LiLaC

LiLaCを採用してくださっている学校から、プログラムの書き換えをしたいというご要望がありました。

 

LiLaCで使っているマイコンは、PIC12F683です。

PICkit3でプログラムを書き込みます…が、そのままではプログラムを書き込めないので、書き込める治具を作ります。

こんな感じで、ユニバーサル基板に、ゼロプレッシャソケットとL字のピンソケットを取りつけたものを用意し、PICkit3と繋げます。

マイコンの極性に気をつけてください(書き込めなくなるだけですが)。

裏面は、こんな感じ。

 

 

次にソフトウェアの準備をします。

マイクロチップ社のホームページよりMPLAB X IDEをダウンロードしてインストールします。

また、MPLAB XC8 コンパイラーもインストールしておきます。

 

 

セットアップの手順について、とても分かりやすく解説されているホームページがあります。

手順がわからない場合は、参考されるとよろしいかと。

 

 

X IDEを開いて、LiLaCのプログラムを読み込めば、プログラムの変更は行えます。

ただ、このままでは、マイコンへの書き込み時にエラーが出ると思います。

次の操作を行ってください。

 

【tools】→【options】から、【build tools】タブを開きます。

左中央の【Add】を押すと上の画像のウィンドウが出てきます。

【browse】を押し、先ほどインストールした【XC8】フォルダを捜して、その中にある【bin】フォルダを開きます。

 

 

これで、マイコンへの書き込みができるようになります。

【make and purgram device】ボタンを押すと、プログラムが書き込まれます。

わからない場合は、上の画像をクリックして、赤丸の位置をご確認ください。

input1のピンソケットを取り、黒と赤のピンソケットを、output1にハンダづけしています。

そうすることで、人感センサを直接取りつけることができるようになります。

こんな感じ。可変抵抗器のボリューム調整はしにくくなりますが…。

また、output1でも、ハンダづけをせずにLEDを点灯させることができるようになります。

 

画像では、DCジャックをハンダづけせず、ジャンパ線で回路を繋いでいます。

LiLaC Switch(ライラック スイッチ)は、LiLaCとは違う流れで考えられた教材です。

G先生考案、O先生設計になるのかな…?

 

次の画像は、CdSセルを使い、明るさに応じてLEDを点灯・消灯させる回路。

下の緑色の基板のものがLiLaC Switchです。

上のものは、LEDと電池ボックスを片側だけ繋いで、残りの端子にミノムシクリップをつけたものです。

LiLaC Switch基板の左下にCdSセル。

CdSセルにキャップをかぶせると、LEDが点灯します。

『明るさによって点灯・消灯がキッチリ切り替わる、つまり明るさの変化がスイッチになっている』ということですね。

 

ほかの部品も使えます。

次の画像は、市販の人感センサを使った例。

こんな感じ。

状況によって抵抗値が変わる部品や市販のセンサをスイッチとして使えるようにするのがLiLaC Switchです。

いい部品を使っているので、割とお高くなっていますw

 

先生がたが生徒に学習させたいのは、『センサを上手く使うと、便利になったり省エネになったりする。結果、生活が豊かになる』ということのようです。

(違っていたらすみません)

『学校の渡り廊下にあるライト、外が暗くなっても光らないし、昼間廊下を通っても光らないけど、夜に廊下を通ると光るよね?あれってどうなってるんだろ?』って導入から、2つのLiLaC Switchを使って、繋ぎかたによって動作が変わることを学習するようです。

こんな感じ。直列に繋いでいるので『暗くて、かつ、人を感知したらLEDが点灯する回路』になっています。

 

ミノムシクリップのゴチャゴチャ感が生徒の学習意欲にダメージを与えるというのは、よく聞く話です。

そんな配線のゴチャゴチャをブラックボックス化したのがLiLaCです。

 

それに対して、部品と部品を線(ミノムシクリップ)で繋いでいって、回路をちゃんとイメージさせたいと考えられたのがLiLaC Switchです。

市販されている音センサも、LiLaCのセンサとして使うことができます。

 

人感センサと同じく3本の端子があります。

並びを確認してから配置します。

【VCC】をinputの赤ソケットへ、【GND】をinputの黒ソケットへ、【OUT】をinputの青ソケットへ、それぞれ繋げてください。

図は、端子の並びが【VCC】【GND】【OUT】のときの繋げかたです。

下図は、input1部の電気回路のイメージです。

 

【入力端子】の電位が、電源電圧の半分より高いとき、input1の出力条件が満たされます(①)。

※input1の出力条件とinput2の出力条件、DIPスイッチの組み合わせを判定して、実際に出力するかどうかが決まります。

 

次のように言い換えることもできます。

グランド・【入力端子】間の合成抵抗値が、【入力端子】・電源電圧間の合成抵抗値より大きいとき、input1の出力条件が満たされます(②)。

 


 

たとえば、赤ソケットと青ソケットを繋ぐようにタクトスイッチを配置した場合について考えてみます。

 

