電子工作

信号処理という世界~信号処理入門読了

先日購入した信号処理入門を読み終えた。読み終えたと言っても5回ほど繰り返して読み終えたわけだが。

自然科学系の「入門」はだいたい社会科学系の本に比べると入門ではない。図や数式であらわされ、それを言葉に変換するということをしてくれないことが多いからだろう。又「XXはXXとみなすと・・・」というよくわからない数学的な置換を行い、何かよくわからんけどこういう形になったからOKというのが多くて、文系には辛いものがある。

この本を自分なりに要約すると、「あるベクトルと一連の直交する単位ベクトルの内積で特定のベクトル成分を抽出する」という概念を章を追うごとに拡張しつづけた話だった。ただ、後になるほどその拡張に無理があるように思え、頭で理解できても心が理解を拒否する感がある。最後の線形システムはかなり説明が足りないと思われる。

5章にフーリエ級数展開の実例というのがあるのだが、これは本当に意味がわからなかった。何日も悩んだ。実部、虚部、振幅、位相がK0~K10までならべてある表があるのだが、ここまで級数展開の話をしているわけだから勿論これを実際出す方法がかいてあると思うわけだ。結局最期に到達した結論は、この級数の元になる数式はどこにも書いてなくて、本当に羅列してある数値で、この数値を使って実例を述べると言うことだった。読解力が足りないだけかもしれないがわかりにくい。

何度も読んでみると理解できるが、当初これをこの本単独で読みこなすのが不可能だったので、以下のサイトを非常に重宝した。

このページ左メニューのFFT入門

やる夫で学ぶディジタル信号処理

上記サイトを直接見たほうが早かったという意味で、本自体はそれほど良いものとは言えないのだろう。だが、この本に出合えて世界が広がりよかったと思う。こういう評価もありではないだろうか。

箱庭の感覚~信号処理入門




僕は文系で、大学時代の文系数学でさえ赤点ギリギリだった。だが、働き出してから統計の仕事をしたくなり勉強を始めた。わけがわからないなりに本を買いそろえて、もう時効だが母校に忍び込んで天ぷら学生をやったりした。その経緯もあり数学の本は結構買った。松阪和夫の解析入門から始まって、コンピュータサイエンスのための離散数学、わかるシリーズの微積分などの実用系からイプシロンデルタみたいなどちらかというと読み物系(あくまで自分にとってはだが)まで結構な本を買い込んだ。だが、数学だけの練習をしても飽きる。最初は目新しいのだが、だから何だという気分になってきたものだ。数学だけでは箱庭感が実感できないからだろう。

この本はアナログ電子回路をすこしばかり理解できたので、回路に関係なくアナログ信号を重点的に勉強したいと思って買った。150ページしかないのに2800円もするのでかなり高価な本だ。クソ高いので、一時間くらい立ち読みしたのだが、感動して買ってしまった。

僕がアナログ回路に魅せられたのは、それが箱庭の世界だからだ。ゲーデルとかリーマン空間とか考えると厳密には違うのかもしれないが、アナログ回路の世界はアナログ回路の法則で説明できる箱庭の世界だ。で、この信号処理入門はアナログ回路の中でさらに狭いアナログ信号を数学で説明する話だ。すべてのアナログ信号、つまり音、温度、場合によっては画像を共通の数学的の世界で説明するのだ。共通と言ってもバリエーションが多いんだろと思うかもしれないけど、本当に共通で、パラメータを変えるだけなのは最初本当に驚いた。なっとくする電子回路よりさらに箱庭感が高まった。買ってから一週間経ってやっとフーリエ変換が理解できた。これは面白い世界だ。

だが、この本やっぱり高い。ネットで検索した方が圧倒的にわかりやすいし、本としては値段に全くつりあってないと思った。

電子工作をやるならアナログ電子回路を勉強すべき

増幅≒アナログ電子回路として書く。厳密には違うのだろうが、色々な本を見てもアナログ電子回路の本はほぼ増幅の話なので。

「増幅がわかれば電子回路の半分はわかったも同然」、これは「なっとくする電子回路」の序文に書いてある言葉だ。コレだけ聞くと、電子回路の半分も理解できるならすごいと思うだろうが、読み込んでいくとこれはすごく当たり前だと思う。

デジタル電子回路は0か1の話なので電子回路そのものの基礎知識が「不正確」であっても理解できる。後は基本情報処理に出てくるビットの知識があれば何とかなるレベルだ。アナログ電子回路が難しいのは、それを理解する「正確な」基礎知識が要求される面だろう。

例えばオームの法則は簡単だしテストの問題なら解けるだろう。これはキルヒホフの法則でも同じだ。だが、アナログ電子回路を勉強するとそれを如何に正確に理解できていないかわかるのだ。もう一つ例を出すと、GNDとか接地というのもを如何にわかっていなかったかも、勉強するにつれて思い知らされる。つまり、「増幅がわかれば電子回路の半分はわかったも同然」というより、理解する前段階で既に様々な知識を正確に理解していることを求められ、勉強するにつれてその理解の低さがわかってくるという感じだ。どちらも同義かもしれないが。

