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高校生ものづくりコンテスト2016東北大会 兼全国大会予選会 電子回路
高校生ものづくりコンテスト２０１６東北大会 電子回路組立部門 課題 Ver 1.0 兼全国大会予選会 2016.6.1 １. 課題 設計仕様に基づいた「入力回路①」を競技時間内に設計・製作し、「入力回路①」と「出力回路②」を 「制御用コンピュータ③」にケーブルで接続する。「制御用プログラム④」を作成し、目的の動作を行う システムを完成させる。 制御用コンピュータ③ 入力回路① 出力回路②（事前に製作し持参） DC モータ ｹｰﾌﾞﾙＥ ｽﾃｯﾋﾟﾝｸﾞﾓｰﾀ （各自持参） 7 ｾｸﾞﾒﾝﾄ 圧電ｽﾋﾟｰｶ 含む回路 制御用プログラム④ (競技時間内に製作) (競技時間内に作成) ｹｰﾌﾞﾙ F * 出力回路に同 梱 接続ｹｰﾌﾞﾙ A 接続ｹｰﾌﾞﾙ B 接続ｹｰﾌﾞﾙ D 接続ｹｰﾌﾞﾙ C 開発用コンピュータ（各自持参） DC5V 電源 (各自持参) （開発環境、言語は自由） 図１ 課題構成図 ※ 「制御用コンピュータ③」と「入力回路①」、「出力回路②」、「開発用コンピュータ」を接続する。 ケーブル類及びＤＣ５Ｖ電源と「出力回路②」を接続するコードは各自持参すること。 （１）課題 入力回路① 大会当日に 大会当日に抽選する 抽選する仕様 する仕様に基づき、支給される電子部品を用いて電子回路基板を設計・製作する。 仕様 《設計仕様》 （ａ）表１に示す支給部品・材料を使用して入力回路を設計し、資料１「入力回路① 電気部品記号基準」に 基づき、支給する方眼紙（Ａ４版）に作図して提出する。定規・テンプレートは使用可。 （ｂ）当日抽選 当日抽選する 当日抽選する仕様 する仕様の 仕様の電子回路は 電子回路は、表２のうちの のうちの１つである。 つである。 （ｃ）電子回路基板は、ユニバーサル基板上にスズメッキ線（φ 0.5mm）を使用しプルアップ回路で製作す る。ただし、部品面をジャンパー線で配線しないこと 部品面をジャンパー線で配線しないこと。 部品面をジャンパー線で配線しないこと （ｄ）ユニバーサル基板はサンハヤトICB293(相当品)を支給する。 （ｅ）はんだは、Sn-3.0Ag-0.5Cu（鉛フリー）φ0.8mmを支給する。 （ｆ）入力ポートは３ビットとし、入力手段はフォトインタラプタ（１個） 、タクトスイッチ（１個） 、３Ｐト グルスイッチ（１個）を使用する。 （ｇ）製作は図２（例：仕様１）に示すような部品配置に従い製作する。 （ｈ）設計した回路を資料２「入力回路① はんだ付け基準」に基づき製作する。 - 1 – 表1 入力回路① 支給部品・材料表 表１ 入力回路① 支給部品及び材料 番号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 記号 PHSW TCSW TGSW CN R1、R2 R3 R4 品名 ﾕﾆﾊﾞｰｻﾙ基板 透過型ﾌｫﾄｲﾝﾀﾗﾌﾟﾀ ﾀｸﾄｽｲｯﾁ 3P ﾄｸﾞﾙｽｲｯﾁ ｽﾄﾚｰﾄﾋﾟﾝﾍｯﾀﾞｰ 抵抗 抵抗 抵抗 ﾈｼﾞ ﾅｯﾄ 平ﾜｯｼｬ ｺﾞﾑ足 ｽｽﾞﾒｯｷ線 鉛ﾌﾘｰはんだ 遮光ﾁｪｯｸ用厚紙 型番・規格 ICB-293 SG206 ｷｰﾄｯﾌﾟの色指定無し 3P（ｽﾘﾑ） HNC2-2.5P-5DS 10kΩ 1/4W 180Ω 1/4W 22kΩ 1/4W M3×15mm M3 M3 Φ15 Φ0.5mm Sn-3.0Ag-0.5Cu Φ0.8mm 20mm×110mm 数量 1 1 1 1 1 2 1 1 4 4 8 4 1 1 1 備考 ｻﾝﾊﾔﾄ 72mm×95mm Kodenshi 秋月電子通商 秋月電子通商 ヒロセ 相当品 相当品 (0．