2013年11月29日
スモウルボットV3を作る その2(組み立て開始〜Arduino部分の取り付け)

これまでの作業(その1)で、必要な道具の用意とキットの内容を確認できました。

スモウルボットV3は、おおまかに次のような流れで組み立てます。組み立ての時間は、2時間程度を想定しています。

(1) 通信モジュール(電源)とLEDの取り付け

(2) Arduino(アルドゥイーノ)部分の取り付け

(3) 2つ目のLEDの取り付け

(4) モーター、車輪の取り付け

(5) センサー(フォトリフレクター)の取り付け

このページでは、(1)と(2)を行います。

それでは、さっそくスモウルボットV3を組み立てていきましょう。

その1はこちらです


(1) 通信モジュール(電源)とLEDの取り付け

ブレッドボードの「j」側の「+ー部分」を切り離す

ブレッドボードの一方の「+ー部分」をカッターで切り離します。ブレッドボードの両端の「+ー部分」は、紙一枚でつながっているので簡単に切り離すことができます。

Img 6349

写真のように、手でパカっと割ります。切り離すのは「j」側の「+ー部分」です。

「a」側を切り離さないように注意してくださいね。

Img 6350

パカっと割って折り目を入れてから、裏返してカッターで切ります。

Img 6351

すると、こんなふうに簡単に切り離すことができます。

切り離した「+ー部分」は、あとで「ものさし」として使いますので、大切にとっておいてください。

Img 6352

通信モジュール(電源)の取り付け

5Vの電源としても利用する通信モジュールを取り付けます。これはコンピュータとUSBケーブルで接続して通信するための「USBシリアル変換モジュール」と言われるものです。

Img 6353

写真のようにオスのL型ピンヘッダを挿します。写真のように右側の2本は空いた状態にして少し挿してから、両端を持って少し力を入れながらくねくねさせて奥まで挿します。

Img 6354

写真のように、きっちり置くまで差し込みます。

Img 6355

Img 6356

それをブレッドボードの「jの25」から「jの30」に挿します。裏表を間違えないにように注意してくださいね。空いている方が「jの25」です。

Img 6357

『ブレッドボードの「jの25」』って書いたけど意味がわかるかな?ブレッドボードをよく見ると、「+ー部分」の端に1〜30までの数字、そうではない方の端にa〜jまでのアルファベットが書いてあるよね。『ブレッドボードの「jの25」』っていうのは、jの列と25の列が交差しているところの穴のことを表現しているんだよ。

それと、写真に記したように通信モジュールの「jの27」と「jの28」が通信用、「jの29」が電池でいうところの「ー(マイナス)」で、「jの30」が電池でいうところの「+(プラス)」です。難しい言い方をすると、「jの27」から「jの30」は、順番に「RxD」「TxD」「GND」「5V」です。

LEDの取り付け

LEDは電気を通すと光るものです。また、電気が流れる方向が決まっていて、正しく取り付けると電気が流れてLEDが光りますが、反対につなぐと電気が流れずLEDも光りません。

スモウルボットV3には、赤色と緑色の2つのLEDがあるけど、ここでは赤色のLEDを取り付けるよ。

Img 6358

まずはニッパーを使って、LEDから出ている電気を通すための金属線(リード線)が長いので、ブレッドボードに合わせて短く切ります。

先ほど、切り離したブレッドボードの「+ー部分」をものさしとして利用します。写真の赤い線を参考にして、LEDのリード線の長い方をブレッドボードの高さと同じにして、短い方をブレッドボードの高さよりも2mm程度短くします。

