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IoT開発のキホン‼〜IoT開発初心者必見~ハードウェアとwebの違いから説明します!by Pluto
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2015年7月16日に開催したヒカラボの登壇資料です。 一部企業秘密となっており、当日のみの公開となっております。
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1.
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2.
自己紹介
3.
は特にないので 仕事場所の紹介
4.
部屋
5.
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6.
研究室 当日のみ
7.
講演内容 • Webから身の周りの機械を動かす楽しさ • 身近な機械に入っているマイコンとパソコン のスペックの違い •
身近な機械をハックする
8.
今回の内容は哲学よりです あんまりタイトルを気にせずに 話します
9.
WEBから身の周りの機械を動 かす楽しさ
10.
PLUTOとは? 家電を操作するWebサービス
11.
PLUTOとは? 家電を操作するWebサービス Web(仮想世界)と現実世界をつなぐ IOを提供したい pluto.io
12.
なぜPLUTOを始めたか?
13.
なぜPLUTOを始めたか? 最終目的は自由に宇宙のすべてを操作できるシステムの構築
14.
当日のみ
15.
当日のみ
16.
当日のみ
17.
PLUTO年表 • 2001年 Turbo Linux
6.0 WS上で仮想世界の実現出来ないかいろいろテスト • 2004年 部屋のセンサーで現実の情報を集めるプロトタイプ 個人でMSDNを契約して作った WIN2K Serverベース PC名が MarsとSaturn • 2006年 部屋の家電をWEBから動かすシステムを作った PC名がPluto • 2008年 初代社長と夢を語る • 2010年 メンバー合流 • 2011年 法人作成 • 2012年 サービス開始 • 2016年 いろいろ予定
18.
当日のみ
19.
当日のみ
20.
身近な機械に入っているマイコ ンとパソコンのスペックの違い
21.
スマホで操作するIOT機器の構成 マイコン センサー モジュール BLE モジュール スマホ プログラム プログラム ハードウエア IC間通信 IC間通信 BLE アクチュエータ
22.
プログラミングの種類 • Webシステムの構築 Perl Ruby Java Script •
スマホアプリ Obj-C C# Java • アプリケーション C# C BASIC • 組み込み アセンブラ C(組み込み用)
23.
組み込み特有の事 Wikiより マイコンのPIC
24.
組み込み特有の事 • メモリが非常に少ない • アーキテクチャに依存する •
マルチタスクではない(OSを使えば別)
25.
CPUの気持ちになってみよう メモリ レジスタ ハードとか メモリを介してのみ アクセス CPUはメモリ、レジスタ しか見えない
26.
CPUの気持ちになってみよう メモリ レジスタ ハードとか メモリを介してのみ アクセス CPUはメモリ、レジスタ しか見えない すべてのコンピュータも同じだけど有り余る 計算力で隠 している
27.
組み込みでは変なCも書くかも ((void(*)(void))0xf000)(); call 0xf000 自分で書いていてひどいと思ったコード 最近はうまーくハードを隠 した環境も出ているので どこまでこだわるかは自分次第 ただ、隠
した環境を使えば使うほど出来ることは少なくなる
28.
組み込み系のリソース • メモリ 4096BYTE • Flashメモリ 64KBYTE •
4MHz • センサーの情報量 4BYTE • 電池で動作
29.
組み込み系のリソース アセンブラとC言語(ほとんどのライブラリは使えない) でPCの様な1000BASEのイーサネットの通信 大容量のメモリを使ったりはそもそも難しい 10BASEと1000BASEではハードウエアの構造やコスト も変わってくる 高性能のハードを用意する必要はないし 使いこなせない
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組み込み系のリソース アセンブラとC言語(ほとんどのライブラリは使えない) でPCの様な1000BASEのイーサネットの通信 大容量のメモリを使ったりはそもそも難しい 10BASEと1000BASEではハードウエアの構造やコスト も変わってくる 高性能のハードを用意する必要はないし 使いこなせない 高速化すればするほど交流特性 など難しい事が増えていく 不必要な高性能化はただ問題を増やす
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役割分担をちゃんとしよう WEB iPhone IoT Sensor UIとしては最高 どこからでもアクセスできる 現実世界にアクセス出来る
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IOT機器がすべきこと • 現実の情報を読み • WEBもしくは端末に送る
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IOT機器がすべきこと • WEBもしくは端末からの情報を現実に適応 する
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難しい処理は 計算、ストレージ資源が 無限にあるサーバーに任せよう! IOT機器が戦うところじゃない!