9ｍ)支給長さ (0．9ｍ)支給長さ 表２ 入力回路① 部品配置仕様 部品配置 ③ ① ② 仕様 左 右 仕様１ トグルスイッチ タクトスイッチ ＬＥＤ フォトトランジスタ 仕様２ タクトスイッチ トグルスイッチ ＬＥＤ フォトトランジスタ 仕様３ トグルスイッチ タクトスイッチ フォトトランジスタ ＬＥＤ 仕様４ タクトスイッチ トグルスイッチ フォトトランジスタ ＬＥＤ ※ 大会当日、部品配置①、②、③を抽選で決める（抽選者は座席Ａの選手）。 5 ○部品配置や方向について、下図のようにします。 1 Sunhayato 293 ５番 ５ピンコネクタの向き は、図の向きで作成す １番 ること M3 ﾅｯﾄ 平ﾜｯｼｬ 基板 ｺﾞﾑ足 平ﾜｯｼｬ M3 ﾈｼﾞ Y ① ② 図２ 入力回路① ③ 部品配置図（仕様１の場合） - 2 – ０ X （２）出力回路② 制御対象として、７セグメントLED（２個）、圧電スピーカ（１個）、DC モータ（１個）、 ステッピングモータ（１個）を含む電子回路基板を使用する。 （ａ）事前に大会事務局から配布した部品・基板等で製作し、大会当日に持参し使用する。 （ｂ）回路図を図３に示す。使用部品の一覧を表３に示す。 （ｃ）各自が持参したＤＣ＋５Ｖ電源と接続ケーブルＣを、ピンヘッダーCN3に接続し、電源を供給する。 （ｄ）各自が持参した制御用コンピュータ③と接続ケーブルBをピンヘッダをCN1、CN2に接続する。 （ｅ）出力回路②のピンヘッダCN1～CN5のピン配置図を図４～図８に示す。に示す。 図３ 「出力回路②」の回路図 （H28全国大会の出力回路基板） ※JP1の1-2端子を短絡ソケットで接続すると、CN1、CN2の1ﾋﾟﾝ（Vcc）と10ﾋﾟﾝ（GND）を介して、制御用 コ ンピュータと出力回路の電源を共通化することができる。ただし、共通化するか否かは、各競技者の責任 において事前に確認し判断すること。 ※「出力回路②」は、株式会社日立ドキュメントソリーショズの電子回路基板とする。 - 3 – 表３ 「出力回路②」に使用する電子部品 - 4 – （３）制御用コンピュータ③ コンピュータの性能・形状等の制限はない。開発環境は競技者がすべて持参する。 （４）制御用プログラム④ 別紙「プログラム課題」の仕様に基づいたプログラムを作成する。ただし、使用する言語は自由である。 ４問を事前に 問を事前に公開し、２ 公開し、２問は当日出題する。課題は全部で 問は当日出題する。課題は全部で６ は全部で６問となる。 仕様に基づいたプログラムを制作し、「制御用コンピュータ③」にプログラムを転送し実行させる。 （ａ）プログラム言語は自由とする。 （ｂ）事前に制作したプログラムの持ち込みは原則として認めない。例外として、制御用コンピュータ のレジスタ、ポート定義、割込み定義等を含むヘッダファイルについては、大会前日に申し出て 許可を得るものとする。 （ｃ）競技中にいかなるドキュメントも参照することは禁止とする。 （ｄ）大会事務局が用意するＵＳＢメモリにて、作成したプログラムを提出する。コンピュータはＵＳ Ｂメモリにアクセス出来るものとする。 （５）各自が用意するケーブル等 接続用ケーブルコネクタの仕様(2.5mm ピッチTop View)接続用ケーブルは、図４～７のピンヘッダー のピン配置図から各自加工し持参する 各自加工し持参する。 各自加工し持参する （ａ）接続ケーブルＡ（「入力回路①」用）を接続するピンヘッダーのピン配置図 １列５ピンコネクタ・メス（ＨＮＣ２－２．５Ｓ―５ ＨＲＳ） 設計製作する回路のコネクタピン配置（ストレートピンヘッダー ＨＮＣ２－２．５Ｐ－５ＤＳ） ① ④ ＧＮＤ 入力２ ② ⑤ 入力０ ５Ｖ ③ 入力１ 図４ 接続ケーブルピン配置図 ① ：ＧＮＤ ② ：フォトインタラプタ （入力０） ③ ：タクトＳＷ（入力１） ④ ：トグルＳＷ（入力２） ⑤ ：Ｖｃｃ ①番ピン（表示あり） ※ＣＰＵ側から見て入力 （ｂ）接続ケーブルＢ（出力回路②用）を接続するピンヘッダーのピン配置図ＣＮ１ ※ヒロセ電機(株)製2.54mmﾋﾟｯﾁ10極（HIF3FC-10PA-2.54DSA） 接続ケーブルＢで制御用コンピュータ③と接続 ① ⑥ ５Ｖ 出力 3 ② ⑦ 出力 7 出力 2 図５ ＣＮ１のピン配置図 - 5 – ③ ⑧ 出力 6 ＮＣ ④ ⑨ 出力 5 ＮＣ ⑤ ⑩ 出力 4 ＧＮＤ （ｃ）接続ケーブルＢ（出力回路②用）を接続するピンヘッダーのピン配置図ＣＮ２ ※ヒロセ電機(株)製2.54mmﾋﾟｯﾁ10極（HIF3FC-10PA-2.54DSA） 接続ケーブルＢで制御用コンピュータ③と接続 ① ⑥ ５Ｖ 出力 3 図６ ② ⑦ 出力 7 出力 2 ③ ⑧ 出力 6 出力 1 ④ ⑨ 出力 5 出力 0 ⑤ ⑩ 出力 4 ＧＮＤ ＣＮ２のピン配置図 （ｄ）接続ケーブルＣ（出力回路②電源供給用）を接続するピンヘッダーのピン配置図 ＣＮ３ 日本圧着端子製造(株)製2.5mmﾋﾟｯﾁ3極（B3B－XH－A） ① 図７ ＧＮＤ ② ５Ｖ ③ ＧＮＤ ＣＮ３のピン配置図 （６）大会事務局が用意する接続ケーブル等（出力回路キットに同梱） （ａ）接続ケーブルＥ（ＤＣモータ用）を接続するピンヘッダーのピン配置図 ＣＮ４ 日本圧着端子製造(株)製2.5mmﾋﾟｯﾁ2極（B2B－XH－A） ① 図８ ＯＵＴ１ ② ＯＵＴ２ ＣＮ４ピン配置図 （ｂ）接続ケーブルＦ（ステッピングモータ用）を接続するピンヘッダーのピン配置図 ＣＮ５ 日本圧着端子製造(株)製2.5mmﾋﾟｯﾁ6極（B6B－XH－A） ① φ１ ④ 図９ ② φ２ ③ ⑤ φ１ｃ ⑥ ＣＮ５ピン配置図 - 6 – φ２ｃ ２ 作業条件 （１）競技時間 ２時間３０分（１５０分） （２）大会事務局から当日配布するもの （ａ）「入力回路①」で使用する電子部品及び材料等 （ｂ）「プログラム課題」（事前公開の （事前公開の４ 問と当日提示の問題２問の計６ 問の計６問を提示） （事前公開の４問と当日提示の問題２ （ｃ）「入力回路①」の回路図用の方眼紙（Ａ４） （ｄ）AC100Vコンセント（２口） （ｅ）ソースリスト提出用ＵＳＢメモリ （３）大会事務局から事前に配布するもの （ａ）「出力回路②」の基板、「部品」 （ｂ）「出力回路②」の「回路図」、「部品表」 （ｃ）「入力回路①」の「電気部品記号基準」「はんだ付け基準」 （ｄ）大会で使用する支給部品、材料表 （４）競技者が準備するもの （ａ）「出力回路②」（事前に組み立てたもの） （ｂ）「制御用コンピュータ③」及び開発環境（プログラム言語は自由） （ｃ）接続ケーブルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（接続ケーブルＥ、Ｆは出力回路に同梱） （ｃ）＋5Vの電源 （ｄ）工具類 （ｅ）増設用コンセント （ｆ）筆記用具及び定規・テンプレート等 （ｇ）作業服 （ｈ）上履き （５）競技者服装 （ａ）競技中は作業着を着用する。（学校で使用のもの） （ｂ）はんだ付けの作業時には、保護メガネを着用する。ただし、メガネをかけている場合はこの限 りではない。 （６）注意事項 （ａ）作業に当たっては安全に十分注意すること。 （ｂ）配布された部品及び材料以外のものは使用しない。 （ｃ）接続ケーブルＡ、Ｂ、Ｃは図を参考に事前に製作し、持参すること。ケーブルの長さは 自由である。 ３ 審査対象 （１） 設計した「入力回路①」の回路図 （２）「入力回路①」の製作基板 （３）動作の確認 （４）ソースプログラム （５）その他（作業態度等） - 7 – ４ 採点基準 （１）採点項目と観点 項 目 プログラミング技術 点 数 ４０ 組立技術 ３０ 設計力 ２０ その他 １０ 合計 観 点 ・動作の完成度 ・プログラムの構造 ・書式及び読みやすさ ・外観（部品の配置・レイアウト） ・部品の取り付け、部品の損傷 ・はんだ付けの状態 ・工具及び部品の取り扱い ・部品配置の合理性 ・図面の完成度 ・記号、文字 ・作業態度 ・作業工程 １００ （２）順位の決定 ①合計得点の高い順に１位、２位、３位・・・とする。 ②同点の場合は、プログラミング技術得点の高い者を高位とする。 ③さらにプログラミング技術が同点の場合、組立技術得点の高い者を高位とする。 ④さらに組立技術が同点の場合、設計力得点の高い者を高位とする。 ⑤上記以外の事項に関しては、審査員が協議し、全体の完成度から順位を決定する。 ５ その他 （１）鉛フリーはんだについて ＨＯＺＡＮ ＨＳ－１３１（鉛フリーはんだ 0.8mm）を使用する。 （２）事前に製作した回路の持込について 競技中、事前に製作した『入力回路①』１台の持込を許可する。制御プログラムの作成にあたって持 ち込み基板を使用しても減点の対象にならない。ただし、プレ プレ審査 組み立てに関する審査は当日製 プレ審査や 審査や組み立てに関する審査は当日製 作した基板を対象とする。 （３）動作確認（プレ審査）について 競技終了後、直ちに動作確認（プレ審査）を行う。競技者は委員の指示に従い、システムを操作し て、動作の確認を受けること。 （４）出力回路②について 参加申込書が事務局に届き次第、参加校へ６月２０日以降に郵送する。組み立てたものを持参し 競技に使用すること。 出力回路②のプリント回路基板等を購入希望の方は、以下から購入できます。 