【授業☆しょ~かい】『IoT不法侵入者警戒システム』をつくろう!~ラズパイとAD変換ICでシリアル通信!~ 電子技術科(都留キャンパス)No.148

2020年01月15日

こんにちは。あんどくんです。
電子技術科をPRしているよ!
みんな、令和2年もリアルに応援よろしくね (*´ω`)/
今日、令和2年1月9日(木)は、3,4限に2年生の『通信工学実習』におじゃましたんだ。この授業では『IoT不法侵入者警戒システム』をつくるために、これに必要な技術を基礎から学んでいるんだよ。

 

前回までに、AD変換の原理を学びながら、 2bit階調 (0-3.3Vを4分割) のAD変換回路を完成させたんだよ。

 

また、オリジナルのシリアル通信システムを構築しながら『シリアル通信』の基礎について学んだんだ。

 

IoTでは、マイコンがいろんなセンサと『シリアル通信』しながらシステムを動かしているんだよ。
今回は、マイコン (マスター) センサ (スレーブ) 間での『シリアル通信』の復習からスタートしたんだ。

 

1本の信号線を使って、 デジタルのビット信号を一つずつ時系列に送る通信方法を『シリアル通信』っていうんだ。
ビット信号は、別の信号線で『クロックパルス』を送ることで、1ビットごとに分離できるんだよ。また、信号の始まりは、送信するビット信号の先頭に1ビット増やして、この1ビットで判断するんだ。このビットのことを『スタートビット』っていうんだ。

 

下の写真は、『マスター』と『スレーブ』 (写真では『スレーブ』が2個) 間での『シリアル通信』 の配線図だよ。各信号線のはたらきは、つぎのとおりなんだ。

  • MOSI (Master Out Slave In):『マスター』が『スレーブ』にデータを送信する信号線
  •  MISO (Master In Slave Out):『マスター』が『スレーブ』からのデータを受信する信号線
  • SCK (Serial Clock):『マスター』が『スレーブ』に『クロックパルス』を送信する信号線
  •  CS (Chip Select):『マスター』が『スレーブ』に『呼び出し信号』を送信する信号線 ( 『マスター』から 『スレーブ』ごとに1本)

 

ここからが、今回の内容になるんだよ。南湖 准教授がホワイトボードに『マスター』側で行う 『シリアル通信』の手順を示したんだ。

  • ① 通信しようとする『スレーブ』のCS を0にする。
  • ② 送信データのスタートビットを1にセットする。
  • ③ 送信データをMOSIで『スレーブ』に 送信する
  • ④ 『スレーブ』からMISOで送信されたデータを読み込む
  • ⑤ 通信を終えた『スレーブ』の CS を0にする。

 

下の写真の回路は、前回設計した『ラズパイ』 と 『AD変換IC』からなる『シリアル通信システム』だよ。 もちろん『ラズパイ』が『マスター』で、『AD変換IC』が『スレーブ』だよ。 また、可変抵抗を使った『可変電圧発生回路』を『疑似センサ回路』として、出力されたアナログ電圧を『AD変換IC』に入力してAD変換 (デジタル信号に変換) するんだ。

 

まずは、この回路をブレッドボード上に組み立てたんだよ。下の写真で、左側がブレッドボード上に組み立てた『疑似センサ回路』と『AD変換IC』で、右側が『ラズパイ』なんだ。

 

AD変換IC』には、マイクロチップ社製のMCP3002を使用するんだ。南湖 准教授が、データシートでMCP3002の仕様を説明したんだ。つぎのとおりだよ。

  • AD変換は10bit階調(0-3.3Vを1024分割)
  • サンプリング周波数は200ksps
  • AD変換は2チャンネル (CH0とCH1)

 

また、データの送受信は8ビット単位で行うんだ。
AD変換が10ビット階調なんで、AD変換したあとのデジタル信号は10ビットになるんだ。なので『AD変換IC』からの信号 (MISO) は、10ビットの信号を 2ビット8ビットに分けて、それぞれ8ビットの信号として送信するんだ。なので、8ビットの信号が2個送られるんだよ。

 

また『ラズパイ』からの信号 (MOSI) は4ビットなんだ。この信号は『スタートビット』のほかに『AD変換IC』のチャンネルの設定や、ビット信号を送信する順番 (上位と下位のどちらから送信するか) を設定するビットからなるんだ。だけど、この信号 (MOSI) は『AD変換IC』 のデータ信号 (MISO) に合わせて、8ビットの信号を2個送信するんだよ。

 

つぎに、南湖 准教授が『シリアル通信』の手順①~⑤にしたがって『ラズパイ』の通信プログラムの流れを、ホワイトボードに PADで示しながら説明したんだ。

 

ひととおり説明が終わったところで、ホワイトボードの『プログラム設計図』を、図面用紙に製図したんだ。

 

プログラム設計図』は、こんな風になったんだよ。

 

最後に『AD変換IC』から、2個の8ビットに分かれて送られた信号 (MISO) を結合して、10ビットの信号にもどす方法について学んだんだよ。

 

というわけで、今日は、ここまで。
電車』で帰るよ ≡3

 

みんな、今日も1日おつかれさま☆彡
次回は通信プログラムの『プログラム設計図』を『Python言語』でコーディングするとこからだよ。
今日も『産短大の毎日』をみてくれてありがとう!
また、明日からがんばろっ٩( ‘ω’ )و

それじゃ ≡3 ≡3 ≡3

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