電子情報科


 課題研究 平成27年度

3年生になると今まで勉強したことを活かし、1年を通して研究を行います。

    研究テーマ(H27年度)
  1 AIについての研究(1)
  2 資格取得に向けての対策
  3 RaspberryPi を使った探索ゲームの作成
  4 LED制御
  5 マイコンカーの製作
  6 AIについての研究(2)
  7 進化するプログラムについての研究
  8 HTMLを使用した県工校内案内
  9 赤外線の利用
 10 OpenCV を使用した画像処理の研究
 11 Xbeeを使った無線ネットワークの構築
 12 音によるLED制御
1.AIについての研究(1)
 AIとは人工知能のことで、コンピュータゲームやスマートフォンの機能をはじめ、考え方によっては家電製品などの身近なものにも人工知能が使われていることになり、最近はロボットや自動車なども人工知能で制御するために様々な企業などで研究されている。私たちの班では、DXライブラリというゲーム開発用のライブラリを使用して簡単なゲームを作り、そのゲームを人工知能によって制御させるというプログラムを制作した。
AI is artificial intelligence. It is used in a computer program to make human like decisions and reasoning. AI is also used in familiar things, such as home appliances. Recently, various companies have been studying robots or cars controlled by AI. In our team, we created a simple game using a library for game development called DX library, and also created a program controlled by AI.
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2.資格取得に向けての対策
 工事担任者DD1、AI1、危険物取扱者、二級ボイラー技士の資格取得を目指し、それらの合格に向けて必死に勉強し、無事全て合格することが出来た。どういった勉強方法で合格したのかを自分なりの必勝法と今後受験する人たちへのアドバイスなどを発表する。
In order to pass the qualification test of Installation Technician DD1, AI1, Hazardous Materials Engineer, Secondary Boiler Engineer, I studied desperately and I was able to get all qualifications. I would like to advice the students who are trying to take these tests in the future, and tell the winning strategy and the study method of my own.
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3.RaspberryPi を使った探索ゲームの作成
 Raspberry Piをご存じだろうか。掌サイズの小型コンピュータである。私たちはこのコンピュータとライブラリ「SDL」を使った画像処理について学んだ。Windowsコンピュータと比較した場合のRaspberry Piの性能の低さに注目し、より無駄のないプログラムの作成を目指した。またリアルタイムに画像処理が出来るよう、プログラムは探索型ゲームの形を取ることにした。ゲームの形を取っている以上見た目・操作感にもこだわり、JOYSTICKも用いたゲームの作成を試みた。
Do you know the Raspberry Pi? It's a small credit card sized computer. We learned image processing using this computer and the SDL library. Compared to a Windows computer, we noticed the low performance of the Raspberry Pi and aimed at making a more efficient program. In order to process images in real time, we decided to take the form of the searching type game. Because of taking the form of a game, we were particular about appearance and operability and tried making the game using a joystick.
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4.LED制御
 去年のLED Cubeに負けないような作品を作成しようと、BASICのPICマイコンを使用して、8個の LEDの点滅の仕方を制御しようと試みた。そのためにシリアル信号をパラレル信号に変換するシリアルパラレル変換器を使用した。また、今まで使用したことが無いC言語を解読しなければいけないため、更にC言語を学習しプログラムを作成した。さまざまな課題が見つかったが、最終的には、一列のLEDの点滅の仕方を調整しモーターで回転させ光の残像で時計を作ろうと試みた。
We tried to control the flashing of 8 LEDs using a PIC microcomputer. We programmed the PIC using BASIC. We wanted to produce better works than last year's LED cube. We used the serial parallel converter which changes a serial signal into a parallel signal. We used the C language, which we had not used yet, so we studied C and made a program. We found various problems, but finally we adjusted the manner of the LED flashing and made it revolve by a motor. We tried to make a clock with the spectrum of light.
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5.マイコンカーの製作
 マイコンカーラリー競技大会は、ルネサンスマイコンカーラリー事務局の承認マイコンボードを搭載した完全自走式マシンで、規定コースの走行タイムを競うものである。カーブ、直角カーブ、レーンチェンジ、坂道などの障害物で構成されたコースを光センサ等で感知しながら走行するもので、ハード面(マシン)の精巧さとソフト面(プログラミング)の兼ね合いが勝負を左右する。北信越大会に向けて試行錯誤しながら研究を進めていった。
The Microcomputer car rally is a race where computer controlled cars compete for the fastest race time. Cars are self-powered and controlled by an onboard microcomputer. The machines navigate an obstacle course using their light sensors. The delicacy of machines and programming decide the victory or defeat. We have made a machine by trial and error and will compete in the Hokushinetsu tournament.
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6.AIについての研究(2)
 AI(人工知能)とは、人間の使う自然言語を理解したり、論理的な推論を行ったり、経験から学習したりするコンピューターシステムなどのことをいう。私たちは、発達してきたAIのしくみをオセロゲームでCPUが最善の手を打つようなプログラムを考えることで学ぼうとした。今回の研究では、まず対人型のオセロゲームを「Visual Studio」を使用して作成しゲームの基盤を作った。よりゲーム感を持たせるため人間の思考を組み込んだAIのプログラムをC++というプログラミング言語用いて作成することにした。
