CHIRIMEN I2C sensor講師用
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Summary
CHIRIMENでI2Cセンサを扱う方法を指導する。
Materials
Tools
Blueprints
Making
- 授業の目的、期待する成果について説明する。
- CHIRIMENでI2C接続のセンサを扱う方法を理解する。
- CHIRIMENによってあらゆるI2Cデバイスをブラウザで制御できるようになることを理解する。
- MUST
- 見本通りにI2C温度センサ回路の配線を行い、サンプルアプリを使用してCHIRIMENで温度センサの値を取得することができる。
- ライブラリを用いてCHIRIMENから各種I2Cデバイスを制御する方法を理解して、ライブラリが用意されているI2Cデバイスを制御することができる。
- WebI2CAPIのread、writeの方法を理解し、I2Cデバイス制御用のライブラリの中身を理解することができる。
- I2Cデバイスを制御するためのコマンドを調べて、自分でライブラリを作ることができる。
- 用意しておいたセンサ情報読み取りデモを用いて実演を行う。
- 学生に講義の達成イメージを認識させる。
- 学生のグループ分けを行う。
- 機材を配布する。
- 授業の人数に応じて学生のグループ分けを行う。
- 1グループ4人が理想。
- I2Cとはシリアルデータ通信の方式で。I2CまたはIICと標記し、「アイ・スクエア・シー、アイ・ツー・シー」などと読む。
- GND、VCC(電源3.3v/5v)とSDA、SCLという二つの信号線の計4本で接続する。
- 異なるアドレスを持つI2Cデバイスであれば、一つのI2Cポートに複数のデバイスを接続することができる。（最大112個）
- 0/1の信号だけだはなく、アドレスとデータを指定したデータ通信を行うことができる。
- 温度センサアプリのダウンロード
- Web GPIO polyfillの導入
- 温度センサアプリの読み込み
- 温度センサ回路の配線
- アプリ実行
- CHIRIMEN examplesをダウンロード（Download zipというボタンでダウンロード可能）して、任意のディレクトリに展開する。
- Web IDE左上の「パッケージ型アプリを開く」からi2c-ADT7410ディレクトリを読み込む。
- 配線図に従って温度センサを接続する。接続にはスルーホール用ジャンパ線を用いる。
- CHIRIMENのI2C0_SDA(CN2-12)、I2C0_SCL(CN2-11)と温度センサのSDA、SCLを接続する。
- CHIRIMENのGND(CN2-1)、VCC(CN2-18)と温度センサのGND、VCCを接続する。
Comments
温度センサが故障（センサ部分の部品が剥がれた）して高温になったグループや、光センサの配線間違い（？）によりセンサが焦げ付いてしまったグループがあった。電子部品の取り扱いや配線には注意が必要。
- 配線が正しいことを確認し、CHIRIMENとPCを接続する。
- アプリをインストールする。
- 正しく動作すればディスプレイ上に温度が表示されていることが確認できる。温度センサを（黒い部分を指で触るなどして）温めると、ディスプレイ上の表示温度も上昇していくことが確認できる。
- サンプルプログラムのindex.html、main.jsについて解説する。
- Index.htmlでpolyfillの読み込みを行う
- I2CAccessインターフェースを取得する（おまじない）
- I2C端子の初期設定を行う
- 温度センサの読み取り
- 温度センサの読み取り後の処理
- i2cAccess.ports.get(<ピン番号>)でi2cPortオブジェクトを取得する。code:I2CPortオブジェクトの取得。
- CHIRIMENにはI2C0(CN2側)、I2C2(CN1側)の二つの端子が出ているため、ピン番号には0か2を指定する。
- 温度センサ(ADT7410)のライブラリを読み込む。code:温度センサライブラリの読み込み
- new ADT7410(<i2cPortオブジェクト>,<i2cデバイスアドレス>)でADT7410のコンストラクタ呼び出しを行う。code:ADT7410コンストラクタ呼び出し
- ADT7410使用の温度センサのデバイスアドレスは初期値が0x48なので、これを指定する。
- adt7410.read()のように、呼び出したコンストラクタのreadメソッドを使用して温度センサの値の読み込みを行う。code:温度センサの読み込み
- 温度センサの読み込み処理、adt7410.read()の結果はPromise型で帰ってくる。そのため、adt7410.read().then(function(value){ //温度センサ読み取り後の処理 });のように記述する。code:温度センサ読み取り後の処理
- 温度センサの値は引数に指定したvalueという変数に格納される。
- 距離センサを読み取る
- 光センサを読み取る
- 加速度センサを読み取る
- 回路図に従って距離センサ回路を作成する。
- 温度センサの場合と同様に距離センサアプリ（i2c-SRF02）をダウンロード、WebI2CPolyfillの設定を行う。
- WebIDE上でi2c-SRF02ディレクトリを読み込み実行する。
