20100916

Archiduino Project - vol.5


建築系におけるArduino利用計画としての「Archiduino Project」。

順番が前後するが、写真の基盤はArchiduino Projectのために試作した汎用Archiduino基盤である。Arduinoの回路図とにらめっこしながら、シロウトなりに必要最小限にして最大限の構成で回路を組んだつもりである。

開発コンセプトとしては以下の通りである。まず、すべて秋葉原で手に入る部品で構成できる事。基盤は名刺サイズのユニバーサル基板(100円)を使うこと。センシングに必要な機能だけに絞ること。

これらを勘案し、まずUSBでスケッチを描き込むための回路については、これを思い切って削除した。これは実際の利用場面では、おそらく、一度描き込んだスケッチを変更するといった事はあり得ないと判断したからである。ではどうやってATMega328Pにスケッチを描き込むのかと言えば、ブートローダを書き込む際に一緒に書き込んでしまうという方法をとった。この方がおそらく大量にセンサノードを準備する時に作業効率が良いのではないかと思ったからだ。そのため、ATMega328Pは基盤に直接半田付けせず、28pinソケットを介して回路に接続される。

アナログとデジタルの入出力ピンについてだが、これも数を減らしている。本来はおのおの6pin、14pinほど実装されているが、それらを全部使うような事は、我々の利用の範囲ではまずあり得ない。従って、経験的に最小限の数の実装とする事とした。アナログについては6pin、デジタルが4pinである。センシングの範囲であればまずこれで足りる。別な理由としては、基盤背面の回路設計が私にはこの規模で限界であった。

Arduinoとしての部分は材料費で500円もあれば出来てしまう。しかしながら、センシングしたデータを無線、特にXBeeによるメッシュでマルチホップな無線センサネットワークでサーバに飛ばしたかったので、XBeeシールドに相当する回路も実装した。XBeeと基盤との接続は、市販のピッチ変換基盤を使っている。これらを組み合わせて、XBeeチップを除くとおよそ1000円で実装できてしまう。XBeeチップはまだちょっと高くて3-4000円ほどしてしまう。

センシングは常時安定的に行いたいので、ACアダプタからの電源供給とした。この辺は今後重要な課題になると思ってはいるが、充電池では長時間計測には耐えられないことから、現状では致し方ない。今後は建築設備の一部分としてセンサノードを位置づけ、どこにどのように設置するのが現実的か考えなければならないだろう。

20100915

Archiduino Project - vol.4

建築系におけるArduino利用計画としての「Archiduino Project」。

これは最もオーソドックスな利用方法のひとつである、環境計測のためのセンサノードの設置例である。温湿度センサ(Sensirion社SHT7x)と照度センサ(浜松ホトニクスS9648)とを用いている。ちなみにこれを載せているのは独自に再設計したArchiduino汎用基盤である。

照度センサの計測レンジは最大でも1000lx程度で、1つ100円という価格を考えるとこれはごく一般的な室内の水平面照度を測ろうとするぶんには十分な範囲である。温湿度センサはワンチップで非常に容易にデータを取得する事が出来るのだが、ひとつ3000円という価格がちょっとハードルになっているように思う。

センサノードが卓上にごろりと置かれていたり、家中をケーブルが這いずり回っているという状況は普通ではないので、写真のように、”計測が可能な場所での計測値”を利用するしかないという前提でセンシングをしなければならない。要するに、センシングに理想な場所でのデータはまず得られないと言う前提で考えていかないと、その先にある実際の利用場面で困るに違いない。

写真のような設置だと、どうしてもACアダプタの発熱の影響が無視できなかったりとか、あるいはArduino自体の発熱さえも無視できないわけだが、私自身はそんなに厳密なデータにこだわってもどうしようもないのではないかと思っている。人間の五感の解像度はそこまで敏感に出来ているわけではないので。

写真にあるセンサノードは、いわゆるPlug and Playでセンシングできる事を前提にしているので、壁面のコンセントにガチャっと差し込むだけでデータをばんばん飛ばし始める。絵的にはまだちょっと無骨だけど、これくらいのお手軽さでやれないとね。

20100914

Archiduino Project - vol.3

建築系におけるArduino利用計画としての「Archiduino Project」。

環境計測ばかりではなく、人間の行動計測にArduinoを活用できないかという事にも取り組んでいる。これはその一例。「窓の開閉」という単純なON/OFFを取得する。

