情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 2017

1-508-37
2017/3/2

Broccoli – 回路作成のための学習用機器の提案
小椋 恵太1

丸山 一貴1

概要：近年，電子回路は誰でも知識や経験が無くとも手軽に製作することが出来るようになってきた．しかし，回路の仕組みを理解することは電子素子について学ばなければならず，初学者にとって高いハードルとなっている．本研究の目的は，ユーザが作成した回路の動作を PC 上で視覚的に確認でき，電子素子が回路上でどのように動作するのかについて理解が進み，結果として回路作成に対する抵抗感を減らすことである．この目的のため，様々な種類のモジュールを繋ぎ合わせ，電子工作が行えるシステム「Broccoli」を制作した．

Broccoli – a Circuit Simulator and Block Devices for Beginners
Keita Ogura1

Kazutaka Maruyama1

Abstract: In recent years, electronic circuits become easy to be built for even beginners without precise
comprehension or experience by plentiful examples on the Internet. However, we still have to understandtheir mechanisms to design our own circuit and it is diﬃcult for beginners to do it. We have implemented
Broccoli to reduce the diﬃculty. Broccoli consists of two components: (1) some kinds of modules connected to each other and (2) a simulator software which runs on PC and visualize the mechanism of thecircuit represented by the connected modules. In this paper, we describe the details of Broccoli and its
possible applications.

1. はじめに

2. 関連研究

近年，マイクロコンピュータのプログラミング初学者向littleBits[1] は，電子回路が組み込まれたブロックを繋ぎけのライブラリや開発環境が増え，インターネットの普及合わせることで電子工作が行える機器である．LED の制によって回路図が手に入るようになり，電子回路の知識，御からデジタル信号処理まで幅広くサポートしており，電経験が無くとも誰でも簡単に電子工作を行えるようになっ

子回路を手軽に作成することができるという点では共通でてきた．しかし，サンプルの回路図を手に入れ，それを再はあるが，作成した回路，電子素子がどのような動きをし現することは容易であるが，それを理解した上で新たな回ているのか確認することが難しい．

路図を作成することに「抵抗感」を持っている初学者も少市野ら [2] は，「おスイッチ」と呼ばれるスイッチが組みなくない．これは知識不足によって，電子回路そのものが込まれたモジュールを使い，スイッチのオン・オフ操作をどのような動きをしているのか分からないことに起因して利用したエンタテインメント性のある機器を開発した．回いると考えられる．

路作成に対する興味を持たせる試みとして，身近で機能も本研究は，それら知識や経験が不足していることによる分かりやすいスイッチを用いて回路を作製する機器である回路作成に対する「抵抗感」を，電子回路の動作を視覚的が，電子回路がどのように動作しているのかは理解はできに確認することによって軽減し，初学者でも手軽に電子工ない．

作を学ぶためのシステムを実現することを目的とする．

Sony の Mesh[3] は，PC 上から Bluetooth Low Energy
通信によりセンサやスピーカ等が組み込まれたモジュール1

明星大学 情報学部
School of Information Science， Meisei University© 2017 Information Processing Society of Japanをプログラマブルに操作することができるシステムである．

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モジュールを繋ぎ合わせ回路を作成するという点では共通であるが，電子工作を行うというより，IoT のシステムを体験できるキットという位置付けのため用途が異なる．

CAMPAÑA ら [4] の「js.bit」は，プログラミングに対して経験が少ないデザイナを対象に，ブロックを繋ぎ合わせ，ビジュアルプログラミングを行うことのできる機器を開発した．「js.bit」は，ブロックを繋ぎ合わせることで条

図 2 ソフトウェアの実行画面

Fig. 2 Visual output example of controller software.

件分岐や制御構造の基礎の学習をすることができ，プログ機能を持つ．現段階では，スレイブモジュールは，I/Oラミング入門として非常に有用である．本研究と比較し，ピンの出力を High/Low を切り替えるデジタル出力モ

ブロックを繋ぎ合わせる点では共通であるが，対象がプロジュール，I/O ピンの A/D 値を読み取るアナログ入グラミングであるという点で異なる．

力モジュール，I/O ピンの入力が High か Low かを読3. 提案手法み取るデジタル入力モジュールの 3 種類が存在する．

• コントローラ

本章では，本研究における提案手法の詳細，実装方法について述べる．

接続されたマスタモジュールから，スレイブモジュールの接続状態や I/O ピンの状態を取得し，その情報を元に回路の流れを，図 2 のように PC 画面上に表示す

3.1 提案手法についての方針
本研究では「littleBits」や「おスイッチ」で用いられた，機能を持ったモジュールを複数繋ぎ合わせることで 1 つのる．また，マスタモジュールに対して指定のスレイブモジュールへの命令を送信する．

