OSC北海道2015での発表資料

1. Arduinoで温度を測るところまで
@rarere

2. 注意
● 初心者向けです
● 発表者もわりと素人です。
● 知ってる人には眠いたいと思います。
● 比較的真面目なのでたぶん面白くはないです。

3. 目次的な
● 自己紹介
● Arduino
● 今日やること
● やる

4. 自己紹介
● 名前
– られれ
● 仕事場
– 株式会社インフィニットループ
● 今年の目標
– CGI.pm ﾇｸｻｷﾞｮｳ('A`)

5. …仕事場の紹介しようと思ったけど
ここでたくさん聞けると思うので省略

6. 一部だけ紹介

7. 本編

8. Arduino?

9. Arduino
● 初心者にも簡単に扱えるマイコンボード
● AVRマイコンを基盤にのっけたハードウェアと
独自の開発環境を合わせたシステム
● 入出力が簡単にできるように設計されてる基盤
● Arduino互換のボード(基盤)や拡張ボードが売ら
れてたりしてデファクトスタンダードっぽい感
じ。
● 開発環境はCとかC++風の独自言語

10. Arudino(ボード)
画像：http://www.arduino.cc/

11. Arduino(開発環境)

12. Arduino(Leonardo)のスペック的な
● マイコン ATmega32u4
● 5Vで動く
● デジタルI/O 20、PWMチャンネル 7、アナログ入力 12
● Flash Memory 32KB、SRAM 2.5KB、EEPROM 1KB
● クロック周波数: 16MHz
● 価格 2,910円(税込) 秋月電子の通販(2015/6/7)
スペック
http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardLeonardo

13. Arduinoでできること(一部)
● LED光らせる
● センサーからデータ入力
● デジタル信号のON,OFF出力
● モーターとか動かす
● 音を鳴らす
● ディスプレイに出力
● シリアルコンソールで入出力

14. これを使って
● LED光らせる
● センサーから入力
● デジタル信号のON,OFF出力
● モーターとか動かす
● 音を鳴らす
● ディスプレイに出力
● シリアルコンソールで入出力

15. 温度測る
↑
数字はArduinoから取得
グラフ表示はFreeBSDでrrdtool(cacti)

16. これをするために何が必要？

17. これをするために何が必要？
● 温度測る部分(Arduino)
● 計った温度ををグラフ表示部にコピーする部分
(ArduinoとPCで通信)
● グラフ表示する部分(PC)

18. ブロック図的なもの
温度測る データをコピー グラフ表示

19. ブロック図的なもの
温度測る データをコピー グラフ表示
Arduino
シリアル通信
(USB)
PC

20. 分けて書いたけど全部一緒に作るよ！

21. Arduino側

22. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

23. 「何を使うか」の下地

24. 何を使う？
● 温度を測る
– 温度センサー
– Arduino側でA/D入力
● グラフ表示部分(PC)へのデータのコピー
– PCとの通信になる
– ArduinoとPCとでシリアル通信

25. 何を使う？
● 温度を測る
– 温度センサー
– Arduino側でA/D入力
● グラフ表示部分(PC)へのデータのコピー
– PCとの通信になる
– ArduinoとPCとでシリアル通信

26. 何を使う？
● 温度を測る
– 温度センサー
– Arduino側でA/D入力
● グラフ表示部分(PC)へのデータのコピー
– PCとの通信になる
– ArduinoとPCとでシリアル通信

27. 温度センサー

28. センサー？
● センサまたはセンサー（英: sensor）は、自然現
象や人工物の機械的・電磁気的・熱的・音響
的・化学的性質あるいはそれらで示される空間
情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用
して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置
き換える装置のことをいい、センサを利用した
計測・判別を行うことを「センシング」とい
う。検知器（英: detector）とも呼ばれる。
by wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB
%E3%83%B3%E3%82%B5

29. センサーの種類
● 温度センサー
● 湿度センサー
● 照度センサー
● 圧力センサー
● 毒ガスセンサー
● 加速度センサー
● 他いろいろ

30. センサーの種類
● 温度センサー
● 湿度センサー
● 照度センサー
● 圧力センサー
● 毒ガスセンサー
● 加速度センサー
● 他いろいろ

31. 温度センサー
● 温度変化を電圧変化で教えてくれるセンサー
● IC型とか可変抵抗型とかほかいろいろ
● IC型
– 有名なの：LM35
– 温度取得が楽
● 可変抵抗型
– サーミスターという名前
– 抵抗値と、それに対応する温度の表があるので見比
べる必要がある。