Img 6359

Img 6360

カットしたLEDの足が長い方をブレッドボード「jの2」へ、短い方をブレッドボードの「iの3」に挿します。

Img 6361

Img 6362

Img 6363

LEDの配線

それでは、このLEDが光るように配線していきます。

次の写真は配線後のものです。こうなるようにこれから配線していきます。

Img 6406 2

金属線の加工

ニッパーと切り離したブレッドボードを使って、次の写真の金属線をホッチキスの針のような形に加工します。

Img 6364

切り離したブレッドボードの「ー」側の端から2番目の穴に金属線を奥まで挿します。

Img 6372

写真のようにブレッドボードに対して垂直に曲げます。

Img 6373

しっかりと曲げてから、写真のように90度回転させます。垂直に曲げる前に回転させないように気をつけてください。

Img 6374

そして、写真のようにブレッドボードの端を使って金属線を90度曲げます。

Img 6375

写真のようにブレッドボードの高さと同じくらいの長さで、ニッパーを使って金属線をカットします。

Img 6376

Img 6377

ピンセット(ラジオペンチ)で、加工した金属線をブレッドボードから抜きます。

Img 6378

写真のように金属線をホッチキスの針のように加工できました。

Img 6379

加工したものをブレッドボードの「fの30」と「eの30」に挿します。写真では少し浮いていますが、ぐっと奥まで挿してください。

Img 6380

これで、ブレッドボードの「aの30」から「jの30」までの1列がすべてつながりました。

Img 6381

しかし、どうしてブレッドボードの「eの30」と「jの30」をつないだだけで「aの30」から「jの30」までの1列がすべてつながるのでしょうか?

実は、ブレッドボードのa〜eとf〜jの各列(下の写真でいうと縦の列)は穴が中でつながっています。また、端にある「+」と「ー」(下の写真だと下部の横の列)はそれぞれ中で穴がつながっています。そのため、例えば「eの27」と「fの29」をつなぐと「aの27」から「eの27」と「fの29」から「jの29」まで、すべての穴が中でつながることになります。

金属線の加工(少し幅が広いもの)

続けて金属線を加工します。今度は先ほどよりも少し幅を広げます。切り離したブレッドボードの「ー」側の端から3番目の穴に金属線を奥まで挿します。

Img 6382

あとは先ほどと同じように折り曲げて、端をブレッドボードの高さに合わせてニッパーでカットします。

Img 6383

それをブレッドボードの「+」と「aの30」に挿します。

Img 6384

ここまでで写真のようにつなぐことができました。

Img 6385

ジャンパコード

次は10cm程度のカラフルなケーブル(ジャンパコード)を使います。束ねてあるのでニッパーで切り離します。

Img 6386

赤、青、緑、白、黒のケーブルがそれぞれ4本ずつあります。

Img 6387

ここでは緑色のジャンパコードを1本使います。

Img 6389

一方をブレッドボードの「fの2」に挿します。

Img 6390

もう一方をブレッドボードの「+」に挿します。

Img 6391

LEDから通信モジュールのー(GND)への配線

さらに切り離したブレッドボードの端から2番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6377

Img 6392

それをブレッドボードの「eの3」と「fの3」に挿します。

Img 6393

Img 6395

さらに、切り離したブレッドボードの端から2番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6377

Img 6396

それをブレッドボードの「aの3」と「ー」に挿します。

Img 6397

Img 6398

さらに、切り離したブレッドボードの端から2番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6377

Img 6399

それをブレッドボードの「ー」と「aの27」に挿します。

Img 6400

Img 6401

最後は、穴と穴の間隔が少し広いので、切り離したブレッドボードの端から3番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6383

Img 6403

それをブレッドボードの「eの27」と「fの29」に挿します。

Img 6404

別の角度から見るとこんな感じです。

Img 6405

これで、下の写真のようにLEDの配線ができました。

Img 6406 2

LEDの配線の確認

さっそくUSBケーブルでコンピュータとつないで、LEDを光らせてみましょう。

Img 6406

USB(Micro USB)の端子には裏表があります。写真を参考にして端子から小さなツメが出ている方を手前にして差し込もう。

Img 6407

Img 6408

USBケーブルのもう一方をコンピュータに接続します。すると下の写真のようにLEDが光るはずです。LEDが光ることを確認したらコンピュータからUSBケーブルを抜いて、電源を切っておこう。

なお、ここではコンピュータとは通信せずに電源として使うだけですが、ドライバのインストールといったコンピュータが処理中になった場合は、そのままコンピュータの処理が完了するまでUSBケーブルを抜かずに待ってください。

Img 6409

光らなかった場合は、LEDを逆方向につないでいたり、配線が間違っている可能性があります。間違いやすいのはLEDの配線で、リード線の長い方が「iの2」、短いほうが「jの3」です。これまでの手順を再度確認してみてください。

Img 6410

抵抗の取り付け

実は先ほどのLEDには、LEDを使った人の想定(これをLEDの規格や、LEDの仕様といったりします)よりも大きな電気が流れています。そこで、下の写真の抵抗というものを使って流れる電気を調整します。

