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この記事では、筆者が小学生向けのプログラミングワークショップで息子に職業体験の機会を与えた経験と、今後の農業IoT開発への展望について語っています。ワークショップでは、マイクロビットとスクラッチを用い、息子は教材の準備や参加者のサポートなどを行いました。この経験を通して、子供向けの高度な職業体験の場を提供できる可能性を感じたようです。また、農業IoTについては、人手不足解消だけでなく、土壌環境改善による作業量の削減こそが重要だと指摘。効率的な肥料の使用など、化学の知識を取り入れた開発が求められると訴えています。筆者は今後もマイクロビットを用いたプログラミング教育と、農業における化学の知識の探求を続け、農業IoTの発展に貢献したいと考えています。
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AD変換器は、アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路です。温度センサーの場合、温度変化によって生じる電圧変化などのアナログ信号をAD変換器でデジタル信号に変換します。デジタル信号は、コンピュータなどのデジタル回路で処理しやすい形式です。AD変換器の性能は、分解能と変換速度で決まります。分解能は、変換可能な最小の電圧変化を表し、変換速度は、1秒間に変換できる回数です。温度センサーの用途に応じて、適切な分解能と変換速度を持つAD変換器を選択する必要があります。近年は、高分解能、高速変換、低消費電力などの特徴を持つAD変換器が登場し、様々な分野で活用されています。
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## 液面計の実験結果と考察：250字要約水道水に塩を加えて導電性を高めると、静電容量式の液面計の測定結果が変化することが実験で確認された。塩なしでは出力値は約500、塩ありでは約590と上昇した。この結果は、静電容量式液面計が液体の導電性の影響を受けることを示唆している。田の水位測定への応用を検討した場合、水中のイオン濃度が変動する可能性があり、正確な測定は難しいと考えられる。
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水位センサーの一種である液面計の一種、静電容量式について解説されています。静電容量式は、物質の誘電率の違いを利用して水位を測定します。水は不純物を含むと誘電率が変化するため、測定値に影響が出ます。記事では、実際に使用しているセンサーが静電容量式かどうかを確かめるために、測定中に塩を溶かして値の変化を見る実験を提案しています。しかし、センサーの構造上、水と空気の測定を区別しているようには見えないため、他の測定方法の可能性も示唆しています。
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記事では、水位センサーの仕組みを理解するために、簡易的な水位センサーとMicro:bitを使った実験と、レベルスイッチと液面計の説明を参考にしています。実験の結果、水位センサーの出力値は、センサーが水に接する面積が広いほど大きくなることがわかりました。これは、液面計の仕組みと一致するため、記事では液面計に焦点を当てて解説を進めるとしています。そして、次回は、センサーが水に接する面積と出力値の関係について詳しく解説する予定となっています。
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記事は、稲作の自動化技術の進展について述べています。特に、水位管理の自動化に焦点を当て、水位センサーを用いた実験を紹介しています。著者は、水位センサーモジュールを購入し、Micro:bitに接続して水位の変化を数値化できることを確認しました。水位の変化に応じて、Micro:bitに表示される数値が変化することを実験を通して明らかにしています。記事は、水位センサーの仕組みの詳細には触れていませんが、今後の調査課題としています。稲作における自動化技術の可能性を探る内容となっています。
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ChromebookのCrostiniでMicro:bitのフラッシングを行う際、Crostiniは仮想環境のためUSBを直接認識できない。そこで、Crostini上のMicro:bitの認識先である`/mnt/chromeos/removable/MICROBIT/`を`uflash`コマンドのターゲットとして指定することでフラッシングが可能になる。
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記事では、PokitMeterという小型測定器を用いて、Micro:bit(マイクロビット)が出力するPWM信号の周波数を測定しています。PokitMeterは測定結果をスマホで確認できるため非常にコンパクトで、Chromebookでも使用可能です。マイクロビットのP0ピンから出力されるPWM信号をPokitMeterのオシロスコープモードで測定した結果、デューティ比50%で、周期20msの矩形波が観測されました。このことから、マイクロビットのPWM周波数は標準で50Hzであることが分かります。今後はPokitMeterを活用して、より深くマイクロビットの機能を探求していく予定です。