さて、表題だが、電子工作でトランジスタなんてスイッチ代わりにしか使ったことが無い人もいると思うし、センサ系を使うにしても理論まで勉強しなくてもWeb検索すればなんとかなることは多い。実際作りたいものがあって電子工作するだけなら、アナログ電子回路の理論まで学ぶ必要はないのかもしれない。だが、アナログ電子回路を学ぶことで、電子回路の知識がどんどん正確なものになっていく。だから、アナログ電子回路は勉強したほうが良い

アナログ電子回路がじわじわわかってきた~なっとくする電子回路



デジタル電子回路の本が面白くて二回目読み終わったので、同じ著者のこちらも購入してみた。一度は全部読んだのだが、デジタル電子回路にくらべると難しい。ここの章を読んでこの式の代入して一応わかるのだが、全体として一貫してわかった気になれない。多分交流の概念が入ってくるので難しくなるのだろう。そして、電子工作初心者だとトランジスタを直流を増幅してスイッチ代わりに使うことが多いので、先入観もあるのだろう。

著者も増幅がわかれば電子回路のほとんどがわかったも同然と書いているし、その通りだと思うようになった。デジタル電子回路の本は一読してもう一度読み返せば理解できるが、こちらは二回通しで読んだ後、毎日10ページくらいを精読するのだが目から鱗が落ちる感じだ。

ただ説明不足の感は否めない。キルヒホフのような基本的なことを説明するのに、それよりも難しいところで説明が省略されていたりする。解説レベルの振れが大きいように思える。だが、前書きに教科書ガイドと書かれているので、「知っててあたりまえ」というのがあるのだろう。総合的に非常に良い本である。

なっとくするディジタル電子回路



土日で一気に全部読んでしまった。非常にわかりやすい。オペアンプがよくわかっていなかったので、そのあたりのイメージが涌いたことが最大の収穫だった。読むために必要な予備知識はオームの法則とキルヒホッフの法則くらい。実際は電子工作をやったことあったり興味があったりしないとスラスラ読めないと思うが、この本を手に取る人ならそれに当てはまるだろう。非常にお勧めの本。

この本のアナログ回路版があるらしいので、買おうと思っている。

白光FX600 使用感 道具は最初から良い者を使おうという話

昔高校時代だったかな、アクリルロボットの工作というものに凝ったことがある。



そうそう、こんな表紙の本が図書館にあって、双子の友人が凝っていたのに感化されて作り始めたのだ。アクリル板をプラカッターで切り出してつくる簡単なロボットだ。これのリモコン(いわゆるヒモコン)コントロールボックスを作る時に半田ごてをはじめて握った覚えがある。買ったのはホームセンターで一番安い半田ごて、そして当然イモ半田になって、すぐ取れてしまう。あの後どうしたのかな、20年以上も前なのであまり覚えは無いが、多分完成することは完成したのだろうけど途中で動かなくなったんじゃないかな。


こういう思い出があって電子工作を始める前、半田ごてに自信が無かった。だから何を買ったらいいか悩んだが、人によって言うことが違う。でも、「最初から良い道具を持ってはいけない。最初は悪いものを使うべきだ」と言っている人のことは基本信用しなかったフレームワーク開発時代に優秀なプログラマとは?というエントリーにも書いたとおり、こういう人はあまり有能に思えないのだ。プログラムと電子工作は違うので一概には言えないが。




白光 ダイヤル式温度制御はんだこて FX600
白光
2012-01-18




結果的にこの半田ごては最高だった。さらにこて先が使いやすい。ほとんど経験ゼロから始めたにもかかわらず、それなりに半田付けができたのが大きい。人間は使いにくい道具ほど使いこなすというのはわかる。が、それが出来るのは一部の人間で、多くの人間はその道具の使いにくさゆえに挫折してしまう。電子工作をはじめるひとは白光FX600を買って使い始めるのがおすすめだ。少なくともハンダで悩むことはなくなるので、その他のことに集中できる。

自転車用の傾斜計を作ろうと思う

電子工作をすこしだけ齧って、そのままにしてある。最初の頃はキルヒホッフの法則も知らない程度の知識量であり、勉強するのが楽しかった。だが、ある程度勉強していざ作ろうとしたが、作りたいものがなかった。実際電子工作でやらなくてもソフトで何とかできるものが多く、やる気が起きないのだ。

これではダメだと思うので、とりあえず何か作ることにした。自転車で坂を上る時に傾斜を計ってくれる奴を作ろうと思う。加速度センサを使って、LCDに道路と同じ度数表示、当たり前だが自転車につけた場所によってその場所を平面ということに修正できる装置も必要だろう。半固定抵抗でも良いが、もっと楽なものがあればより良いだろう。

実はPICについての知識を殆ど忘れてしまっているので、また思い出しつつやりたい。いや、PIC以前に抵抗のカラーコードも忘れたし、もしかしたらもっと単純なことも忘れているかもしれない。なによりやる気がおきるかどうかだ。土日だけでも完成しそうなレベルなのだが、こういうのは期限を区切らないとダメなので8末(!)までに完成させよう。・・・・・・・こう書きながら今すぐ着手ではなく明日からやろうと思っている自分が居る。本当に作る気なら7月末とかもっと普通の期限を切るんだろうなぁ。

