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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 ケーブルE ステッピングモータ (各自持参) 7 セグメント 圧電スピーカ 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) ケーブル F * 出力回路に同 梱 接続ケーブル A 接続ケーブル B 接続ケーブル D 接続ケーブル 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 ユニバーサル基板 透過型フォトインタラプタ タクトスイッチ 3P トグルスイッチ ストレートピンヘッダー 抵抗 抵抗 抵抗 ネジ ナット 平ワッシャ ゴム足 スズメッキ線 鉛フリーはんだ 遮光チェック用厚紙 型番・規格 ICB-293 SG206 キートップの色指定無し 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 ゴム足 平ワッシャ M3 ネジ 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ピン(Vcc)と10ピン(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ピッチ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ピッチ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ピッチ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ピッチ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ピッチ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。