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YAHBOOMの「ワールド オブ モジュール」は、LEGOテクニックと互換性のある電子部品キットです。マイクロビットv2に対応し、プログラミングで制御可能な各種センサー、モーター、構造部品が含まれています。人気書籍「メカメカツクール」の内容を拡張するのに最適で、色識別センサーを使ったブロックの仕分け装置など、創造力を活かした作品作りが楽しめます。キット内容は、公式サイトまたは販売ページで確認できます。
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この記事は、BBC Micro:bitのプルダウン抵抗の機能について解説しています。最初に、`pin0.get_pull()`を使ってプルダウン抵抗の状態を取得しようとしますが、GPIOピンが未使用の状態ではエラーが発生します。次に、`pin0.read_digital()`を実行すると、自動的にプルアップ抵抗が設定されることがわかります。最後に、`pin0.set_pull(pin0.PULL_DOWN)`を使って明示的にプルダウン抵抗を設定し、外部のプルダウン抵抗なしでも動作することを確認しています。記事では、プルアップ抵抗、プルダウン抵抗、ノー・プルそれぞれの状態に対応する`get_pull()`の戻り値 (0, 1, 2) も紹介されています。
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マイクロビットのGPIOピンを安定させるにはプルダウン抵抗が有効です。スイッチOFF時はプルダウン抵抗によりGPIO 0はLOW状態を保ちます。スイッチON時はGPIO 0に電流が流れ、信号が送られます。プルダウン抵抗はショート(短絡)を防ぐため、一般的に10kΩの抵抗が使われます。プルアップ抵抗はスイッチと抵抗の位置が逆になり、スイッチOFF時はGPIO 0がHIGH、スイッチON時はLOWになります。
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記事では、マイクロビットを使ってプルダウン抵抗の仕組みを解説しています。まず、タクトスイッチと10kΩの抵抗を用いてプルダウン回路を構成し、ボタンを押すとマイクロビットのディスプレイのアイコンが変わるプログラムを作成しています。記事では、プルダウン抵抗の詳細は後述するとして、動作するコードを示しています。具体的には、マイクロビットのGPIO 0ピンに接続されたタクトスイッチが押されると、ディスプレイのアイコンが悲しい顔から笑顔に変化し、2秒後に再び悲しい顔に戻るというものです。記事は、この動作例を通じて、プルダウン抵抗の役割について詳しく解説していくことを予告しています。
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この記事では、電子回路におけるショート（短絡）の危険性について解説しています。筆者は、マイクロビットを使った電子工作を通じて、トランジスタの仕組みを理解しました。しかし、電子回路の基本である「プルアップ」「プルダウン」については未理解のままです。そこで、これらの概念を理解するために、まずはオームの法則を復習します。オームの法則（*V* = *I**R*）を用いて、抵抗値が限りなく0に近い場合、電流値が無限大に発散することを示し、これがショートと呼ばれる現象であると説明しています。そして、ショートは回路に過大な電流を流してしまうため、大変危険な行為であると警告しています。
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この記事では、BBC Micro:bitとトランジスタを使ってDCモーターを制御する方法を解説しています。前回はモーターを回すことができませんでしたが、電気回路とトランジスタの動作原理を学び、今回は見事成功しました。成功の鍵は、トランジスタのベース電流を制御するための抵抗値の計算です。目標とするモーター電流を100mAとし、トランジスタの増幅率などを考慮して、ベース抵抗を4.7kΩに設定しました。その結果、Micro:bitのボタン操作でDCモーターの回転を制御することができるようになりました。今回の実験を通して、トランジスタの動作原理への理解を深めることができました。
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この記事は、制御信号に使われる電流信号、特に4-20mAについて解説しています。Raspberry PiのGPIO出力は3.3V・16mAであり、4-20mAの範囲でモジュールを制御しています。筆者は、GeekServo 9gモーターを電流信号で動かす方法を探求中です。モーターの仕様から、100～500mAの電流が必要と推測していますが、そのためにはトランジスタによる増幅が必要と考え、その方法を模索しています。
