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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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## 銅を中心にした植物とキノコの活動（要約）植物は光合成に銅を利用し、不要になった銅はリグニンという物質に閉じ込める。落ち葉となった後、キノコなどの菌類はリグニンを分解し、銅を土壌に還元する。しかし、現代では、銅は工業製品に使われた後、土壌に戻らずに海に流れ出てしまう。この銅の循環の乱れが、植物の生育や生態系に悪影響を与える可能性がある。
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蛇紋岩は、カンラン岩が水と反応してできる岩石です。蛇紋岩にはニッケルが含まれており、特に、蛇紋岩が風化してできたラテライトという土壌には、高濃度のニッケルが含まれています。ニッケルは、ステンレス鋼や電池の製造に欠かせない重要な金属資源です。そのため、蛇紋岩やラテライトは、ニッケルの重要な供給源となっています。日本は、世界有数の蛇紋岩地帯であり、ニッケル資源の宝庫と言えます。しかし、ニッケル鉱床の開発は、環境破壊などの問題も抱えています。
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この記事では、抵抗器の抵抗値を読み取る方法について解説しています。抵抗値は、抵抗器に塗られた色のパターンによって識別できます。各色の帯は数字を表し、計算式を用いることで抵抗値を特定できます。しかし、抵抗値の範囲が広いにもかかわらず、抵抗器の物理的な大きさが同じであることに疑問が生じます。これは、抵抗器の材料である金属の電気伝導率に関係する可能性があります。この記事では、抵抗値の読み取り方について詳しく説明し、抵抗器の大きさと抵抗値の関係についての疑問を提起しています。
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抵抗とは、電気の流れを妨げる働きをする要素で、単位はオーム（Ω）で表されます。水流に例えると、管に設置された篩のようなもので、水の流れを制限する役割を果たします。電圧（水圧）、電流（水量）、抵抗の間には、オームの法則（V = IR）が成り立ちます。抵抗値が大きいほど、同じ電圧でも電流は小さくなります。例として、Raspberry PiのGPIOピンとLEDを接続する際に、LEDの仕様に合わせた抵抗を選定する必要があることが挙げられています。しかし、GPIOピンの電流信号をどのように考慮すべきかについては、まだ理解が追いついていない点が示唆されています。
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この記事では、電圧を分かりやすく解説しています。電圧とは「電気を流そうとする力」であり、注射器の例えを用いて説明されています。注射器を押す力が強ければ、水(電流)の勢いも増すように、電圧が高ければ電流も強くなります。さらに、水車の例えを用いて、電圧が高いほど水(電流)の勢いが増し、歯車(電気機器)の動きが活発になることを示しています。電圧の理解を深めるために、抵抗についても次回以降解説される予定です。
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## 最近の肥料でよく見かける酸化還元電位の内容要約（250字）記事では、土壌中の酸化還元電位が植物の生育に大きく関わることを解説しています。酸化状態の高い土壌では、窒素が植物に吸収されにくい硝酸態窒素として存在し、逆に還元状態では吸収しやすいアンモニア態窒素が優勢になります。従来の化学肥料は土壌を酸化させる傾向にありましたが、近年は酸化還元電位を適切に保つことが重要視され、還元状態を促進する資材を用いた肥料も登場しています。記事では、酸化還元電位を測定する重要性や、測定値に基づいた適切な土壌管理の必要性を説いています。
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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、トランジスタの増幅作用、特に電流増幅作用について解説しています。トランジスタは、小さな電流を大きな電流に増幅することができます。具体的には、NPNトランジスタを例に、ベースにマイクロビットからの微弱な電流を流すことで、コレクタ-エミッタ間に大きな電流を流せることを説明しています。そして、この電流増幅作用を利用して、マイクロビットからの信号では光らせることのできないLEDを、トランジスタを介することで光らせることができるようになることを図解しています。
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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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SOY CMSのカスタムフィールドアドバンスドとサムネイルプラグインの表示速度改善に関する記事の要約です。記事では、多数の記事を表示する際に発生する表示速度の低下について、その原因と解決策が解説されています。主な原因は、記事ごとにカスタムフィールドの値を取得する際に、データベースへのアクセスが繰り返されるためでした。解決策として、記事に紐づくカスタムフィールドの値を全記事分一度に取得し、必要な値のみに絞り込むことで、データベースアクセスを削減しました。この改善により、特に記事数が50件や100件といった大量に表示する場合に、表示速度の向上が期待できます。