• マスタモジュール回路を作成する方式を用いる．さらに作成した回路の仕組接続の状態が変わったスレイブモジュールを確認し，みを理解するために PC 上で回路がどのように動作していその状態を PC へ送信する．また，PC からの命令をるのか視覚的に確認できるようにする．これにより，回路適切なスレイブモジュールに転送する機能を持つ．の仕組みを理解し，経験不足による回路作成に対する抵抗感を減らすことができるのではないかと考える．

4. 利用例
以下のような利用例を想定している．

3.2 実装• LED 出力制御

本研究の実装として，「Broccoli」というシステムを試作

LED の出力を変化させるモジュールと入力された値した．「Broccoli」では図 1 に示すように，LED や抵抗なをスイッチの状態に応じて出力するかどうかを決める

どの入出力素子を制御するスレイブモジュールと，PC かモジュールを組み合わせ，図 3 に示すような，LEDら転送された命令を適切なスレイブモジュールへ伝えるマを点滅させる機器を制作できる．図 4 は，黄色のマススタモジュールを繋ぎ合わせ配線を行い作成する．作成した回路がどのように動作しているのか，PC 上で視覚的に確認することができる．以下はそれぞれのモジュールについての説明である．

• スレイブモジュール
スレイブモジュールはマスタモジュールから数珠繋ぎに接続されたモジュールで，マスタからの命令によっ

図 3 「Broccoli」による LED 点滅回路て情報の送信や，I/O ピンの状態を変化させるなどのFig. 3 LED flashing circuit by the Broccoli.

図 1

Broccoli の構成図

Fig. 1 System overview.

© 2017 Information Processing Society of Japan

図 4 「Broccoli」による LED 点滅回路の動作Fig. 4 Controller software reflects the state of the circuit.

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タモジュールから青色のデジタル入力モジュール，赤色の出力モジュールの状態を示している．スイッチを

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アル言語デバイスの開発， 情報処理学会インタラクション
2015 論文集，pp.661–663(2015)．

押下するまでデジタル入力モジュール，デジタル出力モジュールには 0%が表示されている．この 0%はモジュールの出力値となっており，スイッチを押下することで出力値が 100%になり，LED が点灯したことが確認できる．初学者はこの値を確認することで回路の動作を確認することができる．このようにスイッチやLED の反応について理解することで，他の回路を作成する際，スイッチや LED の役割を十分理解した状態で組み込むことができる．これによって新たな回路図を作成することに繋がると考える．

• 温度計「Broccoli」では，単純な入出力以外にも対応したモジュールさえあれば，より複雑な例にも拡張できる．
例えば，温度センサが取り付けられたモジュールで周囲の温度を計測し，その値を LCD に表示する機器を作成することもできる．

5. まとめ本研究では，モジュール間の接続とその動作を視覚的に確認することができ，電子工作をより手軽に学ぶことが出来る機器として「Broccoli」を作製した．しかし「Broccoli」はまだ試作段階であり，改善点は多くある．
現段階の「Broccoli」は直列でモジュールを接続する方式となっているが，設計上では並列でのモジュール接続に対応しているため実装する予定である．PC とマスタモジュール間の接続では，USB による有線接続を用いているが，接続にスペースや場所を考慮しなければならない問題がある．そのため，「Mesh」と同様に，Bluetooth 等の無線通信を用いて PC とマスタモジュール間の通信を行えるようにする予定である．また，スレイブモジュールの種類も少なく，組み合わせによって作成できる回路も少ないた
めスレイブモジュールの種類を増やしたい．
今後は，初学者にとっての「抵抗感」を減らせたか等の有用性を科学的に確認するため，初学者にとって使いやすい物であるか，回路への理解が深まったかどうかについての検証を行う予定である．
参考文献
[1]
[2]

[3]
[4]

little Bits ．
http://jp.littleBits.com，(参照 2016-12-22)
市野晶宏， 金原佑樹， 二宮諒， 赤羽亭， 鈴木宣也:スイッチを活用した玩具による発展的な遊びのインタラクショ
ン， エンタテインメントコンピューティングシンポジウム
2014 論文集，pp.102–109(2014)．
Mesh ．
http://meshprj.com，(参照 2016-12-22)
CAMPAÑA ROJAS JOSÉ MARÍA， 小林孝浩， 平林真実， 鈴木宣也， プログラミング学習支援のためのビジュ© 2017 Information Processing Society of Japan254