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BBC Micro:bitのGPIOピンを使ってDCモータを動かそうとしたが、3Vピンでは動作するのに、GPIOピンでは動作しないという問題が発生しています。原因を探るため、GPIOピンの仕様を調べてみたところ、「タッチセンス機能のため、端子0, 1, 2には弱いプルアップ抵抗(10MΩ)が接続されている」という記述を見つけました。このプルアップ抵抗がDCモータの動作に影響を与えている可能性があり、今後の検証が必要です。
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この記事では、トランジスタ、特にNPN型トランジスタの増幅率について解説しています。トランジスタの性能指標として、絶対最大定格、コレクター電流、ベース電流、増幅率(hFE)の4つが挙げられています。増幅率はトランジスタによって異なり、ランク分けされています。記事で例に挙げられている2SC1815-GRはGRランクで、増幅率は200～400倍です。つまりベース電流が5mAなら、コレクター電流は1Aになる計算となります。ただし、ベース電流の最大値はデータシートに記載がないため、コレクター損失(400mW)を考慮して、安全な電流値を見積る必要があると指摘しています。
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この記事では、トランジスタの仕組み、特にスイッチング作用について解説しています。バイポーラトランジスタを構成するN型半導体とP型半導体の働きに触れ、マイクロビットと青色LEDを用いた回路を例に、トランジスタがどのように電流を制御するのかを図解しています。ベース電流の有無によってコレクター-エミッタ間の導通・非導通が切り替わり、これがスイッチのオン/オフ動作に対応することを示しています。記事では、トランジスタの基礎知識を学ぶことで、電子回路への理解を深めることを目指しています。
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この記事は、電子工作初心者向けにトランジスタの基礎を解説しています。トランジスタは、「スイッチング」と「増幅」の役割を持ち、電流を制御したり増幅したりする電子部品です。記事では、トランジスタの構造と名称、増幅率などの基本的な用語について解説しています。著者は、トランジスタの理解には電流の理解が不可欠であることを実感し、今後の学習目標としています。
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BBC Micro:bitを使ってリレー経由でDCモーターを制御する方法について書かれた記事の要約です。記事では、マイクロビットのGPIOピンでは電流が不足するため、トランジスタの代わりにリレーモジュールを使ってDCモーターを制御する方法を紹介しています。具体的な配線方法やマイクロビットのコード例も掲載されており、実際にDCモーターを回転させる様子を収めた動画も埋め込まれています。記事は、マイクロビット初心者にもわかりやすく、リレーモジュールを使ったDCモーター制御の方法を学ぶのに役立つ内容となっています。
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BBC Micro:bitのGPIOピンを使ってDCモーターを動かそうとしたが、電圧不足のため動かなかった。そこでトランジスタを使って電圧を上げることを試みた。書籍を参考に青色LEDをトランジスタで点灯させる回路を組んだところ、LEDは点灯したものの、DCモーターは動作しなかった。トランジスタについて更に学習する必要があると考えられる。
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この記事は、ChromebookのScratchでBBC Micro:bitを動かす方法を解説しています。まず、Google PlayからScratchをインストールし、Scratch用マイクロビットのHEXファイルをダウンロードしてマイクロビットに転送します。次に、Scratchの拡張機能でmicro:bitを選択し、接続を確立します。記事では、接続確認のため、マイクロビットのAボタンを押すと音が鳴るプログラムを作成・実行しています。最後に、小学一年生には漢字が読めないため、ひらがなモードのScratchが必要だと述べています。
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SPI通信のモードは、クロック極性(CPOL)とクロック位相(CPHA)の組み合わせで決まります。CPOLはクロックのアイドル状態(0か1)を、CPHAはデータ取得がクロックの立ち上がり edge か、立ち下がり edge かを示します。組み合わせは4種類あり、モード0(CPOL=0, CPHA=0)からモード3(CPOL=1, CPHA=1)まで存在します。
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療育施設に通う子供とその保護者を対象に、micro:bitとレゴを使ったプログラミング体験イベントを実施しました。サーボモーターを付けたレゴ作品に、ビジュアル言語でコードを書いてmicro:bitと接続し、回転動作をプログラミングしました。子供たちは馬や車など思い思いの作品を動かし、プログラミングの楽しさに触れました。キーボード操作やコード変更にも挑戦し、笑顔溢れるイベントとなりました。
