Arduino IDEで書き込み可能で安価なデバイスを作る(前編)

Arduino UNOは非常に便利で使い易いのですが、実際に設置しようとすると困る箇所が3つあります。 1. デカイ!! スマホ大のサイズ、というのは何かに仕込むことを考えると都合が悪い場合があります。 特に人に取り付ける場合、邪魔くさいですね。 2. 高い!! 1つ大体3,000円。これ一個だと大した額には感じませんが10個量産すると30,000円、100個量産すると300,000円。 100個オーダになってくるとちょっと値段的に扱いづらいですね。 3. 5.0Vって不便!! I2CデバイスやLiPoバッテリなど、5.0Vよりも3.3V駆動のほうが便利な構成できるのに、わざわざ昇圧回路を組まなければならない場合があります。   1についてはPRO Miniなど、UNOと互換性のある小さいデバイスを購入することで解決できます。 3についても同様ですね。 Uno意外だとむしろ3.3Vのデバイスのほうが多いと思います。 しかし、Arduino UNO互換機は安くても2,000円前後が相場となっていて問題2はなかなか解決が難しいです。 現状の解決方法としては『Arduino IDEから書き込み可能なオリジナルデバイスを制作する』ということになります。 そしてある程度ではありますが問題1と問題3も解決してくれます。   オリジナルデバイス・・・かっこいいですね。   値段基準でオリジナルデバイスを作る場合、現在必要な機能を確認し、Arduino UNOの機能の中で要らないものがあるかどうかを確認する必要があります。 何故ならArduinoと完全に互換性のある構成を作ると、手間まで含むとArduinoとほぼ同じ値段、あるいは高くつく場合も多くあるからです。 ざっと見積もると以下のパーツが必要になります。       【最小構成】 ATMEGA328P + 水晶発振子 : ¥400くらい Arduino

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IDEにて読み書きする機能。 【オプション1】 FTDI + USBコネクタ : ¥500くらい PCとシリアル通信したい。 【オプション2】 3端子レギュレータ + DCジャック : ¥300〜500くらい ACアダプタで電源を取りたい、3.3vの給電ラインも使いたい、あるいは5V以上の電源で動かしたい。 【オプション3】 基板 : ¥100〜200くらい バニラ基板でいいのか。オリジナル基板を作るか。 【オプション4】 実装 : 1パーツあたり¥100くらい 自分でやるのかお願いするのか。 【その他】 ピンソケットなどの汎用部品 : ¥200くらい       どうでしょうか。 オプション全部つけちゃうと材料費だけで2,000円近い金額になるのが分かると思います。 経験的にはオプション2とオプション3が削れるとやる意味が出てくるかなと思ってます。           それではユースケースを想定し、実際に作ってみましょう。     例えば 『UNOでLチカするスケッチを作った!この動きをするデバイスを数作りたい!できるだけ安く!!』 となったとします。 この場合はシリアル通信も要らないですし、電源も普通に電池で大丈夫そうですね。 これだと安くあげられそうです。 仮にこのデバイスをHogeduinoを名付けるとしましょう。 スケッチを動かしたUNOと同じマイコンで作ったほうが思いもよらないバグが出たりしないので、ATMEGA328P-PU、もしくはATMEGA328P-AUあたりセレクトします。 (ちなみに秋月電子だとATMEGA328P-PUが250円、ATMEGA328P-AUが280円です) 次に水晶発振子(とコンデンサ)が必要かどうか調べます。 というのも、上では必須かのように書きましたが、Arduinoにも実際に水晶発振子は乗ってます。 ですが水晶発振子は必須ではありません。 『じゃあなくてもいいじゃん!安く済むし、はんだ付けもしなくて済むし、配線もしなくて済むし!』 と思うかもしれませんが、水晶発振子がないことによるデメリットもあります。 それは動作クロックが不安定になる事。 具体的には、個体によって10%程度のずれが発生するそうです。 つまり1秒ごとにLチカするスケッチの場合、 1.1秒点滅から0.9秒点滅まで、ばらばらの点滅が出てくる可能性がある ということです。 また、I2C通信やシリアル通信などを利用している場合、このあたりが致命的になってくる可能性があります。 基本的には大人しく水晶発振子をつけておいたほうが良さそうです。 水晶発振子は秋月電子だと30円、コンデンサは1個10円程度。 ATMEGA328P-PUベースだと300円、ATMEGA328P-AUベースだと330円になります。 これでも十分安い! また、UNOは5.0Vで動作していますが、ATMEGA328P-PU自体は3.3Vでも動作可能です。 LチカやセンサとのI2C通信がメインだと3.3Vのほうが都合が良いことも多いかと思います。 3.3Vで動作させたい場合は水晶発振子は8MHz、5.0Vで動作させたい場合は水晶発振子を16MHzのものを使う必要があります。 今回はLチカのみなのでついでに3.3Vに変更しましょう。 実際にArduino UNO(左)、小型のUNOの互換機のArduino PRO Mini(右上)、Hogeduino(右下)に必要なDIP部品を並べてみました。

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IMG_1446 サイズ的にもArduino PRO Miniぐらいまで小さくなりそうですね。 次回は実際に最小部品構成で3.3Vのオリジナルデバイス、Hogeduinoを作ってみようかと思います。


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