- 距離センサの値がディスプレイに表示される。
- Index.htmlでWebI2CPolyfill、SRF02.jsを読み込む。code:polyfill、距離センサライブラリの読み込み
- 温度センサと同様にI2CAccessインターフェース、I2Cポートの初期化、距離センサのコンストラクタ呼び出しを行う。code:距離センサ初期設定
- srf02.read()で距離センサの値を読み込むことができる。code:距離センサの読み込み
- 距離センサ(SRF02)のデバイスアドレスは0x70（初期設定）を使用する。
- Index.htmlでWebI2CPolyfill、i2c-grove-light.jsを読み込む。code:polyfill、光センサライブラリの読み込み
- 温度センサと同様にI2CAccessインターフェース、I2Cポートの初期化、光センサのコンストラクタ呼び出しを行う。code:光センサ初期設定
- grovelight.init()で光センサの初期化を行う。code:光センサの初期化
- grovelight.read()で光センサの値を読み込むことができる。code:光センサの読み込み
- 光センサ(Grove digital light sensor)のデバイスアドレスは0x29（初期設定）を使用する。
- 回路図に従って加速度センサ回路を作成する。
- 温度センサの場合と同様に加速度センサアプリ（i2c-grove-accelerometer）をダウンロード、WebI2CPolyfillの設定を行う。
- WebIDE上でi2c-grove-acceleromterディレクトリを読み込み実行する。
- 加速度センサの値がディスプレイに表示される。
- Index.htmlでWebI2CPolyfill、i2c-grove-accelerometer.jsを読み込む。code:polyfill、加速度センサライブラリの読み込み
- 温度センサと同様にI2CAccessインターフェース、I2Cポートの初期化、加速度センサのコンストラクタ呼び出しを行う。code:加速度センサ初期設定
- groveaccelerometer.init()で加速度センサの初期化を行う。code:加速度センサの初期化
- groveaccelerometer.read()で加速度センサの値を読み込める。code:加速度センサの読み込み
- デバイスアドレスは0x53（初期設定）を使用する。
- 温度センサ、加速度センサ、気圧センサなど様々なセンサや、液晶モジュール、モータドライバなど、I2Cインターフェースに対応した様々なデバイスが販売されている。
- GND、VCC、SDA、SCL端子をつなぐことで制御できる。接続方法は共通なので簡単にI2Cデバイスを接続するためのコネクタも存在する。（grove systemなど）
- CHIRIMENはWebアプリからのI2C通信の読み書きに対応しているため、I2Cに対応したデバイスを制御することができる。
- I2Cデバイスのライブラリの中身を読んでみる。
- I2Cデバイスから値を読み込む。
- I2Cデバイスへ値を書き込む。
- ライブラリの作成されていないI2Cデバイスを扱う場合、I2Cのデータ通信処理を自分で記述する必要がある。
- I2Cのデータ通信の流れは、I2Cデバイスのデータシートや、arduino、raspberry pi向けに作られたサンプルプログラムから読み取ることができる。
- I2Cポートオブジェクトのread8（8ビット用）、read16(１６ビット用)メソッドで値の読み込みができる。
- i2cSlave.read8(<読み込みを開始するアドレス>,<isOctet>)のようにして値の書き込みができる。code:I2Cの読み取り
- <isOctet>には読み込むデータがオクテット（1バイト）かどうかをtrue/falseで指定する。
- I2Cポートオブジェクトのwrite8（8ビット用）、write16(１６ビット用)メソッドで値の書き込みができる。
- i2cSlave.write8(<書き込むアドレス>,<書き込むデータ>)のようにして値の書き込みができる。code:I2Cの書き込み
- I2Cデバイスによってはデータの書き込みの間に指定の時間を待つ必要がある。I2Cの書き込み処理は全て非同期で行われるため、書き込み完了を待つ必要があるが、genelator機能を使用して同期的に処理しているように記述できるようにしている。code:連続したデータの書き込み
References
Usages
東京テクニカルカレッジさんでの授業（第三回目）
２コマ（１コマ９０分）の授業を実施。最初の1コマで全グループが温度センサーの動作確認まで完了したため、２コマ目はCHIRIMEN Servo講師用の授業を実施した。温度センサーの動作確認が早く終わったグループには他のセンサー（距離センサ、光センサ、加速度センサ）を配布して、資料に従って動作させてみるよう指示を行った。2コマ目のサーボモータの授業でも授業終了までに全グループが動作確認を終えることができた。グループによってはセンサの表示部分（html）を書き換えて文字を大きくしてみたり、サーボモータの回転角度を変更してみるといった改変を試みていた。
Project comments
Comments