IoT中級 第6章 プロトタイピング開発の学習ガイド

第4版の第6章の見出しをもとに、当サイトが論点を整理しました。テキスト本文は使っていません。

第6章は、それまでの章で学んだデバイス・通信・クラウドを、実際に組み合わせて動かす章です。そのため、単独の知識より「組み合わせたときに何が起きるか」を問う形になりやすいと当サイトは見ています。

例えば、センサをI2Cでつないだマイコンが値を読み、Wi-Fiでゲートウェイへ送り、MQTTでクラウドに届けるという一連の流れを、自分の言葉で説明できるかを確かめてください。各段階で使う技術がどの章で扱われたかを対応させると、復習にもなります。

課題と対策の節では、試作と量産の違いを意識するのがポイントです。試作では早く作って学ぶことが目的ですが、量産では品質、コスト、電波法などの法令対応、長期の保守、セキュリティが問われます。試作機の構成をそのまま製品にしようとすると、部品の供給期間や消費電力の問題が表面化することがあります。

第8章のPoCや開発手法ともつながるため、あわせて読むと理解が深まります。

電波法の確認は 電波法と技適 を参照してください。

室温を5分ごとに測り、クラウドで見られるようにする試作を例に、第6章の論点がどこに現れるかを追ってみます。

流れは「起動→センサを読む→値を変換する→送信する→スリープ」の繰り返しです。アナログ出力のセンサを使う場合は、A/D変換の分解能（例えば10ビットなら0〜1023の1024段階）で読み取った値を、基準電圧を使って電圧や温度に換算する処理が入ります。

よくあるミスは、机の上でUSB給電のまま動作確認を終えてしまうことです。実際の設置条件（電池・屋外・電波状況）で短期間でも試すと、量産前に直すべき点が早く見つかります。

第6章は比較的短い章ですが、第4章・第5章・第7章の知識を前提にしているため、読む順番は後半がおすすめです（当サイトの考え）。先に各論を学んでおくと、プログラミング事例に出てくる用語を迷わず読めます。

試作では、電源の設計が見落とされやすい点です。USB給電で動いた試作機が、電池駆動にすると数日で止まるといったことは珍しくありません。第5章の電池寿命の計算と組み合わせて、どの部品が電力を多く使うかを考える習慣をつけてください。

また、試作段階から最低限のセキュリティ（初期パスワードの変更、不要なポートを閉じる、通信の暗号化）を組み込んでおくと、実証実験から製品化へ進むときの手戻りを減らせます。

以下は 当サイトの目安 です。可能なら実機で一度LEDを点けてみると記憶に残ります。

1. 1マイコンとSBCの比較表を作る（45分）
2. 2I2C・SPI・UARTの配線と特徴を整理する（45分）
3. 3センサ値を読み取りMQTTで送る流れを図にする（45分）
4. 4試作から量産へ移るときの課題を挙げる（30分）
5. 5問題演習（1時間）

本番形式の問題は IoT中級の無料お試し で試せます。

問1 電池で長く動かし、電源投入後すぐにセンサを読みたい。試作の土台として最も適切なものはどれか。

ア：汎用OSが動き、起動に時間のかかるシングルボードPC／イ：OSなしで即起動し、消費電力の小さいマイコンボード／ウ：高性能なGPUを載せた、据え置き型のワークステーション／エ：画面とキーボードを備えた、一般的なノートパソコン

正解：イ。ア・ウ・エは起動時間や消費電力の点で、電池駆動の常時計測には向きません。

問2 2本の信号線で、アドレスを使って複数のセンサをつなげるシリアル通信はどれか。

ア：送信と受信の線で1対1につなぐ非同期のUART／イ：送受信とクロックと選択線を使う、高速なSPI／ウ：クロックとデータの2線で、アドレス指定するI2C／エ：電源線に信号を重ねて送る、電力線搬送通信

正解：ウ。SPIは機器ごとに選択線が必要で、UARTは基本的に1対1、エは別の用途の方式です。

問3 試作機を実証実験のため屋外に設置する前に確認すべきこととして、最も適切でないものはどれか。

ア：使う無線モジュールが技術基準適合の認証を受けているか／イ：雨や温度変化に耐える筐体と電源の構成になっているか／ウ：初期パスワードの変更など最低限の防御ができているか／エ：プログラムのコメントが全て英語で書かれているか

正解：エ。コメントの言語は設置前の必須確認とはいえません。ア〜ウは法令・環境・セキュリティの点で重要です。

平均電流の計算を対策選びへ進めるなら、IoTの待機電流と省電力の下限も確認できます。送信周期と待機消費を一条件ずつ変え、効く対策が変わる理由を比較します。