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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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本稿では、SPI通信におけるSSとSCLKの役割を解説しています。SSはスレーブ選択信号で、LOWにすることで特定のスレーブとの通信を有効化します。SCLKはクロック信号であり、この規則的なHIGH/LOW変化を基準に同期してMOSI/MISOでのデータ送受信が行われます。具体的には、SS1をLOWにし、SCLK信号に合わせてデータ送受信を行う例を図解で示しています。今回のSPI通信解説により、以前の記事で扱ったESP8266,Raspberry Piを用いたソケット通信やUARTと合わせて、IoTにおけるセンサーデータ取得から遠隔地への送信までの仕組みの理解が深まります。
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SPI通信について、マスタースレーブ構成、データ送受信の流れ、シフトレジスタによるデータの受け渡しなど、具体的な例を挙げながら解説しています。\特に、8ビットデータ転送を図解で示し、LSB、MSB、MOSI、MISOといった用語を用いながら、マスターとスレーブ間におけるデータの移動を詳細に説明しています。\最後に、Raspberry PiとAD変換器を用いたSPI通信のコード例を紹介し、次回の記事ではシフトレジスタの仕組みやSSの役割について解説することを予告しています。
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シフトレジスタは、複数のフリップフロップを連結してデータを順次移動させるデジタル回路です。各フリップフロップは1ビットの情報を保持し、クロック信号に従って隣に情報を渡していきます。例えば、直列入力直列出力型では、入力データが"11010000"の場合、各クロックサイクルで1ビットずつシフトされ、最終的に出力"00001101"として得られます。このように、シフトレジスタはデータを一時的に記憶したり、ビット列を操作したりする際に活用されます。
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SPIは、マスター機器が複数のスレーブ機器と通信する規格です。マスターはSCLK, MISO, MOSI, SSの4つの信号線でスレーブと接続します。SSはスレーブ選択線で、マスターはHIGH/LOWを切り替えることで、どのスレーブと通信するかを選びます。複数のスレーブを接続する場合、マスター側にスレーブ数分のSS（GPIOピン）が必要です。SSは通信開始と終了の合図にもなります。
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この記事では、ビット演算をPythonコードを用いて解説し、シリアル通信の一つであるUARTのデータ構造を擬似的に再現しています。まず、スタートビット、データビット、パリティビット、ストップビットから成るUARTのビット列を、ビットシフト演算子を用いて生成する過程を示します。次に、乱数を用いてデータビットの0/1をランダムに設定することで、より現実的なUART通信を模倣しています。これにより、ビット演算がハードウェアレベルでのデータ通信を理解する上で重要であることを示し、今後のSPI通信学習への足掛かりとします。
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Pythonのビットシフト演算子について解説しています。**<< (左シフト)** はビットを左に移動させ、右側に0を追加します。1を左に1ビットシフトすると2、2ビットシフトすると4になります。**>> (右シフト)** はビットを右に移動させ、末尾のビットは削除されます。4を右に1ビットシフトすると2、2ビットシフトすると1になります。これらの演算子は、効率的な計算やデータ処理に役立ちます。具体的な使用例は次回の記事で解説されます。
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Pythonではビット否定演算子~を使うと、整数のビット反転ではなく、**負数の表現**として用いられます。記事中の例では、13 (~0b1101) のビット否定は、-14 (-0b1110) となります。これはPythonが整数を**符号付き2進数**で表現しているためです。符号付き2進数では、最上位ビットが符号を表し、残りのビットが数値を表します。ビット反転を行うには、ビット演算とマスクを組み合わせる必要があります。単にビット反転を行うだけであれば、`~` 演算子ではなく、各ビットを反転する関数を定義する方が分かりやすいかもしれません。
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Pythonのビット演算子の一つである排他的論理和(XOR)について解説しています。XORは、^ 演算子で表され、2つのオペランドのビットが異なる場合に1を返す演算です。記事では、真理値表を用いてXORの動作を具体的に説明し、13と10のXOR演算を例に、ビット演算の結果が7(0b111)になることを示しています。さらに、ビットごとのXOR演算を手計算で説明し、2進数表現での理解を深めています。最後に、CPUの説明などで用いられるXORの記号を紹介しています。
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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。