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【CanSat】缶サット甲子園を目指す高校生向け構造系講座 2021年度版 @福井

事象発生日:2021-06-20

記事公開日:2021-06-21

アクセス数:496

缶サット甲子園への出場を目指す福井県の高校生チームらのための全2回の缶サット講座,その2回目にあたる構造系講座を行ってきました.

1回目の電子系講座もコロナのせいでオンラインだったため,今回は直前まで現地へ訪れることを模索していましたが,緊急事態宣言が延長され,またしても断念....

 

うーん,きびしい...

1.概要と経緯

宇宙工学・宇宙産業に力を入れている福井県の要請もあり,缶サット甲子園への出場を目指す高校生らに,電子工作の基礎,宇宙工学の基礎講座を開講しています.

今回の構造系講座で行ったことは,

缶サット,衛星開発についての講義
ミッション立案
回路の基礎講義と作成実習(電子系講座の続き)
プログラミングの基礎講義と作成した缶サットへの実装(電子系講座の続き)
パラシュートや缶サット本体の製作
フライト試験試験

です.

 

なお,先んじて行われた電子系講座の様子はこちら.

 

そして,2020年度の様子は,以下に記載しています.

 

例によって例のごとく,

GitHub:高校生向け缶サット開発キットと資料 (https://github.com/meltingrabbit/CanSatForHighSchoolStudents)

で公開している缶サット開発キットを用いて講義を行いました.

 

 

やはり,プログラミングの難易度は高く,今回は各班に事前にミッションフローチャートを準備してもらい,それに沿って,以下のような雛形プログラミングを準備しておきました.

#include "./SD.h"
#include "./Camera2.h"
#include "./Light.h"
#include "./Servo.h"


void setup() {
  // Wire(Arduino-I2C)の初期化
  Wire.begin();
  // デバック用シリアル通信は9600bps
  Serial.begin(9600);

  SD_Init();      // SDカードの初期化.これは絶対最初に初期化!
  CAM2_Init();    // カメラの初期化.SDの後!
  LIT_Init();     // 光センサの初期化
  SRV_Init();     // サーボモータの初期化

  SRV_SetPosition(0); // サーボモータの司令角度を0度に設定
  SRV_Run();          // 設定した回転角へサーボモータを動かす

  Serial.println(F("Init done"));
  delay(300);
}

void loop() {
  // TODO: このままでは,打ち上げ前にプログラムが進んでしまう.
  //       打ち上がる前には先に進まないように修正しよう

  // TODO: パラシュートが開いたことを判定するのはこれで大丈夫?
  //       実際の場所では,パラシュートが開く前後で光センサの値がどう変化するか実験し
  //       条件式を適切に修正しよう
  while (1) {
    int light = LIT_Get();
    if (light > 100) {
      break;      // ループを抜ける
    }
    delay(100);   // 0.1秒待つ
  }

  delay(5000);    // 5秒まつ
                  // TODO: 5秒で目的の動作ができるかな?

  SRV_SetPosition(90);  // サーボモータの司令角度を90度に設定
                        // TODO: 90度で大丈夫か検討する
  SRV_Run();            // 設定した回転角へサーボモータを動かす

  delay(200);           // 0.2秒まつ

  CAM2_TakePic();       // 写真を撮る

  // TODO: 写真は1枚でいいのかな?

  while (1) {
    Serial.println(F("End of program"));
    delay(1000);
  }
}
事前準備したサンプルコード例

当日の実装結果(プログラムや缶サット本体)はこちらにアップロードしてます.

GitHub:当日の実装結果

2.リモートによる講座の様子

リモートだったため,なかなか現地の様子が把握しづらかった & 写真を撮っていないのでここに載せられませんが,講座の大まかない内容はおおむね去年のこれと同じです.

 

相変わらず,リモートは辛いですね.

不具合が起きたときに,回路や配線を見たり,テスタを当ててみたり,などがしにくいのもそうですし,ふらっと高校生らの会話を盗み聞きして,会話に参加したりがとてもやりにくいです.

さらに,ここ数年,高校生1人1台にPCを,などという流れが教育現場で進んでいるようですが,おそらく予算の観点から,CPUがAtomで,RAMが4GB,通信可能なUSBは1ポート,などといったなかなか厳しいスペックのPCがおおく,Zoomなどでデレビ電話をしながら,リモートデスクトップで一緒にソースコードをいじる,などが極めて大変でした.

全員に人権のある端末を付与したい....

(と言いつつ,東大生ですら,生協PCとかいうどうしようもないPCでつらそうな人もいますし,どうにかならんのですかね,こういう問題は.(ぼやき))

 

ワクチン接種も進んでますし,リモートはこれが最後であることを切に願いたいです.

やはり,つまずいたらこちらを呼ぶ → 呼ばれたら一緒に問題解決をして,終わったら解散,のフローのみではなく,雑な雑談が重要なので.

3.缶サットの教材の改善について

この講座も4回目ですが,やはり毎回改善点は見つかるものです.

 

今回は,XBeeという無線機を選択可能にしてあったため,缶サットの電源を入れてから,ドローンで上昇中,そして下降中,すべてのフェーズにて,リアルタイムでデータを見ることができた班がありました.

打ち上げ後回収して初めてデータが見えるSDカードと比べて,安心感がめちゃくちゃ違いますし,ログ周りの失敗が防げますし,どこでコケたかや今何が実行されているかなどがわかり,とてもよかったです.

もちろん,無線機特有の難しさはあるのですが.

 

また,ニクロム線でのパラシュートの切断,などと言ったことをチャレンジする班も出てきて,MOSFETやトランジスタなどの基本的な素子はあっても良かったなぁと思いました.

 

そして,スピーカーも容易に実装できる一方,音がなるのでうまく動いているかわかりやすい,いい素子だなぁということがわかったので,次回から復数個を準備しておきたいです.

 

 

この講座は,根本的に難易度が高すぎる,という問題もあります.

電子工作未経験の高校生に,4日間でマイコンの基礎,電子回路の基礎,電子部品(センサ,アクチュエータ)の使い方の基礎,そして回路・基板実装,プログラミング,構造制作をやらなければなりません.

ご想像どおり,電源を逆に刺して壊すとか,ハンダ不良でセンサがつかえないとか,プログラムがとんちんかんとか,いろいろ複合して原因不明だけれど動かない,とか,まあ不具合・トラブルの連続です.

これはこれでものづくりとしていい経験だとは思いますが,流石に,という気持ちもあるので,例えばコアとなる部分はM5StickCなどの既製品で代替し,一部の基板をユニバーサル基板で各自実装する,などのやり方もありなのかも知れないです.

この講座のあり方は,今後も検討して,毎年毎年良くしていきたいです.

4.最後に

およそ1ヶ月後,福井県大会を実施し,優秀な成績をあげたチームが缶サット甲子園全国大会へ出場します.

ほんとうに0から缶サットをつくるという,ものすごく難しいはずの難題を乗り越え,無事,いいフライトができることを楽しみにしています.

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