# 卒研発表原稿
## 概要
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次に本研究室で研究開発しているデバイスの概要についてです。右の写真のようにボードにブロックをはめ込むことでプログラミングすることができるようになっています。
## 原稿全文
### p1
マイクロビットを用いた抵抗判別手法について、奥居研究室の堀と鈴木が発表します。

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はじめに研究背景について説明します。
2020年度に小学校でプログラミング教育が必修化されたのですが,IＣＴ環境が整っていない小学校が多いという問題に陥っています。そこで本研究室ではＩＣＴ環境を用いないプログラミングデバイスの研究を行っています。

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次に先行研究として開発されたプログラミングデバイスについて説明をします。
このデバイスの特徴はブロックを実際に手に取り、7*9マスのボードに手ではめ込むことによってプログラミングを表現している点です。
しかしこのデバイスは実行時の消費電力が大きく、ブロックの読み取り時に大きな負荷がかかってしまうという欠点があります。

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そこで本研究では、この消費電力の問題を解決する事を目的として回路の改良を行いました。
また、本研究では改良した回路をブロックを正常に読み取ることができるのかという点と改良前の物と比べ消費電力が抑えられたのかという点の2点から検証を行います。

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以降の発表の流れはこのような流れになります。
### p5(キープ)
この後の発表の流れを説明します。
まず改良前のデバイスの回路の説明を行い、次に改良後の回路の説明を行って具体的にどのような変更を加えたのかを説明します。
その後は改良後の回路で先程述べた二点の検証を行い、改良後の回路の有効性を証明します。
読み取りに関する検証は三段階に分け、消費電力の検証では一段階の実験を行います。
最後にまとめを述べ、本研究の結論を提示します。このような形で進行したいと思います。

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改良前の回路の概要について説明します。
改良前の回路は右の図のようにブロックに並列に電気が流れるようになっています。それが原因で1度に流れる電流が大きくなってしまい、ブロックを同時に読み取ったときに大きな負荷がかかるという問題が生じていました。

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そこで改良後の回路では改良前の回路の1度に多くの電流が流れるという問題点を修正するために下の図のように回路を直列の回路に改良しました。

### p8△
なぜ問題点を修正するために直列回路にしたのかというと、まず並列の回路に比べて直列の回路の合成抵抗は大きくなります。回路内の抵抗が大きければ流れる電流は少なくなることが分かると思います。そのため並列の回路よりも合成抵抗が大きくなる直列の回路に改良することで流れる電流を少なくすることができ、消費電力を抑えることができると考えました。

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次に直列の回路にするための方法として私たちはマルチプレクサを使用するという方法をとりました。

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マルチプレクサは8つのパターンから信号を選択することができ、また、切り替えスイッチのように使用することができます。右の図を見てください。この図は1番上のパターンになっている状態です。この状態から2段目3段目とパターンを切り替えることができます。
改良後の回路では以上で説明した機能を使用しブロックを読み取る列と行を切り替えることにマルチプレクサを使用しています。

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次に直列回路にする方法について説明します。
方法としては先程説明を述べたマルチプレクサを列と行にそれぞれ1つずつ使用し、1ど読み取るたびにマルチプレクサで列と行を指定することで直列で読み取ることができるようにしています。
また、マルチプレクサは最大で8つのパターンまで信号を切り替えることができるため列と行にそれぞれ1つずつ接続した場合8×8の計64マスまでならば直列の回路で実現することができます。

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次に右にあるのが実際に改良した回路です。この回路に2つある黒い丸がついているところがマルチプレクサです。この回路図ではこの2つのマルチプレクサが8×8の行と列につながっていることが確認できれば大丈夫です。

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次からは実験に入ります。
本実験では、改良後の回路が抵抗を正常に読み取ることができるのかという点と消費電力が抑えられたのかという点の2点について検証を行います。また、1つ目の改良後の回路の読み取り実験は3つの段階に分けて実験を行います。

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まずは実験1で何をやるのかについてですが。
改良前の回路の場合だと並列の回路だったので、すべての抵抗にかかる電圧が常に一定でした。それに比べ改良後の回路は直列の回路になっているため回路上にある1つ1つの抵抗に電圧がかかることになり、そのため改良前の回路では必要なかったマルチプレクサのオン抵抗を調べる必要が出てきました。

### p15
そこで実験1ではマルチプレクサのオン抵抗を調べます。
まず本実験で使用する回路は右に示した不可抵抗とマルチプレクサのオン抵抗を直列につないだだけのものを使用します。
次にオン抵抗（Ron）は左に示した式で求めることができます。
しかし、そのためには（Ron）以外の数値を先に調べる必要があります。

