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フリースケール、「夏休み電子工作教室」を開催 |
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～マイコン制御扇風機を作る
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● 夏休みの自由研究に最適!
HC08ミニマイコン扇風機は、乾電池とモータで動作する卓上型の扇風機だ【写真2】。電子部品以外の部分は印刷済みの厚紙でつくられている。基板上には電源オン/オフ、5分後に切れるタイマー、風量が自動的に変わる「ゆらぎ」のプッシュスイッチ×4を搭載し、マニュアルで速度を調整できるツマミ(ボリューム)も付いている。スイッチを押すと圧電ブザーから確認音が鳴り、LEDが点灯・点滅する。 これらのすべての機能は、フリースケールの8ビットワンチップマイコン｢HC08｣によってコントロールされる仕組みだ【写真3】。今回のイベントでは、あらかじめマイコンのフラッシュROMにプログラムが焼き付けられているが、後述のようにプログラムを変更すれば、動作やブザー音などを自分好みの仕様に変更することもできる。
キットの同梱部品は以下のとおり【写真4】。ツクモロボット王国において購入可能で、価格は4,410円。(ただし、市販キットは電子部品が未実装、スペーサーや回転板が未添付、プログラムの一部が異なる、といった違いがある)。 ・コントロール基板(電子回路)×1 ・DCモータ×1 ・圧電ブザー×1 ・速度調整用ボリューム(つまみ)×1 ・プッシュスイッチ×4 ・ACアダプタ ・単2電池ボックス×2(合計4本の電池を使用) ・スペーサ(発泡材)×6 ・厚紙×3(扇風機本体の構成要素) ・回転板×2 ● 3時間で組み立ては完了! 動作やブザー音の変更も可能 1.電子部品のはんだ付けキットに同梱されている基板は、誰でも製作できるように半完成品となっている。はんだ付けする部品は、圧電ブザー×1とプッシュスイッチ×4のみ【写真5】。【写真6】のように合計18カ所にはんだ付けするだけなので簡単だ。まずプッシュスイッチを基板にはめこみ、基板の裏からはんだ付けしていく【写真7】。圧電ブザーは両面テープで仮止めしてから、はんだ付けするとラクに作業できる。次にボリューム用のつまみをはめ込む。はめ込むときは、ボリュームを左に回しきってから、つまみの印が左下になるようにする。これでコントロール部の基板は完成だ。
2.扇風機本体をつくる キットには【写真8】のように3枚の厚紙が入っている。まず、モータを取り付ける｢塔｣にあたる部分をつくる。はさみとカッターナイフで各パーツを切り抜いて組み立てていく。厚紙でモータを包みこむようにして、両面テープで固定する。次に台にあたる部分を同様に切り抜き、組み立てていく。台の裏側に電池ボックスを両面テープで貼り付け、穴を開けて電源コードを引き出す【写真9】。この過程で、羽の部分も切り抜き、組み立てておく。すべてのパーツを組み立て終えたら、先ほど組み立てた塔と台を固定する【写真10】。
扇風機のモータから出ているリード線を基板にはんだ付けする。次に、2つの電池ボックスのリード線を2本ずつまとめて、それぞれ+3V端子とGND端子にはんだ付けする。はんだ付けが終わったら、基板の4隅にスペーサを貼り付け、台の上(塔の後側)に設置する【写真11】。
電子回路が正しく動作するかどうかを、回転板を取り付けて調べてみる。回転板の中央にスペーサを貼り付け、千枚通しで穴をあけ、モータの回転軸に差し込む。電池ボックスに単2電池×4本を挿入し【写真12】、電源スイッチを押すと回転板が動き出す。 回転板には青や緑のパターンがプリントされており、ボリュームのツマミをまわしてモータの回転を変化させると、板の色が混ざり合い、回転板の色が変化することがわかる。同様にゆらぎスイッチを押して、ゆらぎのパターンなどもチェックしてみる。 また、タイマースイッチを押して、タイマーが正常に働いているかを確認する。初期設定では5分間となっている。 5.羽を取り付けて完成! ゆらぎのパターンなどを確認したら、最後に羽をモータ軸に取り付けてホットボンドで固定する【写真13】。ボンドが冷めて羽が固定されたら、羽の形を整えて、風量が出るように調整する。
6．プログラムを変更して動作やブザー音を変更する 今回の工作教室では、制御プログラムの変更も応用として実施された。マイコンのフラッシュROMに焼き付けられたプログラムの一部(パラメータ)を変えることで、ゆらぎの動作パターンや、ブザーの吹鳴パターンを変えることができる。変更には開発ツールの習得が必要となるため、参加した子供たちは【写真15】のような表に、ゆらぎ、またはブザーのいずれかの動作パターンを書いて、これをもとにサポーターの技術者が作業する形をとっていた【写真16】。 プログラムを変更するために、まずコントロール基板からマイコンを取り外し、デバッグツールのソケットにマイコンを換装する【写真17】。プログラムを書き換える際には、フリー版の統合開発環境｢CodeWarrior Development Studio for HC(S)08/RS08 Microcontrollers v5.1C｣(Special Edition)を利用していた。これはフリースケールのWebサイトからダウンロードすることが可能だ。