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この記事では、UART通信におけるボーレートについて解説しています。ボーレートとは、1秒間に送受信するデータビット数を表し、送受信側で一致させる必要があります。記事では、一般的なボーレートの値として9600、115200などを紹介し、Micro:bitとRaspberry Piを接続する際のコードを例に、送受信側でボーレートを合わせる必要があることを説明しています。UARTは非同期通信のため、クロック信号を用いずにデータを送受信します。そのため、ボーレートを合わせることでデータの整合性を保っています。
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この記事は、micro:bitのMicroPythonを使ってUART通信の基礎を解説しています。UARTではHIGH(1)とLOW(0)の信号でデータを送受信し、文字列をバイト型に変換して送信します。記事では、データ送信の仕組みとして、アイドル状態(1)、スタートビット(0)、データビット、パリティビット、ストップビット(1)からなるシリアル通信の構造を図解で説明しています。特に、パリティビットはデータ送信時の誤り検出符号として、奇パリティと偶パリティがあることを解説し、micro:bitでの設定方法にも触れています。最後に、ボーレートについても触れる予定としていますが、詳細は次回に持ち越しとなっています。
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この記事は、UARTを用いたシリアル通信について解説しています。UARTとは何か、Raspberry Piとmicro:bitを接続した図を例に、TXピンとRXピンを用いてどのようにデータがやり取りされるのかを説明しています。具体的には、文字列"abc"をUART通信で送信する際に、コンピュータ内部では文字コードを用いて処理されていることを解説し、Go言語でのバイト型変換例を示しています。さらに、microbitのUART設定における"bits=8"というパラメータを取り上げ、1ビットと8ビットの関係、表現できる数値範囲について触れています。最後に、"0x610x620x63"という16進数表記で送信データ例を示し、次回にuart.initのパラメータ解説を行うことを予告しています。
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BBC Micro:bitがメンテナンスモードになり、フラッシングができなくなった場合の対処法について解説しています。メンテナンスモードは、リセットボタンを押しながらPCに接続すると発生します。解決策は、micro:bitのファームウェアを更新することです。まず、micro:bitのバージョンを確認し、公式サイトから対応するファームウェアをダウンロードします。ダウンロードしたファイルを、PCに接続したmicro:bitのMAINTENANCEフォルダに移動します。しばらく待つと、micro:bitがメンテナンスモードを抜け、通常のモードに戻ります。記事では、Ubuntu環境での画面表示も掲載し、読者の理解を助けています。
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この記事は、ESP8266をUARTの受信側としてRaspberry Piと通信する方法を解説しています。前回の記事ではESP8266から送信したデータにREPLの情報が含まれていましたが、今回は受信側にすることでREPL情報を含まないデータを受信できることを確認しています。具体的には、ESP8266側で受信したデータを少し変更してRaspberry Piに送り返すPythonコードを記述し、Raspberry Pi側では"send from pi."というメッセージを繰り返し送信するPythonコードを記述しています。その結果、Raspberry Pi側で"received:send from pi."というメッセージが表示され、REPL情報を含まないデータが受信できていることが確認できました。
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ESP8266のREPLは、シリアル接続を通じてMicroPythonと対話するためのコマンドラインインターフェースです。UART0がデフォルトで使用され、ボーレートは115200bpsです。REPLでは、コードの実行、変数の確認、関数の呼び出しなどが行えます。Ctrl-Aでプロンプトの先頭、Ctrl-Eで末尾に移動できます。Ctrl-Bで一文字戻り、Ctrl-Fで一文字進めます。Ctrl-DでREPLを終了し、プログラムの実行を再開します。REPLはMicroPythonの開発やデバッグに役立つ強力なツールです。