スイッチを押している間は、【入力端子】・電源電圧間の合成抵抗値が0になります。

グランド・【入力端子】間の合成抵抗値は、抵抗器R4があるので必ず0より大きくなっています。

 

ですので、タクトスイッチを押すと、可変抵抗器のボリュームの位置に関係なく、常に出力条件が満たされます。

 


 

ここからは、先述の①から②を求めてみます。

興味がある人だけ読んでネ☆

 

 

①を式にすると、次のようになります。

(グランド・【入力端子】間の電圧)>(電源電圧)×(1/2)

 

また、次の関係が成り立っています。

(電源電圧)=(グランド・【入力端子】間の電圧)+(【入力端子】・電源電圧間の電圧)

 

ですので、出力条件は次のように書けます。

(グランド・【入力端子】間の電圧)>{(グランド・【入力端子】間の電圧)+(【入力端子】・電源電圧間の電圧)}×(1/2)

 

整理します。

(グランド・【入力端子】間の電圧)>(【入力端子】・電源電圧間の電圧) ……③

 

電圧と電流値と抵抗値の関係は、次のようになっています(オームの法則)。

(電圧)=(電流値)×(抵抗値) ……④

 

【入力端子】へは電流が流れない回路なので、次の式が成り立ちます。

(グランド・【入力端子】間の電流値)=(【入力端子】・電源電圧間の電流値) ……⑤

 

③④⑤から、抵抗値で表す出力条件は、次のようになります。

(グランド・【入力端子】間の合成抵抗値)>(【入力端子】・電源電圧間の合成抵抗値)

これを文章にすると②になります。

 

以上、①から②を求めてみました。

…間違っていないよね?(汗)

並列繋ぎにおける抵抗値について、管理人なりに説明してみようと思います。

※あくまでも理論上のお話です。

 

AB間には、1個の抵抗器(RA)を繋げています。

BC間には、複数個の抵抗器(RB1、RB2、RB3…)を並列に繋げています。

 

AからCへ電気を流したとします。

このとき、AB間に流れる電流と、BC間に流れる電流の総量は同じになります(①)。

 

抵抗器RB1、RB2、RB3…にそれぞれ流れる電流値はわかりませんが、BC間に流れる電流の総量を計算することはできます。

 

オームの法則 (電圧)=(電流値)×(抵抗値)より、

(電流値)=(電圧)÷(抵抗値)

ですので、それぞれの抵抗器に流れる電流値は、次のようになります。

(RB1に流れる電流値)=(RB1にかかる電圧)÷(RB1の抵抗値)

(RB2に流れる電流値)=(RB2にかかる電圧)÷(RB2の抵抗値)

(RB3に流れる電流値)=(RB3にかかる電圧)÷(RB3の抵抗値)

……

BC間に流れる電流の総量は、各抵抗器に流れる電流の合計です。

また、それぞれの抵抗器にかかる電圧は、BC間にかかる電圧と同じです。

それらをまとめると、次のようになります。

(BC間に流れる電流の総量)=(BC間にかかる電圧)×{1÷(RB1の抵抗値)+1÷(RB2の抵抗値)+1÷(RB3の抵抗値)+……} ……②

 

同様に、AB間に流れる電流値を計算します。

(AB間に流れる電流値)=(AB間にかかる電圧)÷(RAの抵抗値) ……③

 

ここで、次の仮定を加えてみます。

(AB間にかかる電圧)=(BC間にかかる電圧) ……④

 

①②③④より、次の式が成り立ちます。

1÷(RAの抵抗値)=1÷(RB1の抵抗値)+1÷(RB2の抵抗値)+1÷(RB3の抵抗値)+…… 

 

流れる電流値が同じ(①)で電圧も同じ(④)ということは、AB間の抵抗値とBC間の抵抗値も同じになります。

つまり、RAの抵抗値は、BC間に並列に繋がっている抵抗器を一つにまとめたときの抵抗値(合成抵抗値)になっています。

覚えさせられる公式の一つです。

 

このくらいの公式なら丸暗記でいいのかもしれませんが、大学入試で『円周率が3.05以上であることを証明せよ』なんて問題が出るくらいなので、理屈を知っておいてもいいかもしれませんね~。

A先生が作った作例です。

イメージは、『夜、地震が起きたときに、自動でLEDが光る』照明。

災害時に使えるように、考えられています。

 

 

本体から延長した先には、ディテクタスイッチを組み込んだ木のブロックが。

 

通常時は、ディテクタスイッチの上にオモリを置いておいて…

地震でオモリが落ちたら…

LEDが点灯する仕組み。

 

『暗くなったら点灯する』と『ディップスイッチがオフなら点灯する』を直列で繋いでいます(AND回路)。

※画像はOR回路にして撮影しています。

 

これなら、夜中に地震が起きて停電になっても、懐中電灯を探さずに済みます!

LEDに加えてブザーをつけてもいいかもしれませんね。