東京工業大学 ロボット技術研究会

東京工業大学の公認サークル「ロボット技術研究会」のブログです。 当サークルの日々の活動の様子を皆さんにお伝えしていきます。たくさんの人に気軽に読んでもらえると嬉しいです。
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電子工作

「ロボット技術研究会」通称「ロ技研」は、その名前の通りロボットの制作や研究はもとより、電子工作や機械工作、プログラミングなどの幅広い分野にわたるものつくり活動を行っています。

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100W級ソーラーシステム自作

どーも。椋けり(@kerikun11)です。id研です。
そう、秋月バイトの彼です。

夏休みにもかかわらず、バイトを入れすぎて
全然遊んでないじゃないか!

じゃあ電子工作をしよう!

秋月電子で稼いだお金は秋月電子で使おう。そう、還元。
ということで、どん!
 
あれ?こんなの秋月では売ってないぞ?
はい。これはAmazonでポチりましt…
お値段
¥13,800
高いよぉ

秋月での買い物はこちら。 
ソーラー充電コントローラー(12/24V)10/10A CXN10-1.1
ソーラー充電コントローラー[CXN10-1.1]
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-02824/
¥6,000

ソーラー充電コントローラー用リモートディスプレイCXM-1.2
ソーラー充電コントローラー用リモートディスプレイ[CXM-1.2]
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-02826/
¥4,000

完全密封型鉛蓄電池(12V22Ah) WP22-12
鉛蓄電池12V22Ah[WP22-12]
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gB-00020/
¥4,500

ソーラーパネルの設置には
近くのホームセンターで売っていた
「イレクターパイプ」という金属パイプを使用。
あとはステンレス製のワイヤーで固定。
パイプ、ジョイント、ワイヤー、VVFケーブル代
¥5,166

さらにAmazonで36Ahの鉛蓄電池を増設。¥5,000

とまあ、システムに必要なものをはこんな感じ。

★作り方★
イレクターパイプを切って組み立てる。
VVFケーブルでソーラーパネルと鉛蓄電池をつなぐ
終わた\(^o^)/

はい、できました!
IMG_1703
IMG_1705
 ↑ベランダにイレクターパイプを使って設置。

IMG_2233
 ↑部屋ではこんな感じ

下の配電盤にはDCジャックがずらりと並んで
様々な機器に電気を供給する。
IMG_2239
真ん中のつまみは机の照明の明るさ調整用の可変抵抗。
PICを使ってPWM制御だぜ!
IMG_2244
これが机の照明。1WのパワーLEDを18個も使ってチョー明るい!

次にこれがUSB電源出力
IMG_2248
IMG_2249
DCDCコンバーターを使って5Vに安定化している。
IMG_2247
最高6Aまで出力できる超優れものだ。

あと、電気が余ってるときは
DC/ACインバータを使ってAC100Vを作る。
IMG_2253
この形になれば、パソコンでもテレビでもなんでも使える!
ただし、やりすぎるとすぐに鉛蓄電池が空になるから注意。

ここまでは2Fの自分の部屋の中で電気を使っていた。

次に出窓の穴とアンテナの穴をとおして
電源を1Fに通す。 
IMG_2252
このへんはテキトーに。
これで1Fのリビングでも充電可能に。
IMG_1215
IMG_1217
IMG_1216
こちらのUSB電源給電器には、アナログ電流計が取りつけてあって
リアルタイムで充電電流を見ることができる。
充電が終わると電流計もちゃんと0を指していてなかなかおもしろい。 

今回のシステムの概要図です。
SCN_0001


まあ、今のところはこんなとこですかね
費用はシステムづくりに3万円程度ってところ。
照明用LED代を含めると恐ろしい金額に( ;∀;)
発電でこの分を賄うのは何十年先のことやら…
やはり、重要なのは自分で使う電気を自分で作り出すことですね
さあ、これからも電子工作の毎日だ!

【id研】AVRライタHIDapsxの量産

id研所属,学部2年の有塩です.

今年,2014年の6月から7月にかけて新入生向けにロ技研内でマイコン講習会を行いました.
そこで大人数がテストボードへの書き込みを円滑に行えるよう,大量に作って配った
小型・量産向きAVRマイコンの書き込み器について紹介します.
IMG_0488

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FPGAでプロセッサを作ろう vol.1

誰か代わりにアブスト書いてくれ!!
現実逃避中です.すいぼうです.

今回はFPGAで何故任意の回路を作ることが出来るのかという点について,簡単に説明しようと思います.
使ってる用語は情報工学科2年で聞くものがほとんどだと思います.
詳しくは末尾に参考サイトとしてリンクを貼って置きますので,そちらの方へどうぞ.