株式会社日立ドキュメントソリューションズ マイコンカーラリー販売窓口 https://www2.himdx.net/mcr 〒135-0016東京都江東区東陽6-3-2イースト21タワー TEL：03-6666-8171FAX：03-6666-8844 メールでのお問い合わせ：[email protected] - 8 ‐ 資料１ 資料１ 入力回路① 入力回路① 電気部品記号 基準 ＰＨＳＷ Ｒ＊ ＊Ω 抵抗 フォトインタラプタ ＴＣＳＷ ＴＧＳＷ ＣＮ ５ ＊＊ ４ ＊＊ ３ ＊＊ ２ １ ＊＊ ＊＊ または タクトスイッチ ＋配線（接続なし） トグルスイッチ ＋配線（接続あり） ＋５Ｖ GND 注１ 注２ ＋５Ｖ ＊は数字を示す。＊＊は接続先名を示す。 は交点を示す。 注３ 大きさや方向は必要に応じて変更して構わない。 - 9 – コネクタ（５Ｐ） T 配線（接続あり） 資料２ 入力回路① はんだ付け基準 2016.6.1 １ 基板はんだ面 （１）はんだ忘れ（写真１） はんだ付けするべきランドがはんだ付けされていない場合、はんだ付け不良で心線が 動くもの（矢印：折曲部のはんだ忘れ）。 （２）ルーズ（写真２） はんだ付け不良で心線が動く場合。 （３）過剰（写真３） 線の形状が見えない場合。 （写真１） （写真２） （写真３） （４）不足（写真４） ランド全体がはんだで覆われていない場合（はんだ欠）。 （５）流れ はんだがスズメッキ線を伝わり隣り合うランドまで達した場合。 （６）つの（写真５） はんだが角状にとがってしまった場合。 （７）不要はんだ（写真６） 不要な箇所に、はんだが付着している場合（ランドやスズメッキ線に不必要にはんだが 付着した場合）。 ランドは全面はんだで埋める （写真４） （写真５） （写真６） 高校生ものづくりコンテスト「全国大会」の組立てに準ずるものとするが、東北 大会においては以下の項目を確認事項として記す。 ２ 「入力回路①」基板の組み立て （１）使用する基板は以下のユニバーサル基板である。 品番 ＩＣＢ－２９３（サンハヤト） （２）パターン不可領域は以下の範囲とする。(パターン面から見る。） パターン不可領域 （３）部品および軟銅線は基板へ水平または垂直に取り付ける。 曲がりの範囲は１ｍｍ以下とする。 （４）抵抗のカラーコードは基準位置から見て下から上、左から右に読めること。 （５）部品は基板に密着して取り付けること。 浮き上がりは０．５ｍｍ以下とする。 （６）抵抗器のリード線はバランス良く取り付け、無理な力を加えないこと リード線の幅は７ピッチ（２．５４ｍｍ×７＝１７．７８ｍｍ）とする。 （７）部品リード線のはんだ付けは基板に差し込み、リード線を折り曲げずに はんだ付けすること。突き出し寸法は、抵抗器が１．５ｍｍ以下、その他 の部品が０．５～２．５ｍｍとする。ただし、２．５ｍｍを超えるものは切断 すること。 （８）配線は基板から浮き上がらないように直線的におこない、浮き上がりの 許容差はランドから０．５ｍｍ以下とする。 軟銅線 ０．５ｍｍ以下 ランド 基板 基板 （９）配線の方向を変える場合は、ランド上でおこない、そのランドははんだ付け する。 軟銅線 ランド （10）２方向から直角に交わる軟銅線は配線するランド上で切断し、そのランド ではんだ付けすること。 軟銅線 ランド （11）はんだ面での軟銅線の配線は端末を穴に挿入しないこと。 （12）軟銅線はランドの外周をはみ出さないこと。 （13）はんだ面の軟銅線の直線部分が３０ｍｍを超える場合は、軟銅線が浮か ないように中間ではんだ付けをしてよい。