小学校にフィジカル・コンピューティングを（其の13）

2011年10月29日　HelloBoard互換なのぼ〜どの組み立てと教材研究

10月からスタートした、JSTの助 成を受けた学習活動の教材研究をしています。今年は、「フィジカル・コンピューティング環境を活用して豊かな未来を創る子どもたちを育てる」と題した研究 を行うことになっています。より具体的には、これまでに構築してきたフィジカル・コンピューティング環境を活用して、人と人とのコミュニケーションを円滑 にし、人間関係を豊かにするためのコミュニケーションツール作りに取り組ませる計画をしています。当初は、PicoBoardやHelloBoardなどを利用して作らせようと考えていましたが、限られた予算の中での機材調達に限界を感じていました。そんな折、ちっちゃいものくらぶでHelloBoard互換のなのぼ〜どを開発・頒布していることを知り、早速買って作ってみました。

なのぼ〜ど

考え方からすると「Arduino互換機+PicoBoardセンサ」という構成なのですが、ScratchからはPicoBoard（互換機）と して認識されるようにプログラムされていて、使い勝手も申し分ありません。基本的に組み立てキットなので自分で組み立てる必要はありますが、部品数が少な く、作り方も簡単 なので電子工作に慣れている人ならすぐに作って使うことができると思います。Arduino互換機としての価格ならもっと安くできますが、 PicoBoard互換機で送料込み€1,500.-はお買い得感があります。（現在頒布されているものは、ボードのバージョンが1.1となっていて、使 い勝手も向上しています）Arduino互換機として使いたい場合は、Arduino-IDEを利用して設定を変更することができます。boards.txt（Arduino-IDEのフォルダに入って「hardware」→「arduino」内にある）に以下のものを付け加えることで利用できるようになります。

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# Optiboot Arduino support
# http://optiboot.googlecode.com
# Peter Knight, 2010
atmega8o.name=[Optiboot] Arduino NG or older w/ ATmega8
atmega8o.upload.protocol=stk500
atmega8o.upload.maximum_size=7680
atmega8o.upload.speed=115200
atmega8o.bootloader.low_fuses=0xbf
atmega8o.bootloader.high_fuses=0xdc
atmega8o.bootloader.path=optiboot
atmega8o.bootloader.file=optiboot_atmega8.hex
atmega8o.bootloader.unlock_bits=0×3F
atmega8o.bootloader.lock_bits=0×0F
atmega8o.build.mcu=atmega8
atmega8o.build.f_cpu=16000000L
atmega8o.build.core=arduino

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また、HelloBoardを利用してモータを動かすことができるように改造して頂いたのと同じように、なのぼ〜どでもモータを動かしたりLEDをチカチカさせたりできないかと相談したところ、いつもお世話になっている阿部さんより「NanoBoardWithMotor（zip ファイル）」が出来ていることを教えて頂き、使わせて頂くことにしました。PWM出力はD9から、 回転制御はD7、D8から制御できます。HelloBoard用のスケッチ（helloboardv2motor.pde）では、PWM出力がD3で、回 転制御はNanoBoard用のものと同じになっています。（Arduino用のSensorBoardWithMotor.pdeでは、PWM：D3、 回転制御：D4、D7です）

こうして教材研究を進めてきましたが、実際に動作実験を行ったものの中から共有可能な情報について以下に紹介しておきます。

【Lチカ＆振動モータ】

NanoBoardWithMotorを入れたなのぼ〜どに、直接LEDをつけて制御できるかやってみました。其の2で 紹介したLEDモジュールをD9とGNDにつないでみると、いきなりLEDが点灯しました。PWM出力は、デフォルトではじめから「モーターのパワーを 100にする」状態になっていることがわかりました。そこで、「モーターのパワーを0にする」にして動かすと、LEDが消えてくれました。「モーターのパ ワーを○にする」を使えば、LEDの点灯と消灯を制御することができることがわかりました。（テスターで計測したところ、PWMは4.2V程度のようで す）其の7で紹介した振動モータは、「モーターをオンにする」「モーターをオフにする」で制御することができました。今回の学習では、WeDoやWeDoモータをたくさん購入することができたので、それ以外のモータを動かす需要は低くなっているのですが、振動モータも使えることがわかりました。

【赤外線通信】

今回の実験に使ったのは、東芝セミコンダクター製の「TLN110(F)」というセンサ用赤外LEDと「TPS611(F)」 というフォトトランジスタです。はじめは抵抗を入れて実験をしてみたのですが、あまり感度が良くないので直接挿してみました。すると、赤外LED点灯時で フォトトランジスタの抵抗値が80付近まで下がることがわかりました。そこで、点灯・消灯を繰り返すようにプログラムして、変数を使って点灯回数をカウン トさせたところ、赤外LEDを「モーターのパワーを100にする」で点灯させた後、ほんの少し時間をずらしてフォトトランジスタの抵抗を調べれば、点灯回 数をカウントできることがわかりました。（この、赤外LEDとフォトトランジスタは、見た目がそっくりなので間違えないように注意が必要です。光にかざし て、中が少し透けて見えるほうが赤外LEDです）

【複雑なやり取りにどこまで耐えられるか】

LEDや振動モータ、赤外LEDのいずれも動かすことができました。それに対応するセンサとしては、光センサ（なのぼ〜ど内蔵←赤い光によく反応し ました）、音センサ（なのぼ〜ど内蔵）、フォトトランジスタ（抵抗値を測るアナログ入力に接続）があります。あまり早く動かそうとすると精度が悪くなりま すが、欲張らないでゆっくり動かして、タイミングを合わせられれば問題はありません。メロディICを鳴らすことも試みましたが、PWMからの出力は、細か な電源のON/OFFの繰り返しになっているためメロディにならず、はじめの音が鳴りっぱなしな状態になります。（しかも、「モーターのパワーを100に する」では鳴らず、70くらいが適当なようです）ふと思いついて、小型のスピーカーを直接つないでみたら、音がでてしまいました。（発振回路を内蔵したブ ザーだと、きれいな音にならないようです）どんな音でもいいから単純に音を出したいという場合には、この方法が使えます。この他、LEDが制御できるとい うことは、フォトカプラもいける可能性が大きいと思います。距離センサは、WeDo付属のものがありますので需要は高くありませんが、赤外LEDとフォト トランジスタが使えるということは、自作も可能だと思います。いろいろ考えるのが楽しくなってきました。