防犯装置の中断と、自転車用の傾斜計作成

防犯装置を作ろうと思っていたのだが、結局中断してしまった。使う場所がなくなったので、モチベーションが下がったというのが大きい。別のものを作ろうと思い立った。

ロードで坂を走るのが好きなので、傾斜計を作ろうと考え付いた。走っていて傾斜がわかると楽しかろということだ。三軸加速度センサを使って作ろうと思った。とりあえず 三軸加速度センサがよくわからないので、arduinoで手早く実験して数値を確認。arduinoの便利なところはこういうところだ。だが、出てくる数値がどうも腑に落ちない。加速度だけにGで表示してくれるものもあるようだが、僕の買ったKXSC7-2050はそういうものでは無いらしい。ともかくArduinoで実験して数値をメモして、実装に取り掛かった。傾斜は二桁数字なので、LCDは必要ない。7セグLEDを使って表示すれば安上がりだ。

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下にあるのは防犯装置用に結局買ったフレネルレンズ付の焦電型センサ。単価200円という安さなので4つ買ったがとりあえず使わない。それはともかく、上の配線だ。7セグLEDの配線は面倒くさい。PICは16F1827を使うので足が18本だが、何とか足りたようだ。すわ実験と思ったが、その段階で不具合に気づいた。

1.上記配線にはレギュレーターで3.3Vにしているが、実際の運用であるボタン電池は3V。説明書を見るまでも無く数値が違うのは明らか。やっぱり3V電池を使って数値を確認したい。

2.自転車につけるときに、水平に取り付けられるわけではない。だから取り付けた場所を水平であるかのように補正する機構が必要。半固定抵抗でも良いし、EEPROMに書き込む前提で、ボタンで一発補正とかでも何とかなりそうだ。どちらにせよ足がひとつ余分に必要にある。

7セグ二つで7×2、加速度センサの用の足、半固定抵抗用の足でVDD VSS ちょうど16F1827の足18本と合致。実際には10%を越える坂なんて早々無いから二桁目の7セグは7つ全部が必要であるわけではないのだが。

1,2より結局数値を確認してデバッグする方法が必要ということになる。LCDでデバッグするつもりだが、どうせこれからも使うので基盤に半田付けしてモジュール化したい。が、汎用性を持たせる必要があるので、少し考える必要がある。というわけでとりあえずブレッドボードに配置して実験することにした。

DSCN0005[1]

表示が適当すぎてよくわからない。なにか失敗しているのは明らかだが、とりあえずここまで一日仕事で疲れたので今日は終了。腕が素人なので、この程度のものでもえらく時間がかかりそうだ。

しょぼい初工作、スタンドルーペ、ピンそろった、IC抜き工具購入レビューそして、ライトついてますか?


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ものすごくショボイ工作なんだけど、Pickit3からPICに書き込むときに、配線するのが面倒なので作ってみた。当面F1827しか使わないのでこれでよくて、基盤のスペースは空いているので他のPIC用に作ってもよいだろう。導線の半田付けの仕方を知らずにテキトーにつけたので、すぐにはがれそう。先にメッキしないとだめなのね。続きを読む

防犯装置2 部品が足りない

とりあえず、オペアンプというかアナログ回路の勉強を一通り終えた。知っている人には常識かもしれないが、コンダクタンスの概念をはじめて知った。キルヒホッフの法則のような基本的なものも間違えて覚えており、要は高校物理の段階で駄目だったわけだ。なんとなく半導体の勉強をしてわかったつもりになっていたが、もう少し初歩がわかっていないことに気がついたのは収穫だ。というわけで、防犯装置。

 キャプチャ

ブレッドボードの右の回路が焦電型センサと増幅回路、左側が前回書いた回路の改造版。その二つをつなげた。結果としては出力電圧が足りなかった。又、センサにかからなくても電圧が上がるし、センサにかかったにもかかわらず電圧が下がる。ぼーーっとしていると、電圧が増減し始めてよくわからない。

さらに部品が足りない。抵抗はそれなりにそろっているので二つくらい並列にすれば何とかなったのだが、コンデンサの種類が少なすぎた。さすがに何個も直列にしたり並列にするのが面倒なので適当なものを使った。このあたりも踏まえて、コンデンサの購入および、実際に計算しなおしてみないと駄目なのだろう。又、センサだけでなくフレネルレンズやフィルタがないと実用的に動くものは作れないようなのでこれも購入。

だが、ナピオンを使うとすべてそろっているようだ。要は右側の回路がいらなくなって、フレネルレンズ等も買わなくてよい。便利だが1000円以上する。ブレッドボード右側の回路に限って言えば、コストが3倍以上になるので個数作ろうと思ったら結構利いてくる。そして、勉強にならない。というわけで、このまま自前で増幅することにする。

最近なにかとあって時間が取れなかったが、やっと半歩進めた感じだ。
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