micro:bit 密接を避けてじゃんけん

密接を避けてじゃんけん

 micro:bitには無線通信がついています。それを使ってじゃんけん。密接をさけることが出来ますねぇ。

 

 親がmicro:bitを振ると、無線グループの全員のmicro:bitが動作します。そんなに大声を出さんでも済む。

 乱数を発生させて、それをグー・チョキ・パーに割り当てて、LEDで表示させてます。ちょいと英語にもなじめ、ってアルファベットにしておきました。

密接を避けてじゃんけん

 子機の方は、無線を受けたら動作するようにしてあります。それ以外はおんなじ。

密接を避けてじゃんけん

 表示はこんなの。見せ合って勝負を判断するのが、じゃんけんのおもしろさ。

 ずっこいこと考えても、後出しじゃんけんが出けへん。

 

 ズルするんやったら、子機の乱数の範囲を1〜2に狭めといたらどうなるか考えてみて…、って。こんな不正の方法を教えてどうすんねん?。これはやってるうちにバレるから、もうちょっと違う方法考えなあかんで。

 


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Micro:bit LED調光器ってのを考えてみました

 LEDってのは、電圧を変えたり、電流を変えたりしてその明るさをコントロールすることは無理です。

 明るさを変えることが出来るLEDの灯具は、実はONとOFFを非常に速い周期で繰り返しているのです。明るくするには、ONの時間を長くし、暗くするにはONの時間を短くしているのです。

 信号機やら交通機関の方向表示など、連続点灯の場合でも、LEDの長寿命化のためかこんなON・OFFの繰り返しをしていることが多いです。写真を撮ると、LEDが消えていることが起きるのはこのためです。

PWM

 これをPWM変調って言います。

 

 Micro:bitのアナログ出力は、このPWM出力なので、それでLEDの明るさをコントロールしてみようってことです。

LED調光器

 アナログの出力は、0から1023までの1024段階。レベルを2倍ずつ増やしていくプログラムになっています。

 最初の0は何倍しても0なので、初期値を1にして、最大値が1024にならないようにマイナス1したレベルになるようにしてます。

 「A」ボタンを押すと明るくなり、「B」ボタンを押すと暗くなっていくというコードです。

 動作確認のためにMicro:bit本体に、明るさのレベルを数値で表示させています。

LED調光LED調光器

 実機でやってみました。ミノムシのついたLEDも用意してやってみました。何でか知らんが、白色LEDなのに明るく灯る。

 

 

 

 

 

 


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Micro:Bit テスターを作る <電気で明かりをつけよう>

導通テスター導通テスター

 3年生のプログラミングデビューの課題です。

 電気を通すか、通さないかを調べるテスターを作ります。上のように通す、通さないを表示してくれると、もう立派な導通テスターって言えるんじゃぁないですか。

導通テスター

 コーディングはこんなの。

 端子「0」を入力にして、デジタルで、電圧がある「1」か、ない「0」かを調べてます。反対側のリードは「3V」端子から電圧を取り出す。

 あとは条件分岐で、LEDが違う表示をするようにしてるだけです。

 

 この表示はお絵かき感覚。文字でも、記号でも、絵でもどうぞって。工夫できる部分が無くてはおもしろくないし。

 こんなのだったら、3年生でも出来そう。ローマ字打ちが出来るようになっている頃だけど、それの必要もないし。

 導通テスター導通テスター

 実機で作ってみました。表示はイエスの「Y」と、ノーの「N」。

 MicroBitが20台ほどあれば、二人で1台、45分授業のなかで作らせて、調べさせることが出来そう。

テスターリード

 テスター用に、ミノムシとピンのコードを用意した。テスターリードのプラグの方で短いけど、良い感じ。

 このコード、電流計やら、電源装置のジョンソンターミナルの穴に差し込んで使えるので、使い回しすることにしよう。ミノムシミノムシと分けておかんとあかんけど。

 

 コーディングをしているところの画面を、動画でハードコピーして、字幕を付け加えて用意しておきました。校内LANでしか見られないけど。

 

 写真を撮ってみたが、Micro:bitのLEDは点滅をしているので、「N」の1列目が消えているタイミングだったみたい。

 


 


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機械が読むのはこんなファイルです

HEXfile Micro:Bit

 MicroBitのプログラミングをMakeCodeで作った後、MicroBitに転送します。その時や、保存する時は、お気づきかと思いますが「.hex」って形式のファイルです。

 さて、そのHEXファイルを覗いてみました。照らされると走り出すモーターカーのプログラムです。

 これが機械が読んで理解できるプログラム。とてもとても人間には読んで理解することは無理。先頭の数行ですが、最後は1万4千行まで行ってました。読めたとしてもその量は頭が痛くなりそう。16進数で表示してますが、2進数にすると、もっとすごい量になります。

 MicroBitは小さなコンピュータなので、このように機械が読める状態でプログラムを渡してやらなくちゃならないのです。

 