FPGAには内部RAMやI/Oなどユーザが任意のICを作成する上で使う機能が予め備わっています.
これらの機能をどのように接続してどのようなタイミングで動作させるのか,ユーザはこれを指定してあげることで任意の回路を作り出すわけです.

例えば,4ビットの入力に対応した16進数表示を7セグメントディスプレイ(以下7セグ)で行いましょう.
小数点部分は使わないので,表示パターンは以下の16通りですね.

7seg

この7セグは7つのLEDで構成されているので,ユーザは入力に対して計7本の出力を切り替えるような論理回路を組む必要があります.
FPGAのどのピンから入力するのか,どのピンから出力するのかも定義しなくてはなりません.
出力が1の時に対応したLEDは点灯し,0の時に消灯するように7セグとFPGAが接続されていることにします.
中央の横棒に注目しましょう.
0,1,7,cの時は0,それ以外では1を出力する必要があります.
対応した入力は0000, 0001, 0111, 1100ですね.
[]内の数字が小さいほうがLSB(least significant bit:最下位ビット)側として書くと,

中央の横棒 = ~((~input[3] & ~input[2] & ~input[1] & ~input[0]) |
                        (~input[3] & ~input[2] & ~input[1] & input[0]) |
                        (~input[3] & input[2] & input[1] & input[0]) |
                        (input[3] & input[2] & ~input[1] & ~input[0]));

となります.
これを人間ならカルノー図,コンピュータならクワイン・マクラスキー法なんかを使って簡単化します.
(~input[3] & ~input[2] & ~input[1] & ~input[0]) | (~input[3] & ~input[2] & ~input[1] & input[0])

~input[3] & ~input[2] & ~input[1]
みたいな感じです.
ツールがやってくれるんで,そこまで気にしなくても大丈夫ですけどね.

FPGAにはフリップフロップとLUT(ルックアップテーブル)をいくつか含んだセルがたくさん入っています.
XilinxならSlice,AlteraならALMというように呼び方は異なりますが.
このLUTはSRAMで構成されています.
今回の場合,このSRAMのアドレス線にFPGA外からの入力信号を,SRAMのデータを先程の論理式(もどき)に対応した値にします.
もしかしたら,16-1のマルチプレクサと同じ動きというように説明した方が分かりやすいかもしれません.
図にするとこんな感じです.

srammulti
↑黄色の部分をユーザが定義する.0,1,7,cの時に出力が0になる.

このSRAMからの出力を,FPGAの出力する部分に繋げればいいわけです.
こんな感じで残る6つを設定すれば,7セグの表示が出来そうですね.

先程も述べたようにFPGAにはセルがたくさん入っているので,この組み合わせによって様々な論理回路を構成できるようになります.

とまぁ,今回はここまで.
何故任意の回路を作れるのか,少しは疑問が解決できたでしょうか?
全く知らずに触れるよりは……と一番疑問となりそうな部分を説明してみました.
これより詳しくは触れないつもりですので,気になる人は調べてみてください.
面白いですよ(そしてハマりました).

次回は,早速Xilinxでの開発環境(PlanAhead)を入れてみたいと思います.
バックアップとってアンインストールして……と少し手間なので,遅くなるかも?

訂正や要望,質問等はコメントにどうぞ.

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参考サイト
半導体技術解説:いまさら聞けない FPGA入門 (2/3) - MONOist(モノイスト)
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/0609/20/news118.html

FPGAでプロセッサを作ろう vol.0

初めまして,ロ技研シニア枠のすいぼうです.

自己紹介としましては,学部では大学ロボコンや電子工作なんかをやってました.
新入生に 機械系や電気電子工学科と間違われる 情報工学科の学部生でした.

ブログ画像2
↑PCとの通信はなく,H8マイコンだけで3500以上のLED(ばら売り)をダイナミック表示.
 右の方ではニコニコ動画であがっていた『Bad Apple!!』を表示しています.


最近は FPGA (後で説明)にハマっていて,UART,VGA,SDRAMコントローラとか作っていますね.
卒論ではプロセッサを作りました.
院では無関係のことをやっているので完全に趣味です.
次はカメラ映像の取り込みやUSBメモリへの読み書きとかやりたいですねー.

ブログ画像3
↑SDRAMに1フレーム分の画像を保存して,VGA出力.


ブログのネタもFPGAについて
です
正直,初心者の域を出てるかすら怪しい技術レベルなので,非効率的なツールの使い方や間違いも多々あると思います
ですので,あまり大きな期待はしないで下さい. というか,教えて下さい.
一応,Xilinx社とAltera社のFPGAの開発環境導入からシミュレーション実行の部分まで, 不定期に 連載していきたいと思います.
ちなみに,私はXilinxの方が使用歴が(少し)長いです.
せっかくなので関係ありそうな手法や講義の紹介,VerilogHDLの簡単な説明とかも入れたいですね.