Artificial intelligence is a computer system which understands human words. It infers logically and learns from experience. We tried to learn the mechanism of artificial intelligence and design the best program to play the game Othello.
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7.進化するプログラムについての研究
 思考するプログラムとは、言葉のとおりの意味で自ら思考するプログラムのことである。いつも同じ結果しか得られない思考しないプログラムと違い、同じプログラムでも同じ結果が得ることができないのが特徴である。私たちはその思考するプログラムの一部である遺伝的アルゴリズムについて研究し、それを応用できる巡回セールスマン問題という問題について取り組んで制作、解決してきた。
If there is a program to solve its own problem by itself, how will it change our life? We have studied the "Genetic Algorithm", which is a program that will evolve to mimic the mechanism of evolution of organisms. Using this algorithm, we have been working on the traveling salesman problem and solved it.
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8.HTMLを使用した県工校内案内
 HTMLとは、Webページを作成する際に使用される言語の一つである。今回の研究ではHTMLを使用し県工校内案内ページを作成した。外部から来た方や保護者の方々が校内を迷うことなく移動できるシステムの作成を試みた。また、誰でも使いやすくわかりやすいシステムを制作し校内の移動をサポートできるようにした。
HTML is one of the languages which is used to make web pages. We created a guide page for our school using HTML in this project. We tried to create a guidance system which would stop anyone getting lost in our school. And, we produced an easy system to use for everyone to help them move around in the school.
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9.赤外線の利用
 赤外線センサは、赤外領域の光(赤外線)を受光し電気信号に変換して、必要な情報を取り出して応用する技術、またその技術を利用した機器である。人間の視覚を刺激しないで物を見られる、対象物の温度を遠くから非接触で瞬時に測定できるなどの特徴を持っていて、電子素子式の光検出器(受光素子)によって構成されており、その動作原理により、熱型(非冷却型)と量子型(冷却型)の2種類に分けることができる。今回は、光エネルギーによって起こる電気現象を検知する量子型赤外線センサを使って電子銃の作製をした。
An infrared sensor is a device which catches infrared rays, and converts it into an electric signal. Infrared sensors let us to detect things that cannot be seen by humans. In this study, we created an electronic gun using a quantum infrared sensor.
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10.OpenCV を使用した画像処理の研究
 OpenCVとは、インテルが開発、公開したオープンソースのコンピュータビジョン向けライブラリである。このライブラリを利用したプログラムで、Webカメラからの画像データを処理する。静止画像も動画も処理することでき、今回はカメラからの画像データを取得し、テンプレート画像から特定人物を発見するプログラムを作ることにした。顔を検出したり、特徴点をとらえたり、物体の輪郭を認識させてきた。
OpenCV is an open source library for computer vision, which Intel has developed. Using this library, programs can process image data from a web camera. It can process both still images and animated images. In this study, we acquired image data from a camera and made a program to find a particular person from the image data. We made it detect a face, capture the characteristic point and recognize the outline of the object.
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11.Xbeeを使った無線ネットワークの構築
 人々が空気と同じように意識せずに用いているのが電波である。その電波は決して無限ではなく有限なのである。あらゆるものが無線化の一途を辿る現在、無線通信はこの世でなくてはならない存在になっている。今後、無線通信が主流となると予測して、私たちは近距離無線通信をしようと考えた。無線LAN、Wi-Fi、Bluetoothが無線通信ではメジャーとなっているが、私たちは安価で低消費電力のZigbeeという無線通信に目をつけた。Zigbeeは無線LANやWi-Fiより接続数が極めて多く、約65,000個である。私たちはZigbee通信を用いたXbeeモジュールを使って小型ドローンの上に温度センサーをつけて上空の気温データを収集することにした。
Radio waves are used through the air, sometimes without people knowing. The radio wave is not infinite but finite. Now that many things use wireless communication, it is an indispensable thing in this world. In the future, we expect it will become the mainstream. We looked at short range radio communication. We decided to collect temperature data from the sky using a small sized Drone equipped by Xbee.
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12.音によるLED制御
 私たちは、ARDUINOを使用して、音の高さによって色が変化する電子回路を作成した。音とは簡単に言ってしまうと"波"である。その波の波長から音の高さを求めることが出来る。音の高さから色を変化させるためにA/D変換をした。振動数が減少すると波長は短くなり、音は低くなる。これを光の色でたとえるならば一番波長の長い音が赤と言えるので、"ド"の音は"赤"にした。振動数が上がれば波長が短くなり高い音になる。光の色でたとえると、紫外線が目に見える最も波長の短い音である。なので、"シ"の音は"紫"にした。この方法では、"ド"と"ド#"の区別がつかない。また、狭い音域の中でしか色を表現することが出来ない。どの音域でも"ド"ならば"赤"、"シ"ならば"紫"といったように、色を制御することが今後の課題と言えるだろう。
We made an electronic circuit using an ARDUINO. That electronic circuit turns sounds into colors. Sound is Wave. We can seek the size of sounds in the wavelength. We used an analog to digital converter to measure the wavelength of the sound.
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