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BBC Micro:bit (microbit) の UART 通信では、microbit から Raspberry Pi へのデータ送信と、その逆の受信が可能。microbit は `uart.any()` 関数を使用して受信データを待ち受け、Raspberry Pi はシリアルポートを介して通信する。データの送受信を確実に行うには、microbit と Raspberry Pi 間の TX/RX ピンの正しい接続と、双方で一致するボーレートの設定が重要。また、microbit では `uart.init(115200)` を使用してシステムを初期化することも推奨される。これらの手順に従うことで、microbit と Raspberry Pi 間の双方向 UART 通信を実現できる。
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## ESP8266を使って、PicoからWebアプリにデータを送信する方法を探る筆者は、pH測定データをWebアプリに送信するために、WiFiモジュール「ESP8266」を購入しました。目的は、Raspberry Pi Picoなどのマイコンで取得したデータを、WiFi経由でWebアプリに送信することです。ESP8266はTCP/IPスタックを搭載したWiFiモジュールで、GPIOピンも備えているため、単体でのデータ処理も期待できます。今後の記事では、PicoからWiFiを介してWebアプリにデータを送信するために必要な手順を一つずつ解説していく予定です。
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この記事では、Raspberry PiにpHメーターPH4502Cを接続し、pHのアナログ値をデジタル値に変換して取得する方法を解説しています。筆者は、MCP3208というAD変換器を用い、GPIO Zeroのライブラリを使ってRaspberry Piで値を読み取っています。記事内では、回路図やコード例、実験中の問題点と解決策が詳しく説明されています。最終的には、水道水のpHを測定し、約2.8Vの電圧値を得ることに成功しましたが、値のばらつきが課題として残りました。筆者は、今後さらに知識を深め、GPIO Zeroを使わない方法やpH測定の精度向上に取り組む予定です。
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この記事は、PH4502C pHメーターのpH計算方法を解説しています。まず、起電力とpHの関係式を求めるために、既知のpH値と対応する起電力値から係数と定数を算出します。次に、ADCを用いる場合の計算式を導出し、ADCのビット数とpHの関係式を確立します。最終的に、任意のADCビット数に対して、ADC出力値からpH値を計算する式を提示しています。ただし、精度の高い測定には電圧計を用いたキャリブレーションが必要であると結論付けています。
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diymoreのLiquid PH Value Detection Detect Sensor Moduleは、Arduinoやマイクロコントローラと連携して水溶液のpH値を測定するセンサーモジュールです。pH測定範囲は0～14で、精度は±0.1pHです。動作電圧は3.3～5Vで、出力はアナログ信号とTTLレベルのデジタル信号の両方を選択できます。校正は付属の校正液を用いて簡単に行えます。このモジュールは、水耕栽培、水質監視、化学実験など、pH値の測定が必要な幅広い用途に最適です。
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施設栽培で鉄欠乏が起きると、収量低下や品質低下に繋がるため注意が必要です。鉄欠乏は初期症状の見落としが課題となります。本記事では、鉄欠乏の症状と対策、そして早期発見に役立つ簡易的な測定方法について解説しています。初期症状は葉脈間が黄化するクロロシスで、進行すると葉全体が白化し、枯死に至ることもあります。対策としては、pH調整や鉄資材の施用が有効です。早期発見には、葉緑素計を用いた測定が有効で、数値の低下は鉄欠乏の初期段階を示唆します。日々の観察と葉緑素計による測定を組み合わせることで、鉄欠乏を予防し、収量と品質を確保しましょう。
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プログラミング教育の格差解消には、安価で高性能なARMアーキテクチャ搭載PCが有効である。Raspberry PiはDebian系OSとPythonを標準サポートし、電子工作から本格的な開発まで対応可能なため、ChromebookやMicro:bitよりも優れている。ARM対応ソフトの充実が課題だが、低価格でDebianやPythonに触れられる環境は、OSSやサーバー学習へのハードルを下げ、将来的なIT人材育成に貢献する。