目標もなしに説明するのもアレなんで,こちら『CPUの創りかた』に紹介されているCPU (TD4)を実装することにしましょう(今,思いつきました←).
ブログ画像1

各ICのVerilogHDL記述なんかも載せる予定ですが,回路図やアーキテクチャを読み取れる部分については非公開とさせていただきます.
気になる人は本屋さんなんかで見てみると良いですよ.
表紙は人を選びそうですが(寧ろ,うちの学生は手を出しそう?),簡潔にディジタル回路の仕組みが書かれていて良書だと思います.
情工なら,学部2年で論理回路理論等をやるのでそのあたりで読むとより理解できると思います.

(......これぐらい販促したら多少は許してもらえるよね?)


はい,では初回となる今回はFPGAについてかるーい紹介をしようと思います.
もうちょい突っ込んだ紹介は次回に.

ブログ画像4
↑wikipedia commonsよりAltera StratixIVの写真

FPGA(Field Programmable Gate Array)は「 後からでも回路の書き換えが可能 なロジック・デバイス」です(参考サイトより).
世間で使用されている大半のICは,設計時に仕事が決められているのでそれ以外の仕事を行うことが出来ません.
入力された数を足して出力する回路で,引き算を行うことは出来ないわけです(実際は同じ回路を工夫して使うことで引き算を行っていたりします.詳細は割愛).
しかし,FPGAは出荷後にユーザが好きな回路を実装することが出来るので,足し算だろうか引き算だろうが使いたい用途で動かすことが出来るわけです.

後で失敗に気づいたり,追加機能を載せたくなったりしたときでも, チップを作り直さずに 新しい回路データを入れるだけです.
開発期間の短縮やリスク低減などといったメリットが多数存在します.
予め仕事が決まっているICと比較すると,載る回路規模が小さいことや大量生産時には生産費用が大きくなることといったデメリットもあるわけですが.

産業的なニュースとしては,Intel社が14nmプロセスのFPGAをAltera社向けに製造し,Altera社がそのテストチップの試験を始めたそうですね.
まだまだ伸びていく分野だろうなぁと個人的に思って(期待して)たりします.

研究的なネタとしては,その特性を活かして並列計算機を構成しているものが挙げられます.
特に画像処理や一部の科学計算なんかをよく見かけます.
動的再構成(動作中に一部の回路構成を変えること)を使っているものも.

同人的なネタとしては,ゲーム機のハードウェアエミュレータ等,市販のマイコンでは制御しづらい回路の製作をされている方々がいらっしゃいます(探してみてください).
私がFPGAをやり始めたきっかけも,先の電光掲示板でマイコンのスペック不足やコンパイラの制限によって実装できなかった不満があったからです.

次回はどうやって任意の回路を構成しているのか,その仕組みについて簡単な説明をしようと思います.
訂正や要望,質問等はコメントへどうぞ.

参考サイト
日本アルテラ
"知って納得FPGA入門"
http://www.altera.co.jp/products/fpga.html

mynavinews
"Altera、Intel 14nmプロセスを用いたFPGAテストチップによる各種試験を開始"
http://news.mynavi.jp/news/2014/04/24/257/

電波時計の作製

ロ技研ブログ下書き

こんにちは。
ロボット技術研究会にインカレで来ている飯田(@kaznt1)です。
先日追いコンが終了し、ロ技研は卒業してしまいましたが一応いおん研です。
今回は電波時計を自作したので紹介します。

全体としては、
バーアンテナ→増幅→2kHzに周波数変換→dsPICでサンプリング&FFTで信号検出
という構成になっています。
機能的にはaitendoの電波時計モジュール(40KHz)[MAS6180-40KHZ]http://www.aitendo.com/product/5029
と同じものです。

写真上:今回作成したモジュール 写真下:aitendoのモジュール
モジュール全体写真


増幅回路(受信モジュール左側の基板)の回路図
jjy_receiver_amp


検波回路(受信モジュールの右側の基板)の回路図
jjy_receiver_detector


これを電波時計のデコード機能を持たせた時計につなぎます。
裏のボタンを長押しすると受信を開始します。
モジュール接続


受信モジュールを窓際に置き、
 モジュール@窓際
1~2分待っていると、
 電波受信中

受信が完了し時刻が表示されます。
電波時計時刻表示



回路に電池が必要だったりちょっとバグがあったりまだまだ改良点は
たくさんあるので暇があれば改良していきたいと思っています。
 
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