミングもしやすい。

このイーサネットシールドを使って Web サービスを実装するには次のようにする。

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void setup() {
  Ethernet.begin(mac,ip);
  server.begin();
}

void loop() {
  EthernetClient client = server.available();
}

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たったこれだけで Web サービスが動く。あとは受け取ったデータを解析し、適切な HTML テキストをクライアントに返すだけだ。

クライアントに対してテキストを送り返すには次の一行でいい。

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  client.println("This is my web");

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ただこれを単に void loop() に書くだけでは、ひたすら際限なく同じテキストをクライアントに送り続けることになる。そこでクライアントから接続要求があったときに、テキストを一回だけ送るという処理が必要になる。

たとえば次のスケッチは接続要求のキャラクタを文字列につなぎ、文字列に「GET」があれば HTML のリクエストだと判断し、一回だけテキストを返してサービスを終了する。

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void loop() {
  EthernetClient client = server.available();
    if(client.connected() == 1){
    c = client.read();
    stc.concat(c);
    if(client.available() == 0){
      Serial.println(stc);
    }
  }
  if(stc.indexOf("GET") != -1 && client.available() == 0){
    client.println("This is my web");
    client.stop();
    stc = "";
  }
}

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これでクライアントから接続すると「This is my web」の文字がブラウザに表示される。正しい HTML 文ではないが、表示されるはずだ。

クライアントからの要求が POST メソッドだったときは、受け取ったテキストを解析して必要な処理をさせることができる。たとえば HTML 文にチェックボックスとボタンを用意して、8 x8 マトリックス LED をコントロールするようなこともできる。

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しかし、メモリの制約だと思われるが、あまり長い HTML テキストを送ることや POST メソッドも長いメッセージを受け取ることができない。そこで、HTML テキストは SD カードに保存しておき逐次読みだして送信することを考えなければいけない。また POST メソッドも不要なテキストを削除して処理する必要がある。

イーサネットシールドになぜ SD カードスロットが付いているのかが疑問だったが、実用的な Web サービスを構築するには長い HTML テキストを処理する必要があるからだ、ということがよくわかった。

Arduino と Web サービスは今後も「ラボワーク」でとりあげることにする。無線ネットワークもやってみたい。わかったことの詳細は、また別途項を改めて報告したい。

3月5日(土)、神戸三ノ宮で行った「ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う」

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アドミンティーチャーズ「『ラボワーク LW02 – Digispark 切手大の小さい Arduino を使う』の報告」
https://adminteachers.wordpress.com/2016/03/28/%e3%80%8c%e3%83%a9%e3%83%9c%e3%83%af%e3%83%bc%e3%82%af-lw02-digispark-%e5%88%87%e6%89%8b%e5%a4%a7%e3%81%ae%e5%b0%8f%e3%81%95%e3%81%84-arduino-%e3%82%92%e4%bd%bf%e3%81%86%e3%80%8d%e3%81%ae-2/

今回の「ラボワーク」では、参加のみなさんがご自分のパソコンをお持ちになったので、実際に環境を整えたりスケッチを書いたりという実践的な実習ができた。とてもよかった。今回の「ラボワーク」では、次のようなことをした。

・切手大の Arduino の亜種といえる Digispark を使ってみる。
・Arduino IDE で Digispark を開発するための環境を整える。
・Digispark と PC 間のインタフェースについて知る。
・Arduino IDE を使って簡単な「Lチカ」プログラミングをして Digispark を動かす。

Digispark は USB インタフェースの形状が異なるものを 2種類用意した。ひとつはむき出しの USB コネクタがボード上に形成されているもので、もうひとつはボードにマイクロ USB コネクタが付いているも。むき出し USB コネクタのものはケーブル不要で直接パソコンに挿すことができるので便利だ。どちらの Digispark も中身は同じ。

Digispark は Arduino IDE で開発することができるが、Digispark 用のボードマネージャーを適用する必要がある。ここで現在、Digispark 開発用に提供されているボードマネージャーが、Arduino IDE のバージョンによっては動かないという現象がある。Windows 用の Arduino IDE では、1.6.5 では正しく適用されることがわかっているので、異なるバージョンの Arduino IDE を使っている方には 1.6.5 をインストールしなおしていただき、その後 Digispark 用のボードマネージャーを適用していただいた。

Digispark は他の Arduino と異なり、パソコンとのインタフェースは USB – シリアル変換ではない。パソコンからは Digispark はキーボードやマウスと同様の HID (Human Interface Device) として動作する。したがって固有のデバイスドライバを導入する必要がなく、標準の HID ドライバが適用されればいい。スケッチを導入するには、まず Arduino IDE で「マイコンボードに書き込む」ボタンを押してから USB に Digispark を挿す。Digispark は通電後、数十秒間はプログラム転送モードになり、その間にスケッチが導入される。スケッチの導入が終われば自動的にリセットし、プログラムが動き始める。

Digispark にはオンボードで LED が 1個ついているので、スケッチでオンボードの LED を点滅させるスケッチを作って確かめた。点滅速度を変更したり、PWM でフェードイン、フェードアウトの光らせ方を体験したりした。

次回は 4月2日(土)。テーマはプログラミングとし、シフトレジスタでコントロールする LED チューブの点灯と、ダイナミック点灯のプログラミングを考えている。前回同様 12 名の定員の小さな会議室を予約しているので、希望の方は早めに申し込んでください。数日中にアドミンティーチャーズのサイトで告知します。

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

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小学校のカーニバルで「マイコンボードで Lチカ体験コーナー」をする – ブース型の体験コーナーで得たこと

