小学校にフィジカル・コンピューティングを（其の2）

2010年1月19日　Arduinoのシールドやモジュールの教材研究

Arduinoには、「シールド」と呼ばれる追加基板が市販されています。Arduinoに直接接続して、機能を追加することができます。Arduino自体の規格や仕様が安定していて、オープンになっているからこそ、こういうことができる訳です。ここでは、子どもたちに使わせることを前提に、今後注目したいシールドについてまとめておきます。まずは、米SparkFun社の正規代理店でもある、スイッチサイエンスで扱われているものを紹介します。

【モータードライバシールド「Ardumoto」】

DCモータを2個独立して制御できるシールドです。小学生にフィジカル・コンピューティングをさせることを考えると、モータを動かすというのは需要が高い（子どもたちにとってはインパクトがある）のではないかと思います。このシールドを使うと、Arduinoから簡単にモータを制御することができます。モータの電源は、ArduinoのVinピンから（もともとはUSBから）供給します。ですから、別途電源を用意する必要がありません。モータを接続する場所の近くに、モータの回転方向を示すLEDが搭載されていて、回転方向が分かるようになっています。モータからの逆起電力から回路を保護するダイオードが搭載されていて、子どもたちの過酷な使い方にも対応できることが期待できます。私が調べて分かったことは、以下の通りです。

OUT1&2は、デジタル12番で回転方向を、デジタル10番でPWM出力（アナログ出力）で回転速度を制御する。
OUT3&4は、デジタル13番で回転方向を、デジタル11番でPWM出力（アナログ出力）で回転速度を制御する。
ブレーキ機能、空回り機能は付いていない。

【TellyMateシールド】

テレビ画面に文字を表示するためのシールドです。その内容は、Arduino-IDEなどから、「Serial.println()」で制御することができます。表示の品質は、お世辞にも良いとは言えないようですが、「テレビ画面に表示する」というのは、子どもたちにとってインパクトのある活動になると思います。最近のテレビは、大型で価格もだいぶ落ち着いてきていると思います。パソコンのモニタよりも大きなテレビ画面に文字を表示することで、新たな表現方法が考えられるのではないかと期待しています。

この他にも、「イーサネットシールド」や「プロトシールド」などもありますが、これらを子どもたちに使わせるというのは、あまり現実的ではないかもしれません。むしろ「バニラシールド（ユニバーサル基板）」を使って、あらかじめ必要なものを作っておいて、子どもたちに使わせる方が現実的でしょうか。ただし、これを作るための労力は、かなりなものと思われますが…。

【CLCD-BOOSTER】

こちらは、マイクロファン・ネットショップで扱われているシールドで、独自に開発されたもののようです。Arduinoに直接載せて、文字LCD、LED、タクトスイッチ、温度センサ、光センサなどを追加するシールドです。 Arduinoは、汎用性に優れていると思いますが、単体ではあまり面白みはなく、何をどうすればいいのか分かりにくいという欠点があります。そうした問題を補うのがこのシールドです。

このシールドの優れているところは、文字LCDが差さっているところを別のモジュールに差し替えることができるということです。例えば、ドットマトリクスLED（OPT-DML-2S）や7セグメントLED（BLUE-7SEG-1）に差し替えることができます。これだけでも活用の幅が広がって、また面白いことができる可能性があります。

【簡単なモジュールの作成】

これまでに紹介して来たバニラシールドなどを使って、自作のシールドを作るにはまだまだ修行（知識と技能）が足りないので、小さなユニバーサル基板を使って、つないですぐ使えるモジュールをいくつか作ってみることにしました。

はじめに作ったのは、2つのLEDを使った「発光ダイオードモジュール」です。ユニバーサル基板を使った電子工作の練習をかねて、狭いところに詰め込んでみました。思ったよりも狭かったので、部品の配置に頭を悩ませることになりましたが、とりあえず（無理矢理？）完成しました。若干の配線ミス（ハンダでつなぎ忘れたところがあった）を直すと、無事に思い通りの動きをしてくれました。

次に作ったのは、2つのスイッチをブレッドボードにさせるようにした「スイッチモジュール」です。別にモジュールにするほどのものでもないのですが、このスイッチをブレッドボードで使うときに、どうしても足が短いのが難点で、すぐに抜けてしまってイライラしていたので、ブレッドボード用にモジュール化することにしました。このスイッチは、100円ショップで買った電灯についていた部品で、「何かに使えないかなぁ」と思って取っておいたものでした。

本当は、ユニバーサル基板の上に2つのスイッチを並べられたら、さらにコンパクトになったのですが、意外にこのスイッチが大きくて2つはきれいに入りきらなかったので、両サイドに広げる形にしました。皮膜のついた導線も使ってみました。（ハンダ付けすると、皮膜がすぐに溶けてしまいます。）この他にも、モータとブリッジドライバなどをセットにしてモジュールを作ることも考えていますが、時間がないので今回の作業はこれでおしまいにすることにしました。