赤外線の距離センサは、秋月では3種類販売されている。写真のものは最もレンジが短いもの(SHARP製GP2Y0A21YK:0.1-0.8m)であるが、この窓は全開にするとこのレンジを越えてしまうので、現在実装しているのは中距離レンジのもの(同社製GP2Y0A02YK:0.2-1.5m)である。ちなみに長距離レンジのもの(同社製GP2Y0A710K:1.0-5.5m)もある。

得られたアナログ入力値を距離に変換する必要があるが、これは実測値に基づいて、distance = 688780 * analogRead ^ -1.32の式に代入する事で得ている。ちなみにR二乗値、つまり重決定係数(寄与率)は0.9を越えて近似されている。

これにより得ている開閉のデータは、Pachubeにアップロードされている。
Pachube: 5385

温熱環境と居住者の心理(温熱環境に対する評価や行動目的など)とを説明変数に取り、窓の開閉のON/OFFを目的変数に取るロジスティック回帰分析を実施すれば、どういうタイミングで環境調整の欲求が行動に表れるかが予測できるのではないかと考えている。

また、居住者の心理については、実際の利用場面でその都度アンケートを採るわけにはいかないので、行動や振る舞いの様子から予測できないかと考え、これについても研究を実施している。

20100903

Archiduino Project - vol.2

建築系におけるArduino利用計画としての「Archiduino Project」。

さっそく番外編となってしまうが、植栽の水やり状況を監視する「Garduino」の実装例である。Garduinoについては、書籍「Make:」の8、9号に掲載されている。また、Garuinoにも詳しい。

実装例と言っても、完成基盤を利用したのではなく、自作基盤であるが、要は釘と動線を半田付けしたものを土中に埋設し、その土中の電気抵抗を観測する事で灌水量を計測しようというものである。

問題はと言えば、+極の電極として使用した釘がすぐにイオン化されてぼろぼろに溶け崩れてしまうという点であろうか。

Archiduino Project - vol.1

建築系におけるArduino利用計画としての「Archiduino Project」。

センサノードからデータを受信する「ハブノード」の外観を添付する。データの送信エラーを警告するための圧電ブザーを搭載し、同時に、送信成功を緑色LED、送信失敗を赤色LEDの点灯で知らせる。

ノードは4階建てで、下から順に、Arduino、Ethernet Shield、XBee Shield、自作基盤、である。1階のArduino基盤と3階のXBee基盤との間には、自作のケーブルによってICSP間が連結されている。各階の階高が非常に狭いので、直角ピンヘッダなどをうまく工夫して作成している。

4階のエラー警告用の自作基盤は、圧電ブザーとLEDいずれもがArduinoのdigitalOutを一定の間隔でON/OFFするだけで鳴動したり点灯したりするので、プログラム自体も大して複雑ではない。各端子の+極をdigital I/O端子につなぎ、-極をGNDにつなぐだけである。

Arduinoで走らせるSketchにはちょっと工夫を施した。Arduinoに最初から添付されているEthernet用のプログラムは、サーバのIPアドレスが固定である事が前提となったものであるが、必ずしも静的アドレスであるとは限らない。つまり、いわゆるURLからIPアドレスを逆引きする「名前解決」を実装する必要がある。

また、ハブノードのネットワークに対する柔軟性を担保するため、ローカルアドレスを固定するのではなく、ネットワークないのDHCPサーバから動的にアドレスを受け取るような仕様にした。つまり、ハブノードにEthernetケーブルをつなぎ、AC電源をつなぐだけで機能するようにした。

センサノードは随時ハブノードに対してデータを送信するが、ハブノードはこれを受け取り、適当な書式に形を整えて、データ記録用サーバにデータを送信する。送信の方式はHTTPのGETメソッドを用いている。この形式を採用したのは、単に実装が簡単だったからという事のほかには理由がない。

データ記録用サーバにはこのGETで送られたデータを受信し、ファイルに記録するためのプログラムが設置されている。特にこれといった工夫はない。

20100902

サーバの移転について

すでに予告していたとおりですが、「\t-works」をホスティングするサーバの移転を実施しました。どこに行っても大学の環境に依存するというのはやはり賢い選択ではないと思うし、サーバでいろいろプログラムを走らせたりもするので、ホスティングサービスをいろいろ見ましたけれど、結局自宅で運用する事にしました。Mac miniでBootcampしたWindowsでApacheなどを動かしています。最大の旨味は、Perlerである自分にとって、CPANからインストールした各種モジュールを自由に扱えるという点です。