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小学校のカーニバル。子供たちが様々な店を企画してみんなを楽しませる、つまり小学校版の文化祭のようなイベントだ。そこで PTA として「マイコンボードで Lチカ体験」というコーナーを出した。部屋は理科室。実験台に Arduino や Netduino のマイコンボードや部品を並べ、子供たちに体験をしてもらうブース型のコーナーだ。

昨年「青少年のための科学の祭典」で同様の出店をした経験から、このようなスタイルで小学生に体験させるにはどのような工夫が必要なのかということが少しわかった気がする。会議用の長机程度のスペースを使い、椅子をならべて数人を集めてマイコンボードの体験を 10分程度でする、終われば次のグループがどんどんやってきて入れ替わるというスタイルだ。

1.その場でプログラミングは無理

できればその場でプログラミングをし、あるいはコードを書くことはしなくても、できたコードを見せてビルドし配置する、ということを体験させたい。しかしブース型の入れ替え制スタイルで、小学生に対しては無理だ。相手が中学生で、パソコンもマイコンボードの数だけあり、同時に少人数、時間もせめて 20分あればできるかもしれない。したがってその場でプログラミングすることはあきらめ、あらかじめマイコンボードにプログラムを入れておくしかない。したがってイベントの目標は「プログラミングを理解する」のではなく「プログラムによってマイコンボードが動作することを理解する」ことにする。それをどういう形で体験し理解させるかを工夫する。

2.いろいろ用意せず体験は 1種類だけにする

計画の段階では「あれもしたいこれもしたい」と思うので、タイプの異なる実習を何種類も用意しようと思う。興味や関心に応じて選んでやってもらおう、と。しかし完全に個別対応ならうまくいくかもしれないが、5~6名の子供に同時に説明し体験させるには、異なる種類のものを同時に説明するのは無理がある。子供たちをきちんとコントロールできないと事故がおこる可能性もある。体験は 1種類だけにし、応用で見せたいものはすぐできるように用意しておき、見せるだけにする。

3.人数は同時に 10人くらいはできる

きちんと準備ができていれば、小学生なら 10人くらいは同時に対応できることがわかった。同じことをやるなら小学生は友達どうしで見比べながら作業ができる。そのためには机は広いほうがいい。昨年の「青少年のための科学の祭典」では会議用の長机を使ったが、今回は小学校の実験室だったので実験台を使わせてもらった。実験台は奥行きが広いのでマイコンボードや部品を並べても作業に余裕があった。できれば奥行きのある机に輪のようになって座ってするのがいい。

4.直観的に操作できるように準備する

いちいち説明書きを見ながら作業をするのは無理だ。そこで口頭で簡単に説明するだけでいいように、体験は直観的にそうさできるように準備する。回路を作るなら一列に並んだピンに順番にコードを挿していく、3接点のセンサーを使うなら、すだれ型の 3本セットのケーブルを使い、末端には 3ピンのコネクタを取り付けておく、電源のプラスは赤、マイナスは青とブレッドボードの色にあわせておく、などだ。こうしておくと「順番につなぐんだよ」「同じ色をつないでね」「同じ形のところにつないでね」と言うだけでいい。

5.ブレッドボードは難しい

ブレッドボードを小学生に理解させるには、このようなブース型の体験コーナーでは無理だ。まずブレッドボードの内部配線を理解しなければ、どのように回路がつながったのかわからない。実際に小学生にブレッドボードを使わせてみると、LED が光る回路を作ることができても、なぜ光ったかが実感できないでいるようだ。ほとんどの子は光ったことは喜んでも、なんとなく納得しがたい顔をして帰っていく。もし LED を直接光らせる体験をさせたいなら、ブレッドボードは使わずリード線とワニ口クリップを使ったほうがよさそうだ。

6.教材は多めに用意する

きちんと教材を用意しておけば 10人程度は同時に対応できる。スペースに余裕があればもう少し同時に多くに人数でできるかもしれない。そこで教材は想定する数より多めに用意しておくのがいい。また次々にグループがやってきたとき、前のグループでやったものの片付けができていないと待たすことになる。そこで片づけなくても 2回くらいは連続でできるように、同時想定人数の2倍の教材を用意できればさらにいい。

7.電源の管理を工夫する

どのような実習にせよ、マイコンボードや電子回路の実験なら電源を必要とする。回路を組み立てて最後は電源を接続するのだが、AC アダプターを使うのか、乾電池を使うのか、モバイルバッテリーを使うのか。電源ケーブルの引き回しをどうするのか。今回は AC アダプター付きの 7ポート USB ハブを使ったが、USB ケーブルが短くしかも堅かったので使いにくかった。モバイルバッテリーは万一回路が短絡したときに危険かもしれない。電源供給ケーブルのとりまわし、短絡しないケーブル末端の処理、などに配慮する必要がある。小学生には乾電池を使うのがわかりやすく、短絡したときの問題を考えると、内部抵抗の大きなマンガン乾電池を使うことが良いと思われる。

こうした実習は、プランを立ててやってみることで経験が得られ改善の工夫をイメージできる。子供たちは思いもよらない姿を見せてくれる。優れた教員は常に子供たちの様子を観察し、細かな違いを見極める目を持っている。そこで気づいたことを次のプランに組み込んでいく。したがってこうした実践は教える側にとっても貴重な経験である。それにしても小学生に何かを教えるということはエネルギーがいる。やっているときは感じなかったが、2時間ほどの体験コーナーを終えて家に帰ってくると、気が緩んで疲労と睡魔に襲われて夕方まで昼寝をしてしまった。小学校の先生はたいへんだ、ということも実感した。