 人間が理解できるようにするには、これをjavascriptなんてプログラミング言語に翻訳するんです。

 それでも、英語ベースのプログラミング言語は小学生には難しいので、スタックを重ねたビジュアルな表現で示してくれるのがmakecodeってソフトウエアなんです。しかも、日本語だ。

 

 機械が読めるようにすることを専門家は、コンパイルする、なんて言うのがこれです。参考までに。


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Micro:Bit 太陽電池をセンサーにして

照度カー

 MicroBitは、LEDを明るさセンサーとして使ってますが、ありもので太陽電池があったので、それを明るさのアナログ素子として使うことにしました。

 100均のガーデンライトってのについていた太陽電池。最大で1.5V程度の電圧は出しそうなもの。もともとはその出力を2次電池1本に貯めて、暗くなったら点灯するって用途。割れて壊れて校内に落っこちていたので、部品取りをさせてもらった。この適当にチープな発電能力と、大きさが丁度いい。実験用の太陽電池の5分の1ぐらいのサイズの分厚いガラス基板。

照度カー照度カー

 太陽電池は車のフロントグリルに両面テープで貼り付け。曲面なのでクッションを加工して挟んでいる。なんだかオールドファッションな車みたい。センサーの都合でGND端子が忙しいので、ビスを取り付けてミノムシ2本が噛みつけるようにした。

 太陽電池の出力は、0番端子にアナログ入力で。どれほどの閾値が良いのかがさっぱりわからん。適当に数値を入れてカットアンドトライ。

 1番端子は、デジタルでモーターの駆動信号の出力。トランジスタスイッチを介してモーターへ。

照度カー

 結局、環境に左右されるアナログ電圧で閾値を決めるのではなく、起動時の明るさを変数に記憶させておいて、それよりちょいと明るくなったら走るという設定にした。

 明るければズーっと走ってくれると追いかけて止めなきゃいかんので、0.3秒だけ走って、少々休みってループのプログラム。暗ければもちろん停止したまんま。

 廊下なんかで、懐中電灯の光を当てると走るって車デス。光リモコンカーってな名前かな?、前進しか出来んけど。

 

 


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Micro:Bitで、モーターカーを走らせる

MicroBitでモーターカー

 教材セットのモーターカーに、MicroBitを積んで走るようにしてみました。

MicroBitでモーターカー

 モーターへの配線が、3本になっているところが変更点。緑色がMicroBitからの出力。赤と黒が電源線。

MicroBitでモーターカー

 MicroBitからの出力でモーターを動かすのは無理なので、モーターユニットの裏にトランジスタのスイッチを忍ばせてある。まぁ、パワートランジスタにぴったりの窪みがモーターの下に作ってある。おかげできれいに実装できた。

 モーターカー回路TRスイッチ

 スイッチとはこんな回路。MicroBitの一桁mAぐらいの出力電流を、100倍以上に増やしてくれている。ダーリントン接続のトランジスタで、モーターをOFFにした時の逆起電力を吸収してくれるダイオードも内蔵しているので安心。

 足に直接はんだ付けをして隙間に実装。

 

 モーターカーはちょいと精度が悪くて、少々浮くのかギアがかみ合わなかったりするので、針金で固定して押し付けている。それでも、走るかどうかは気分屋さん。

 

 さて、どうプログラミングするかのぉ。
 


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Micro:Bit 3色LEDの信号機をつけてみました

signalGYR

 信号機のコーディングは出来たんだけど、配線用のミノムシクリップコードが無いので1灯しか確認できなかった。それを学校のミノムシクリップを持って来て、3灯ともつないでみた。

 珍しく動くgifでアップしたけど、三脚を使わないもんでヘタな画像処理だこと。

豆電球をドライブ

 せっかく、基板にはパワートランジスタを載せているので、豆電球もつないでみた。

 豆電球の規格は、1.5V0.3A。とてもMicroBitでは300mAの電流は出せないが、トランジスタをスイッチに使うと可能になる。

 これで、信号機3色とも豆電球にすると、ちょっとした工作として、完成なんではないかい?

 

 ためしに、モーターも接続してみた。モーターの方が回りはじめにうんと電流を食うハズだが、ちゃんと回っていて、問題ナシ。

 ってことは、この基盤を積んで、モーターカーを動かしてみてもおもしろそう。

 あ、人感センサーの付いたリレー基盤が別にあるから、それを積んで、人を見つけたら逃げていく車、なんてのも出来そう。

 

LEDドライバ

 ドライブしているトランジスタは、2SC1881。いろんな売れ残りのパーツを袋詰めしたって特価品に入っていたもの。その割には内部でダーリントン接続って国産のすぐれもの。

 トランジスタのベースにつないでいる抵抗は、適当にありものの3.3KΩ。この抵抗値で流せる最大の電流量が決まるんだが、1Aまでは無理って値を選んだ。もうちょっと小さくするとモーターの力も強くなるかもしれん。(参考までにスペックを)