ページの構成については、現在まだ作業中ではありますが、基本的には各種SNS(ウェブログ、Twitter、Tumblr、Facebookなど)やサービス(Youtube、Ustreamなど)に対してアップした記事について、RSSなどを駆使し、それらのダイジェスト版としての「ポータル」という形で作成していく事を考えています。つまり、私自身の活動の「再編集」ページという位置づけです。これは「創造の時代」から「編集の時代」へという時代の流れを意識しています。

\t-works

これからもよろしくお願いします。

Arduino・Pachube・Sketchupを連携したローコストモニタリングの実践

日本建築学会の全国大会(富山)において、9月10日(金)14時から開催される研究協議会「スマートな情報通信技術で実現する建築性能モニタリングの未来像」で講演します。講演タイトルは「Arduino・Pachube・Sketchupを連携したローコストモニタリングの実践」です。

この1年間で取り組んできたArduino関係の研究や開発事例、実装事例などを通して、安価なモニタリング環境の提案を通じた情報システム基盤の普及と課題についておはなしさせていただこうと思っています。

みなさまのご参加をお待ちしております。詳細は以下の通りです。

研究協議会一覧

追記:
当日使用したスライドをSlideshareにアップロードしました。

プロフィール

★氏名
遠田 敦 (ENTA Atsushi)

★略歴
1980年1月 埼玉県越谷市生まれ
1999年4月 早稲田大学 理工学部 建築学科 入学
2003年3月 早稲田大学 理工学部 建築学科 卒業
2003年4月 早稲田大学 理工学研究科 建築学専攻 修士課程 入学
2005年3月 早稲田大学 理工学研究科 建築学専攻 修士課程 修了
2005年4月 早稲田大学 理工学研究科 建築学専攻 博士後期課程 入学
2007年10月-2009年3月 早稲田大学 理工学術院総合研究所 助手
2008年3月 早稲田大学 理工学研究科 建築学専攻 博士後期課程 単位取得退学
2009年2月 早稲田大学 博士(建築学)取得
2009年4月-2010年3月 早稲田大学 理工学術院 理工学総合研究センター 客員研究員
2009年4月-2010年3月 早稲田大学 人間科学学術院 人間科学総合研究センター 客員研究員
2009年4月-2012年3月 早稲田大学 人間科学学術院 e-school教育コーチ

2010年4月-2015年3月 東京理科大学 理工学部 建築学科 助教
2012年4月-2013年3月 東京電機大学 未来科学部 建築学科 非常勤講師
2015年4月- 日本大学 生産工学部 創生デザイン学科 助教
現在に至る

★専門分野
建築情報システム, 建築人間工学, 人間-環境-ロボット系研究

★社会活動
2006年-2009年 建築計画委員会 建築人間工学小委員会 資料整備WG 委員
2006年-2008年 ユビキタス都市建築委員会 公共建築小委員会 委員
2006年-2009年 情報システム技術委員会 性能モニタリング小委員会 委員
2009年-2010年 建築・都市分野における情報インフラ構築特別研究委員会 委員
2009年-2011年 情報システム技術委員会 建築性能モニタリング小委員会 委員

2010年-2011年 情報システム技術委員会 情報社会デザイン小委員会 行動センサリングWG 委員
2010年- 建築計画委員会 建築人間工学小委員会 委員
2011年-2013年 情報システム技術委員会 スマート建築モニタリング小委員会 委員
2012年-2014年 建築計画委員会 建築人間工学小委員会 幹事/同小委員会 研究情報交流WG 幹事
2013年- 情報システム技術委員会 スマート建築応用モニタリング小委員会 幹事

★受賞歴
2002年11月 早稲田大学 優秀卒業論文賞
2006年3月 日本建築学会 関東支部研究報告会 若手優秀研究報告賞
2006年11月 ゼネラルエンジニアリング株式会社 ロボットアイデアコンテスト 努力賞
2007年3月 日本建築学会 関東支部研究報告会 若手優秀研究報告賞