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この記事は、生物系出身でRaspberry Piに挑戦している筆者が、パルス幅変調(PWM)を学ぶ過程を記述しています。まず、LEDの点灯と消灯を繰り返すLチカを通して、HIGH(電気が流れる状態)とLOW(電気が流れない状態)について学びます。次に、PWMの概念、周期、パルス幅、デューティ比について解説し、PWMを用いたLEDの明るさ制御に挑戦します。具体的なコード例を示しながら、デューティ比を徐々に上げることでLEDが明るくなる様子を観察し、PWMによる制御を体感します。最後に、HIGHはデューティ比100%の状態であり、デューティ比が低くても実際には高速で点滅しているため暗く見えることを補足しています。
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この記事では、Raspberry PiとBBC Micro:bit間でUSB経由のシリアル通信を行う方法を解説しています。従来のUART通信と異なり、USB接続ではRaspberry Pi側のシリアルポート設定が不要です。Micro:bit側で温度データを送信するコードを作成し、Raspberry Pi側では"/dev/ttyACM0"をデバイス、"115200"をボーレートとしてシリアル通信を設定します。これにより、Raspberry Pi側でMicro:bitから送信された温度データを受信し、コンソールに表示することができます。USB接続は、GPIOの使用状況に影響されず、より簡便な方法と言えます。
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Micro:bitとサーボモーターを使って環境制御の基礎を学ぶ記事。サーボモーターの角度制御をMicro:bitのプログラムから行う方法を紹介。Muエディタを使用し、角度を指定するシンプルなコードから、連続的な動きや特定角度への移動、アナログ入力による制御まで段階的に解説。具体的な接続方法やコード例、ライブラリの活用法も示し、初心者にも分かりやすくサーボモーター制御の基礎を習得できる内容となっている。最終的には、植物育成ライトの角度調整といった具体的な応用例も示唆し、環境制御への応用を促している。
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子供に初めて与えるPCとしてChromebookを検討していた筆者は、Micro:bitのシリアル通信の課題からRaspberry Pi 4 Model B(8GB)を購入。GPIOピンによる電子工作の可能性、安価でLinux学習に適した点を評価している。Raspberry Piはクレジットカード大の基盤に主要部品を搭載し、microSDカードにOSをインストールして使用する。高スペックゆえの発熱対策として冷却ファン付きケースも購入。Raspberry Piを子供用PCとするには、親のLinux(Debian系)知識やハードウェア管理の理解が必要と結論づけている。
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トマトの水耕栽培において、水温制御の重要性が考察されています。筆者は、根に低温の水を供給することで葉温が下がり、光合成酵素の失活を防ぎ、光合成効率が向上するという仮説を立てました。この疑問から、農研機構の「根域冷却水耕栽培」の研究に辿り着きます。同研究では、供給水を12℃に保つと葉、茎、根の発生は減少するものの、果実の糖度が向上することが判明。これは「木をいじめる」栽培技術に類似し、水温がトマトの成長と品質に大きな影響を与えることが示唆されました。
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この記事では、Micro:bitを用いて二種類のサーボモーター(360°回転と270°回転)の動作比較を行っています。どちらもGeekservo 9gサーボですが、360°サーボは角度指定で回転速度が変化し、90°を基準にそれより大きい値で反時計回り、小さい値で時計回りに回転します。一方、270°サーボは指定角度で正確に停止します。同じコードでもサーボの仕様によって動作が異なることを実証し、LEGO Ninjagoのコールのミニフィグを使って動作の様子を動画で紹介しています。
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Micro:bitでサーボモーターを制御し、停止させる方法を検証した。ブレットボードと拡張ボードを用い、LEGO人形を乗せて回転を確認。以前の記事でサーボモーターの基準値を90度としたため、Aボタン押下で150度まで回転後、1秒で停止するコードを作成・実行した。結果は1秒後にモーターは停止したが、150度以上に回転していた。サーボモーターへの入力値と実際の回転角度の対応はまだ不明瞭。
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Micro:bitとサーボモーターを用いて環境制御学習の第一歩を踏み出した著者は、サーボモーターの動作原理を学ぶため、LEGOブロックとミニフィグを使った回転実験を行った。MakeCodeで作成したコードでMicro:bitからサーボモーターに角度指令を送ると、90度を基準に、大きい値では反時計回り、小さい値では時計回りに回転する。しかし、指定角度で停止せず、一回転し続けるという問題に直面。これは、指令値が目標角度ではなく、一定時間内の回転角度を表すためであった。 著者は、サーボモーターの停止方法について疑問を抱いている。