 ちょっと心配なのは、ホットサイドの出力で、端子のマイナス表示がGNDではない所。

 

 


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Micro:Bit ユニバーサル基板を組みました

ユニバーサル基板で

 信号機にしようと、3色のLEDをのせたユニバーサル基板

 モーターも制御できるようにと、LEDの向こう側の空きスペースに、大きめのトランジスタを組み込んで、スイッチとして動作させる回路を組みました。

ユニバーサル基板で

 そちら側から見ると、こんなの。MicroBitの出力ではモーターを回すだけの電流は無理です。そのために、人感センサーとリレーのついたボードがセットに付いているんだが、リレー回路は1回路しかない。

 そこでモーター用の別電源をトランジスタでON/OFFさせるようにしました。そのための駆動用電源の入り口があります。トランジスタの出口にモーターをつないで動作させます。

 5V以上の別電源を使うと、MicroBitでは電圧不足で点灯不可な青色や白色LEDだって点灯させることが可能です。

LEDドライバ

 回路はこんなのが3つ。トランジスタ自体は大きいので1Aぐらいは流せるしろもの。モーターやらリレーを駆動させることが可能。


 


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Micro:Bit 信号機を動かしてみました

LED RYG

 ブレッドボードが無いので、ユニバーサル基板を使って、緑・黄・赤のLEDの配線をしました。

LED RYG

 MakeCodeで、コーディングして、点灯試験。

 ところが、点かん。そのまんま動いていたScratchに慣れてたもんで、MicroBitにプログラムを転送するのを忘れてた、ってのが原因。シミュレーションはちゃんと動いているのに…、としばらく悩んでしまった。
LED RYG

 ミノムシクリップコードも貸しちゃってるので、手元にあるのは2本だけ。それでも何とか動作試験完了。ちゃんと緑のLEDが点灯したゾォ。

 

 ミノムシコードが短いのと、ウチのと違ってコードが太いので取り回しが悪い。端子をショートさせそう。

 

 これで、3色LEDの点灯パターンを変えながら連続点灯をさせると7色のイルミネーションにも出来るな。

 


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Micro:Bitを借りてきました 

マイクロビット

 マイクロビットを借りてきた、というので、1つ預かって来て、自宅執務。

 Scratchで動かすより、MakeCodeの方が対応が良いので、そっちでプログラミング。

MicroBitへのコード

 MicroBitには出力が3つあるので、それをR、G、YのLEDをつないで信号機にしようか、って組んでみた。

 ブレッドボードを貸し出しているので、ユニバーサル基板に半田付けでもするか。

 

 MakeCodeの良い所は、MicroBitにプログラムを転送しなくても、シミュレーションしてくれるところ。

MicroBitへのコード

 それと、スタックの元になっているJavascriptのソースコードが読めるし、編集も出来る。

 試しに、待ち時間はスタックだと2000msecまでの選択だが、scriptで6000ミリ秒と直接入力してみたら、ちゃんと反映された。ってぇことは、じかに打ち込んでも良いってことだ。

 

 LED信号の基板を組み立てて、外部電源をつないで、しばらくはコイツでちょいと遊んでみよう。

 


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身近な発電のいろいろ <発電と電気の利用>

手回し発電機

 実験でよく使った手回し発電機。防災グッズとして、コレのついたラジオ&懐中電灯なんてものが実用化されています。

ソーラーセル2

 実験に使った太陽電池。太陽光で発電できるってクリーンなエネルギーです。すでに、電卓や、LEDのガーデンライトなどで実用化されています。屋根に太陽電池を乗せた家も多く見かけます。

 大きなものになると、メガソーラーと呼ばれる太陽光発電所も実用化されています。

マイクロビット

 太陽電池でなくても、LEDだって普通の使いかたではないですが発電できます。プログラミングで使われているMicro:Bitの25個のLEDが明るさセンサーになっているのは、少々光によって発電するからです。

マイクロ水力発電機

 見つけたのは、マイクロ水力発電機。ホースをつなげばその水流で発電してくれるってモノ。沢の水をホースで流しっぱなしにしているような環境ならすぐ使えそうな発電機。能力は2W程度なので、一度蓄電してから利用するのがよさそうです。

 用水路などに設置するもう少し大きな水車による発電機もあります。

 

「エコキュート」「エコウィル」なんて名前を聞くことが多くなりました。家庭で給湯するときの余った熱で発電をするしくみです。

 風のよく吹く山の上などには大きな風車を見かけます。風力による発電です。手回し発電機のハンドルに風車をつけたような仕組みです。

 押さえると電位を発生するという仕組みもあります。人が歩くのを電気に変えられないかって研究も進んでいます。

 

 身近なエネルギーを電気に変えて、脱炭素社会を作ろうという取り組みが進んでいっているのです。

 

 

 


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最終更新日: 2020/09/21

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