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IOT機器は情報の送り方が 重要
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IOTを普及させる起爆剤BLE
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BLEの特徴 • 非常に消費電力が少ない • iPhone
Androidに対応している • GATTなのどの設計がIoTにマッチしている オブジェクト指向に近い
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BLEの消費電力を下げる工夫 消費電力は回路が使った電流で決まる C[Ah]が電池の容量に達したら電池切れ C = Z I(t)dt T = C eI 電池切れまでの時間 ※CR2032は225mAh
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BLEの消費電力を下げる工夫 電池切れまでの時間を延ばすこつは 平均消費電流を下げる事 瞬発的な大電力はOK BLEは送信速度を上げて 送信時間を減らした
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BLEの消費電力を下げる工夫 ※CR2032は225mAh 随時受信を受け付ける状態 (10mA消費する) 22.5時間 送信だけをする場合 (送信時20mA消費する) 11.25時間分送信可能
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BLEが向かない場合 • 大容量通信をしたい • ストリーム通信をしたい •
TCPなどを使って直接インターネットに接続 したい
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無線はBLEを使いましょう 大容量はWIFIを使いましょう でもIOTで大容量の通信をするのはやめましょう
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身近な機械をハックする
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機器をハックする手順 1.機器を分解して、ICとセンサーの間の通信を調べる 1−1.センサーのデータシートを調べる 1−2.ICのデータシートを調べる 2.通信を乗っ取る 1.機器を分解して、ICを調べる 1−2.ICのデータシートを調べる 2.通信を乗っ取る
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とりあえず機械があったら分解をする
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タニタのはかりを分解してみる ADCを使ったらハック出来る! EEPROM MCU
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タニタのはかり 出力電圧が0.7Vで重さによっては 出力電圧が変化する (最大で0.1V程度の変化) OPアンプの差分増幅回路で変化を増幅しないと ADCで検出出来ない
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のハック 大家に怒られたので割愛
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アナログ回路 ディジタル回路 アナログ回路のハックとディジタル回路のハックでは 難しさが違う ディジタル回路ではIOと繋げれば後はソフトの問題 アナログでは電圧レベルを合わせるなど必要 ソフトだけではどうにもならない
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センサーを使いこなす事が 非常に重要 • 温度センサー • 加速度センサー •
光センサー • 音センサー だいたい世にあるセンサーはこんな物 秋月のHPより
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センサーとの通信方法 • ADC アナログデジタルコンバータ • SPI IC間通信の規格 •
I2C IC間通信の規格 • UART デバイス間通信も可能な規格
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SPIとI2Cに対応しているのが多い 秋月のHPより
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初心者はSPIかI2Cを使った センサーの方がいい アナログは非常にやっかい
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温度センサーは温度しか 測れないか?
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温度センサーで体重を量る
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温度センサーで体重を量る 理想気体 ピストン 気体の温度を測れば上から 押す力が分かる ↓ 温度センサーを圧力センサー として利用 断熱過程になっている d0 W = pdV 熱力学に従って 計算すればいい
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センサーを活用するために 測定とは? 測定対象系 S メーター系 M 相互作用がおきて 相関が発生する
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操作するために 操作とは? 操作対象系 S 相互作用がおきて 相関が発生する コントローラー系 C
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IOTは現実世界と仮想世界 に相関を起こす
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FIN ご静聴ありがとうございました
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