32. 温度センサー(IC)
● 温度変化と電圧変化がリニアなので処理が楽
– x℃の変化で0.y Vの電圧変化
● LM35が有名どころ(多分)
画像：秋月電子

33. サーミスタ
● 温度が変わると抵抗値が変わる抵抗
– 抵抗が変わることで電圧変化を知ることができる
– IC型みたいにリニアな変化じゃない
画像：http://semitec.co.jp/

34. 何を使う？
● 温度を測る
– 温度センサー
– Arduino側でA/D入力
● グラフ表示部分(PC)へのデータのコピー
– PCとの通信になる
– ArduinoとPCとでシリアル通信

35. A/D入力？
● A：アナログ
● D：デジタル
● アナログデジタルの変換処理ができる入力部分
● アナログー＞デジタルにしてマイコンで使いや
すくする回路のついてる入力ピン
● サンプリングと量子化

36. 何を使う？
● 温度を測る
– 温度センサー
– Arduino側でA/D入力
● グラフ表示部分(PC)へのデータのコピー
– PCとの通信になる
– ArduinoとPCとでシリアル通信

37. シリアル通信？
● シリアル通信（シリアルつうしん、英: Serial
communication）は、電気通信において伝送路
上を一度に1ビットずつ、逐次的にデータを送
ることをいう。
by Wikipedia
● RS-232CとかRS422とかRS485とか
● ArduinoはUSBケーブル経由でPCとシリアル通
信する

38. 「何を使うか」の下地終わり

39. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

40. 何を使うのか
● 温度センサーとシリアル通信やる
● 温度センサ
– IC型のやつ使う(とりあえずはじめだし楽をしよう)
● シリアル通信
– ArduinoとPCをUSBケーブルでつなぐだけ！

41. 温度センサ
● 種類があるのでどれを使うか確認しておく
– 形とか測れる温度とかいろいろ違う
● LM35DZ: 0～100℃
● MCP9700: 形はLM35DZと同じ。-40～+125℃
● 温度センサとArduinoを直接接続することはか
なり無理があるので、やりやすいようにボード
とかケーブルを用意する。
– ブレッドボードとジャンプワイヤー

42. 用意するものまとめ
● Arduino
● USBケーブル(Arudino買ったら多分ついてる)
● 温度センサー(買えるやつ)
– 北海道だしマイナスも測りたいのでMPC9700で。
● ブレッドボード(適当なの)
● ジャンプワイヤー(10㎝以上あれば楽)

43. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

44. どう使うか
● 温度センサーとArduinoをどうつなぐか
– 回路図的なものを作っておこう
● 電圧とか電流とか
● 今回は配線だけ。
● 電流は気にしない。
● 電圧は一応気を付けよう。

45. どうつなぐか
● 回路図
– Arduinoのどのピンを使うのかを確認する。
– ピンと、センサーのどこをどうつなぐのかを確認する。
– 手書きなり適当なソフトウェアなり使う。
– ArduinoならFritzing というソフトウェア使うと比較的簡単
● つなぎ方
– ICの電源用に、Arduinoの5VとICのVsとかVDDとか(電源)
– ICのグランド用に、ArduinoのGNDとICのGND(グランド)
– ICからの出力用に、ArduinoのA/D入力ピンとICのVout(温度が
分かるところ)
● Ardino側にいくつかあるけどとりえずA0

46. 回路図と配線
Fritzingを使ってみた
パーツにLM35を選んでやってみた例

47. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

48. 部材を用意する

49. 部材の用意
● 店舗で
– 札幌なら梅沢無線へGo!!
● 通販で
– 秋月電子、ストロベリーリナックス、RSオンライ
ン、マルツオンライン、他いろいろ

50. 梅沢無線
● 狸小路の端っこ
● http://www.umezawa.co.jp/
● オンラインショップもある
画像：梅沢無線のサイトから

51. 購入
● Arduinoは持ってるのでそれ以外を購入してみ
た 部材 価格(円)
MCP9700A-E/TO 129
ブレッドボード 466
ジャンプワイヤー 534
合計 1,129
北海道価格！

52. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

53. 組立
● 回路図と同じようにやる
● パーツのマニュアルのピンアサインに注意。

54. 配線したところ
ICのむきに気を付けましょう

55. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

56. ArduinoのIDEをダウンロードして
コード書くまで
● Arduinoでぐぐるなりして公式サイト行く
● Downloadタブをクリック
● 使ってるOSに合わせたものをダウンロード(140MB
ぐらい)
● 展開 or インストール
● 起動
● ボードの設定
● コード書き

58. IDEを起動して持ってるボードを設
定

59. 簡単なコードを書いてみる
● とりあえずA/D入力して、シリアル通信でPCへ
データを送るだけのもの
● 電圧から温度へ変換するのはとりあえず後で
● サンプルコードにあったりする
● デモ

60. なんか出てきた
● 数字が表示されてた
→電圧
● センサーに触ってると数字が変わった
→温度が変わったので電圧も変化
● でも何℃なのかわかんない
● ということで計算して行きます

61. Arduinoで温度測る
● 何を使うのか
● どう使うか
● 材料そろえる
● 組み立てる
● コード書く
● 書き込む
● 計る

62. 数字を電圧に
● アナログの電圧値を量子化・サンプリングした
値がさっきの数値。
● それを電圧に変換する計算をする必要がある。
● 計算するのに必要なもの
– A/D入力のリファレンス電圧
– A/D入力の分解能

63. 電圧計算
● Arduino Leonardoの場合
– リファレンス電圧は5V
– 分解能は10bit = 1024分割
● 0～5Vを1024分割した値がさっき出ていた数値
– 0Vの時は0、5Vの時は1023、2.5Vの時は511
– 1変わると4.8828125mVぐらい変わる
● 数式
– 「入力値 * 5V / 1024」で、元の電圧値になる。
– mVだったりするので注意(入力値 * 5000mV / 1024)
● デモ

64. 温度計算
● MCP9700の温度計数は10mV/℃
(1℃変わると1mV変わる)
● 0℃の時は500mV
● 入力値が750mVの時は25℃になる
● 計算式
温度 = (mV – 500mV) / 10mV
● 参考
http://arms22.blog91.fc2.com/blog-entry-415.html
● デモ

65. 温度計れた！

66. でも実はずれてます！

67. ずれの理由
● センサーの個体差
● 100%リニアになってるわけじゃない(データ
シートにも書いてある)

68. ずれの修正
● 温度計とか、他の正しい温度センサーとかと見
比べて修正する(GO RI O SHI)☆ ☆ ☆
● 温度が合うように、3度高いなら計算式に-3とか
つける。
● 25℃の環境で合わせると、0～70℃の間で、だ
いたい±0.5℃ぐらいの精度になる。
● デモ

69. だいたいできた！！
…ような気がする ？

70. 次はグラフ表示させるPC側

71. PC側
● シリアル通信で受信する
● 受信したデータをグラフ表示

72. 受信
● シリアル通信で適当に受け取る何かを作る

73. グラフの表示
● 適当なGUIなプログラムを書く
● rrdtoolsとかの数字をグラフにするものを使う

74. 作ってみたviewer的なもの

75. GUIなやつデモ

76. 眺めてるとなんかカクカクしてるような気がする

77. 入力が1変わるだけで結構変わる
145, 708.01mV, 20.80C
146, 712.89mV, 21.29C
約0.49℃

78. 滑らかにしてみよう！

79. 滑らかにする手段
● 平均値をとる
– 10回測定して最大値と最小値捨てて8で割る的なやつ
● LPF(ローパスフィルタ)を使う
– センサー自体はリニアに電圧が変化してるけど、
– A/D変換された際に入力値が約4.9mVごとの変化に
なってる。
– そのため、温度もそれに合わせて変わってしまうこと
が原因
– A/D変換部分はどうしようもないので、入力後にソフ
トウェア側でフィルタにかける。
– Arduino側でもPC側でもお好きなところへ

80. ローパスフィルタ？
● 本来は、高周波成分(ノイズ)を除去するもの
● 副作用として、滑らかな変化を取得することができる
● 「加速度センサ LPF」とかでググるとわかりやすい
(http://android.ohwada.jp/archives/334)
● ここで紹介してる計算式を使ってみる
計算値 = (0.9 * ひとつ前の値) ＋ (0.1 * 今の値)
● デモ

81. LPF使った例

82. 滑らかになった!

83. Arduinoで温度計って
グラフ表示、というのができました。

84. おわり