Img 6412

切り離したブレッドボードとニッパーを使って、抵抗のリード線の長さをブレッドボードの高さでカットします。

Img 6413

Img 6414

もう一方も同じようにカットします。

Img 6415

ブレッドボードに挿すために、抵抗のリード線を曲げます。写真のように切り離したブレッドボードの穴に挿して90度曲げます。

Img 6416

いったん曲げた後に、写真でいうと「+」の方向に少し押してやると、ほぼ垂直に曲げることができます。

Img 6417

もう一方も同じように曲げます。

Img 6418

加工後の抵抗はこんな感じです。

Img 6419

それをブレッドボードの「hの2」と「hの5」に挿します。LEDとは違って、抵抗の向きはどちらでもかまいません。

Img 6420

Img 6421

それでは、抵抗の効果を確認してみましょう。まだ配線を変えていないのでUSBケーブルをコンピュータに接続すると先ほどと同じようにLEDが強く光ります。

Img 6422

この状態で写真のように緑色のジャンパコードの一方(fの2)を抜きます。

Img 6423

そしてブレッドボードの「iの5」に挿します。すると、LEDの光が弱まったはずです。確認できたらコンピュータからUSBケーブルを抜いて、電源を切っておきます。

Img 6424

このように抵抗は、電気の流れを調整することができます。また抵抗の大きさにはいろいろなものがあり、ここでは1kΩ(キロオーム)=1,000Ωというものを使っています。この値が大きくなればなるほど電気を通しにくくなります。

最後にプログラムからこのLEDを点けたり、消したりできるように配線します。緑色のジャンパコードの一方(+)を抜きます。

Img 6425

そして、ブレッドボードの「gの22」に挿します。

Img 6426

別の角度から見るとこんな感じです。

Img 6427

これで通信モジュール(電源)とLEDの取り付けが終わりました。

ここまでの作業で、ブレッドボード、LED、抵抗について学ぶことができましたね。


(2) Arduino(アルドゥイーノ)部分の取り付け

Arduino(アルドゥイーノ)というのは ワンボードマイコン のひとつです。スモウルビーの命令を解釈して、LEDのオン・オフ、モーターの制御、センサーの値の取得などを行いことができます。

ここでは3つのコンデンサ、水晶発振子、10kΩ(キロオーム)の抵抗、タクトスイッチなどを使って、Arduino部分の取り付けを行います。

電源の配線

まずはブレッドボードに初めからささっている黒いもの(IC:アイ・シー)に通信モジュールからの「+」と「ー」を配線します。

切り離したブレッドボードの端から3番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6483

Img 6484

それをブレッドボードの「+」と「aの19」に挿します。

Img 6485

Img 6486

切り離したブレッドボードの端から2番目の穴を使って金属線を加工します。

Img 6487

それをブレッドボードの「aの20」と「ー」に挿します。

Img 6488

これでICに電源をつなぐことができました。

Img 6489

コンデンサの取り付け

続いて、Arduinoの動作を安定させるために、コンデンサというものを取り付けます。コンデンサについては、 村田製作所さんの説明 がとてもわかりやすいです。

下のような写真のものが3つあり、2つはリード線がむき出しで、1つはリード線に紙が付いています。

まずはリード線がむき出しのものを使います。

Img 6445

ニッパーと切り離したブレッドボードを使って、コンデンサのリード線をカットします。

Img 6446

Img 6462

もう1つのコンデンサも同じようにリード線をカットします。

Img 6463

それをブレッドボード「aの22」と「ー」に挿します。

Img 6492

Img 6493

もう1つは、ブレッドボード「aの21」と「ー」に挿します。

Img 6494

Img 6495

Img 6496

次にリード線に紙が付いているコンデンサを取り付けます。

Img 6468

このリード線はニッパーで紙の部分のすぐ上を切ればいいです。

Img 6469

Img 6470

差し込む穴の間隔が狭いので、下の写真のようにリード線の先端を手で摘んで幅を狭くします。

Img 6471

それをブレッドボードの「dの19」と「dの20」に挿します。

Img 6498

Img 6499

水晶発振子の取り付け

次に水晶発振子というものを取り付けます。これは電気を加えると一定の周期で信号を発生させるもので、いま組み立てているArduinoはこの信号を使って正確な時間を刻みます。

