みちともブログ

エンジニア歴15年、教師歴17年、そして3度目の人生に挑戦する物によるITの趣味・資格・進路などのブログです。

製作例で知るマイコン、無線モジュール~IoTのお助け知識~

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 ITパスポート試験令和元年秋期公開問題でも、IoTの問題が5問も出ていたのに気が付いていましたか。一つの用語で5問出題は、とても驚きです。

 ところで、あなたはIoT を理解していますか? IoTって何でしょうか?

モノのインターネットでしょ。

 そうですね。ところで、IoTってどんなものですか?

う~ん。

 どんなものか見たことがないと、理解した気になれませんよね。

 そんなあなたのために、今回は、IoTを支えるマイクロコンピュータ(マイコン)や無線モジュールの実物を、私が趣味で作ったものをお見せしますね。

 みなさんのIoT理解にお役立てください。

 

 

IoTとは

 最初に、「IoT」をおさらいしましょうね。

 「IoT」とは「Internet of Things」の頭文字を取った単語なんです。よく「モノのインターネット」と呼ばれていますよね。つまり、「身の回りのあらゆるモノがインターネットにつながる」仕組みのことなんです。(参考書を見ると、必ず書いていますね。)

それで、何ができるの?

 IoTでできること

 いろんなことができるのですが、整理すると次の3つです。ITパスポート試験のためには、絶対覚えておいたほうがいいよ。

モノを操作する。

 離れたモノを操作する遠隔制御ができます。

遠隔制御ってなに?

 例えば、外出先からスマホのアプリからインターネットを経由して、自宅のエアコンや照明の電源を、入れたり切ったり、設定を変えたりすることです。まあ、簡単に言えば、離れた場所から対象とするものを動作させることです。

インターネットを使ってリモコン操作することかぁ

モノの状態を知る。

 離れたモノの状態を知る遠隔監視ができます。

遠隔監視ってなに?

モノにセンサーを付けてデータを集めることができます。

 例えば、ペットのえさの食べ具合や観葉植物の土の湿り気や土の温度などの状態を、スマホを使って離れた場所で知ることができます。

 農業では、ビニルハウス内の気温、照度、水分の管理なんかにも使われています 

 モノ同士の対話をする。

 離れたモノ(マイコン)同士でいろんなデータを送ったり受け取ったりすることができます。

 例えば、自動運転システムでは、センサーで物体を検出し、人間を介さずに、コンピュータが判断してハンドルを操作したり、ブレーキをかけたりしています。

だいたいわかったけど、そんなにすごいことか?

なんでIoTが注目されるのか

 IoTで、外出先から照明のON/OFFできるくらいで、これほど注目されるわけがありません。

 

 日本が抱えている少子高齢化、過疎化などによる働き手不足が大きな社会問題になっています。新聞でも、働き手不足が原因で倒産が増えていることが取り上げらていました。

 

 そんな働き手不足の問題を、IoTとAI,ロボットが結びつくことで、さまざまな面で、私たちの生活を効率化することで解決できると期待されています。

 

実際、IoTってどんなふうに作られているのかなぁ。

IoTを支えるマイクロコンピュータ ~ PIC ~

 説明を聞くとなんとなくわかるけど、高額なために、普段の生活ではあまり目にしmせんね。でも、趣味で、IoTの一部を作っているので、それを使って説明しますね。  最初に、マイクロコンピュータについて話しますね。

 マイクロコンピュータには、たくさんの種類があります。

 その中の一つが、PIC(ピック)なんだ。

 PICは、CPUとメモリ、入出力インタフェース回路が一つに入ったマイクロコントローラで、ワンチップマイクロコンピュータの1種です。

 CPUは計算する働き、メモリはプログラムやデータを記憶する働きをしています。入出力インタフェースは、CPUと外部の電子回路との間で、さまざまなデータのやり取りを仲介する働きをしています。

 

 これらの働きがすべて1個に入ったマイクロコンピュータがこのPICです。 

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 どうですか?小さいでしょう。

 わずか10㎜角の大きさですが、いろんなものを制御できます。

 下の写真は、このマイコンを利用した例です。

 100円ショップの電車を、このマイコンを利用して、障害物を検出して自動で止まる電車に改造しました。(後日、動画を公開予定)

 測距モジュールで障害物との距離を測り、その結果をマイコンが判断して、障害物が一定の距離まで近づくと、電車を止めます。

  

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おもしろ~い。 

電車の中に、電子回路がすべて入るように小さく作るのが難しかったよ。

IoTを支えるマイクロコンピュータ ~ Arduinoボード ~

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 次は、Arduino(アルディーノ)ボードです。

 Arduinoボードは、CPUやメモリなどが組み込まれたマイクロ・コントローラとそれらを動作させるための回路が組み込まれた回路基板です。

(また、難しい説明になりました。すみません。)

 先に説明したPICに比べて、たくさんの端子(通称、”足”と呼びます)があります。そのため、同時にたくさんの外部の電子回路とデータをやり取りできるので、一度に多くの作業(監視や制御)ができます。

 また、メモリも大きいので、長いプログラムを記憶でき、複雑な制御ができます。

 

 下の図は、このマイコンボードを利用して、あらかじめプログラムされた場所に、荷物を運ぶ自動運転の台車です。

 

 プログラムに従ってマイコンから2つのモーターの電源に、モーターの回転方向や速度を制御する信号が出されます。その結果、自由に台車の進行方向や速度を変えて、目的の場所に荷物を運ぶことができます。

 

 下の写真は、横から見たものです。台の下部にマイコンがあります。

 とても、小さいでしょう。

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 下の写真は、底部から見た写真です。前進-後進-右回転-左回転と自由に動くことができます。

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これだけで、指定した場所に荷物を届けられるんだぁ。

 IoTを支える無線モジュール ~ ZigBee ~

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 無線LAN、ワイヤレスディスプレイ、ワイヤレスキーボード、ワイヤレスマウス、Bluetoothスピーカー、Bluetoothイヤホン、車のスマートキーなど、身の回りには無線普通になってきていますね。

何を使って無線でつながるの?

 

 じつは、この写真のような小さな無線モジュールが様々な機器の中に入っています。

そして、マイコンから電気信号のデータを受け取り電波に変えて相手に送ったり、逆に、電波で送られてきたデータを電気信号に変えてマイコンに渡したりしています。

 

 上の写真は、無縁モジュールの一つZigBeeモジュールです。このアンテナの大きさで、見通しのいいところだったら、100mくらい離れたところまでデータを送ることができます。

 

 このような無線モジュールがさまざまな機器(マイコン等)同士をつなぎ、IoTをつくっています。

 

まとめ

 今回は、下に示すような内容で、マイコンや無線モジュールを使って作ったものをお見せして説明しました。マイコンや無線モジュ―ルが働いて、IoTができているイメージが湧いたでしょうか。

IoTとは

IoTでできること

なんでIoTが注目されるのか

IoTを支えるマイクロコンピュータ ~ PIC ~

IoTを支えるマイクロコンピュータ ~ Arduinoボード ~

IoTを支える無線モジュール ~ ZigBee ~

 

 ITパスポート試験では、IT技術の事例に関する問題が必ず出ます。

 今回は、私の作ったものでIoTについて説明しましたが、IoTはこれからどんどん私たちの生活の中に入ってくると思います。最近、便利になったことを感じることがあったら、「IoTが使われているのではないか?」と考えてみるのも、ITパスポート試験の勉強に役立つと思います。」

身の回りのIT技術を見てみよう。