### p16
ここでは（Ron）以外の数値について説明します
まずVccは電源のことで実測した値は3.29V、2つ目にR1は不可抵抗のことで本実験では220,510,1.5k,2.2k,6.8kΩの不可抵抗を使用しています
最後にV1はR1の両端にかかる電圧のことでR1の説明で述べた抵抗ごとに実測で調べます。

### p17
ここでは結果について述べます。
この表は不可抵抗ごとのマルチプレクサのオン抵抗を示しています。
この表を見るとオン抵抗Ronは80から88程度の値になることが分かりました。

以降は共同研究をした堀に代わります。

### p18
鈴木に代わりまして、以降は本研究メンバーの堀が、発表を引き継ぎたいと思います。

続いて実験2について説明します。実験2では、実験1で得たマルチプレクサのオン抵抗を考慮して読み取りを行った場合に、実測値とどの程度の誤差が出るのかを調べました。

### p19
実験2では、改良後の回路を縮小した回路を用意して実験を行います。右下の図におけるR?が調べたいブロック抵抗で、回路の途中にあるAINは回路中のアナログ値を読み取った値になります。
まずはR?の抵抗値をテスターで測り、実測値を得ます。

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スライド右の表が得られた実測値です。今回は計8個の抵抗を実験に使用しました。ここで示されている実測値と算出された値が近ければ近いほど、誤差が少ないと言えます。

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R?を計算で求める時の計算式です。今回はR?を求めるため、まずそれ以外の値を全て求める所から始めます。
各値が何を示しているのかは、次のスライドで説明します。

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前のスライドに掲載されていた計算式内にある値の内容です。Vccは電源の事で、値としては3.29V、Rsは基準抵抗という抵抗で値は510Ω、Ronはマルチプレクサのオン抵抗で数値は83Ω、Vsは基準抵抗にかかる電圧の事で Vs= 3.29[V] × AIN÷ 1023という計算式で求めることが出来ます。

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全ての抵抗において先程の計算式を計算した結果が右の表になります。少し見にくいですが赤い線で囲った部分が誤差の許容範囲内に収まった抵抗です。今回使用した抵抗の中では1kΩ～10kΩの範囲で誤差範囲内となったという結果が示されています。
この結果より、読み取り実験に使用するべき抵抗は1kΩ～10kΩの範囲内であることが分かりました。

### p24
次に実験3について説明します。
実験3では検証の最終段階として、抵抗の読み取り精度を確かめました。
(文章増やせるかも)

### p25
どのようにして実験を行ったかを説明します。
この実験では、判別するために必要な回路は実験2のものをそのまま、使用するブロック抵抗は実験2の結果を参考にして決定しました。その抵抗を読み取る事で、判別実験をしています。
この実験は精度を求めるもののため、各抵抗それぞれで複数回読み取りを実行し、精度を確かめています。
(文章増やせるかも)

### p26
ここで読み取りプロセスについて詳しく説明します。
改良前後の回路及び各実験では、回路から値を読み取るためにMicro:bitというマイコンボードの機能を利用しています。Micro:bitは回路から分圧を読み取り、その値を0～1023の範囲内で表現し、取得しています。
抵抗判別はMicro:bitが取得したこの読み取り値から判断しています。

### p27
実験の結果です。実験の結果、実験に使用した全ての抵抗において、十回以上読み取りを行っても正しく判別が出来ました。
この結果から、改良後の回路でも問題なく抵抗判別が出来る事が分かりました。

### p28
続いて消費電力の実験です。
この実験は検証すべき二点の内の一点、改良後の回路の消費電力が改良前のものと比べて実際に抑えられているのかどうかを確かめるために行われました。

### p29
実験の手順を説明します。
まず改良前と後の回路で、ブロックを一つ置いた時の電流と電圧を計測します。使用するブロック抵抗は6.8kΩで、計測にはテスターを使用します。
最後に得られた電圧と電流から電力を計算し、結果を比較します。実験目的は消費電力の大小関係の確認なので、具体的にどれだけ差があるかは考慮しないものとします。

### p30
実験の結果です。
計測した結果、改良前の消費電力は3.62mW、改良後は0.97mWとなりました。この結果により、改良前の回路と比べて消費電力が軽減できていることが分かりました。

### p31
本研究のまとめです。
検証の結果、改良後の回路はブロックの抵抗を正しく読み取ることが出来、また改良前の回路と比べて消費電力が抑えられていることが分かりました。
これにより改良後の回路をデバイスに適用すればデバイスの性能向上が見込めると考えられます。
よって本研究の目的は完遂したと言えます。
これで「Micro:bitを用いた抵抗判別手法」の発表を終わります。ご清聴ありがとうございました。