参考までに、CodeWarriorでのプログラム変更、および書き込み終了時の画面を【画面1】【画面2】に示す。プログラムはC言語で書かれているが、この開発ツールはC/C++ソースレベルでのデバッグからコンパイル、書き込み・転送までをサポートしている。 最後に、参加者の子供たちが自分たちの手で完成させたマイ扇風機を手に取り、記念撮影が行なわれた【写真18】。半数ほどの子供たちは電子工作が初めての経験だったというが、プログラム変更で動作が変わった扇風機を見て感嘆の声を上げる子供も多数おり、ものづくりの楽しさを実感できたようであった。夏休みのひと時に、親子で参加した今回のイベントは、きっとよい思い出になるに違いない。
● ワンチップマイコンを利用した扇風機の制御回路
キットで使用されているマイコンは、8ビットワンチップマイコン｢MC68HLC908QY4｣だ。このマイコンはフリースケール・セミコンダクタが提供するHC08ファミリーの中で、小型汎用品に属する低電圧駆動タイプ(2.2～3.6V)のデバイスである。M68HC08 CPUコア(CPU08)を採用しており、4KB・フラッシュROM、128Byte RAM、4ch・ADC(8ビット)、2chタイマー、4MHzの発振器(OSC)などを装備している。 汎用のI/Oは14ポートあり(1ポートは入力専用)、キットの回路では、そのうちの4ポートが入力ポートとして、電源のオン、オフ、およびタイマー、ゆらぎ用の入力スイッチにそれぞれ接続されている。さらに1ポートぶんは速度可変用としてボリュームとつながっている。 一方、出力については2つのポートを利用し、赤色LED(電源スイッチオン時に点灯)や黄色LED(タイマースイッチがオン時に点滅)を駆動させる。またブザー用の出力ポートも確保。このほか、モータを駆動させる制御用として4つの出力ポートを使用。ゆらぎ制御を行なうためのパターン信号を出力させ、これを｢はしご回路｣によってDA変換する仕組みになっている。 ● ものづくりの楽しさを知ってもらい、組込技術の基礎を学べる場を提供
フリースケール・セミコンダクタは2004年にモトローラの半導体事業部門が完全分離して設立されたメーカーである。同社はネットワーク、自動車、ワイヤレス(RF)、家電などの産業分野で、組み込み用の半導体を供給しているトップメーカーだ。 高橋氏は、同社が今回のような電子工作教室を開催した背景について、｢半導体の進化に伴って、エレクトロニクス製品のブラックボックス化が進んでおり、設計・製作の過程が見えにくくなってきている。最近は理系離れも著しく、ひと昔前なら誰でも普通にできたはんだ付けなどの作業でも、子供たちはできなくなってきているようだ。ものづくりの楽しさを知ってもらい、組込技術の基礎を学べる場を提供していきたい｣と説明した。 特に、高橋氏のように外資系の半導体メーカーに在籍していると、現在の日本の立ち位置が明確に見えるという。BRICs(ブリックス)という新しい経済用語が登場しているように、技術分野で中国やインドなどの台頭が目覚しく、ビジネスチャンスが日本を飛び越えていってしまう現象を目の当たりにしているからだ。高橋氏は｢我々にとっても日本の産業界にとっても、こういった現象は大きな問題｣と危惧する。このような背景から、｢組み込み用のリーディングカンパニーとして、子供たちに電子工作の楽しさを実感してもらい、未来の技術者の育成や日本の科学技術力の維持に貢献したい想いが強まった｣という。 同社では教育への取り組みの一環として、東北大学、大阪大学、筑波大学などに対してユニバーシティプログラムを実施している。一方、マスマーケットへの展開としては、すでに九十九電機などと協業して、8ビットのマイコン評価ボードやセンサーモジュールの販売も開始している。この4月には電子工作キット製作コンテストを開催し、さまざまな作品も募った。
今回のイベントの教材もここから生まれたもの。来る8月24日には、仙台市泉区明通にある同社の半導体設計拠点「仙台デザイン研究開発センター」において同様の工作教室が開催される予定だ。また2007年にはアジア太平洋地域と協力したコンテストなども計画されている。今年の後半には32ビットマイコン搭載の工作キットも発売する予定で、「68000」を応用した大人向けの工作コンテストも考えているという。 ■URL フリースケール・セミコンダクタ・ジャパン http://www.freescale.co.jp/ ニュースリリース http://www.freescale.co.jp/media/news2006/0814_summer_workshop.html ■ 関連記事 ・ フリースケール、第一回電子工作キット製作コンテストを開催（2006/07/04）
（ 井上猛雄 ）
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