Img 6476

ニッパーと切り離したブレッドボードを使って、リード線をカットします。

Img 6477

Img 6478

これも、差し込む穴の間隔が狭いので、下の写真のようにリード線の先端を手で摘んで幅を狭くします。

Img 6479

ブレッドボードの「bの21」と「bの22」に挿します。

Img 6500

Img 6501

上から見るとこんな感じです。

Img 6502

もう一方の電源の配線

さきほどICに電源を接続しましたが、実はもう一つ電源を繋がないといけないところがありますので、赤色のジャンパコードを使って配線します。

Img 6503

赤色のジャンパの一方をブレッドボードの「cの19」に挿します。

Img 6505

Img 6506

もう一方を「gの21」に挿します。

Img 6507

これでArduinoが立ち上がるのに最低限必要な配線ができました。

Img 6508

下の動画のようにコンピュータとUSBケーブルを接続すると、その瞬間にLEDがピカっと一瞬光ります。もし光らない場合は配線に間違いがある可能性があります。ここまでの手順を見なおしてみてください。また、一瞬ではなく点滅を繰り返す場合はICに問題がありますので、お手数ですがICの入手元にご連絡ください。

リセットスイッチ用抵抗の取り付け

続いて、リセットスイッチのための抵抗を取り付けます。ここでは青色の抵抗を使います。抵抗の大きさは10kΩ=10,000Ωです。前につけたのは1kΩ=1,000Ωですので、10倍の大きさということになります。

Img 6512

これもニッパーと切り離したブレッドボードを使って、リード線の両端をカットします。ただし、一方は2mm程度ブレッドボードの高さよりも長くします。

Img 6513

このような感じで一方だけ2mm長くします。

Img 6514

切り離したブレッドボードを使って、両端を90度曲げます。

Img 6515

Img 6517

Img 6518

Img 6519

下の写真のように一方だけ2mmほど長くなります。

Img 6520

それのリード線の長い方をブレットボードの「eの29」に、短い方を「gの30」に挿します。

Img 6521

下の写真のように斜めに挿します。

Img 6522

これは別の角度から見たものです。

Img 6523

上から見るとこんな感じです。

Img 6524

リセットスイッチの取り付け

プログラムの問題でArduinoが暴走したときにリセットするためのスイッチ(リセットスイッチ)を取り付けます。

ここで使うスイッチはタクトスイッチというものです。スイッチを押すとカチッという音がします。スイッチを押している間だけリード線の間が接続されます。スイッチを離すとリード線の間は断線します。ゲームコントローラーのボタンのようなものですね。

Img 6525

このリード線は紙のすぐ上のところをニッパーでカットします。

Img 6526

Img 6527

ブレッドボードの「bの27」と「bの29」に挿します。

Img 6528

Img 6529

リセットスイッチとICの配線

リセットスイッチとICを配線します。黒色のジャンパコードの一方をブレッドボードの「dの29」に挿します。

Img 6530

Img 6531

もう一方を「cの13」に挿します。

Img 6532

Img 6533

これでICにリセットスイッチに配線することができました。リセットスイッチの動作を確認してみましょう。

USBケーブルをコンピュータに接続して、リセットスイッチを何度か押してみてください。下の動画のようにリセットスイッチを押す度にLEDがぴかっと一瞬光るはずです。

信号とICの配線

さぁ、もう一息でArduino部分の配線が終わります。コンピュータの信号を信号モジュールが受け取ってICに伝えたり、また、その逆で、ICからの信号を信号モジュールを介してコンピュータに伝えられるようにします。

まずは白色のジャンパコードを使います。

Img 6535

ジャンパコードの一方をブレッドボードの「fの27」に挿します。

Img 6536

Img 6538

もう一方を「dの15」に挿します。

Img 6540

Img 6541

続いて緑色のジャンパコードを使います。

Img 6542

ジャンパコードの一方をブレッドボードの「fの28」に挿します。

Img 6543

Img 6544

上から見るとこんな感じです。

Img 6545

もう一方を「dの14」に挿します。

Img 6546

Img 6547

動作確認

お疲れ様でした、これでArduino部分の配線は完了です。さっそくスモウルビーを使ってコントロールしてみましょう。

スモウルビーを操作して、下のプログラムを作ります。

Right led

USBケーブルとコンピュータを接続して、スモウルビーの実行ボタンを押します。すると、下の動画のように1秒間隔でLEDが点いたり、消えたりを繰り返すはずです。

これでスモウルボットのArduino部分の完成です!

つづく...

その3に続きます。

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