「産業用IoTアプリケーションの開発促進(パート1)：IoTデバイスデータのシミュレーション」(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、産業用IoTシステムのアプリケーション開発を効率よく行う方法について解説した記事をご紹介します。

■産業用IoTアプリケーションの開発促進(パート1)：IoTデバイスデータのシミュレーション

　IoTが普及して産業用途にも応用が進んでいます。すなわち、様々な場所にセンサやアクチュエータを配置することで、データを収集しながら製造ラインの生産調整や故障の診断などを効率よく行えるようになります。しかしながら、このようなシステムを構築する際、センサやアクチュエータを構築する物理的な作業とシステムアプリケーションを開発する作業が、お互いの完成した結果に依存することなどにより、作業を進めることができなくなるということが往々にして起こります。

　そこで大手クラウドサービス会社は、このような問題に対処するため、センサなどからのデータをクラウドサービスに送り込むための一貫したインターフェースサービスを用意しています。すなわち、Microsoft AzureではAzure IoT Hub、Amazon AWSではAWS IoT Core、Google Cloud PlatformではCloud IoT Core、IBM CloudではIBM Watson IoT Platformなどです。これらを使用することで、センサやアクチュエータとクラウドのリソースを結びつけるという面倒な作業が簡素化されます。

＜　Azure IoT参照アーキテクチャ　＞

　また最近では、デジタルツインと呼ばれる仮想のデバイスモデルを構築することで、アプリケーションの開発効率を上げる方法が採用されています。これは、クラウド上にセンサやアクチュエータの物理的なシステムを仮想に構築するため双子(ツイン)と呼ばれています。デジタルツインを用いれば、実際の物理デバイスでデータ収集を行いながらアプリケーション開発をする必要がなくなります。逆にシステムが稼働した後は、収集したデータを次の製品開発などさまざまに活用することができるようになります。

　【アプリケーションラボ】では、アプリケーションソフトの開発者とセンサやアクチュエータシステムの開発者の考え方の違いなどを説明した後、Googleが提供するサンプルのPythonコードを利用して、温度センサによりファンを制御するプログラム例などを紹介しています。

　下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■Torex HiSAT-COT制御アーキテクチャチュートリアル

　スイッチング電源を制御する動作モードには、パルス幅変調(PWM)とパルス周波数変調(PFM)があります。PWMは一定のスイッチング周波数でオン/オフ時間を可変して制御しますが、PFMはオン/オフ時間が固定で周波数を可変させて制御します。ここでは、PFM方式のスイッチング電源により、高速応答で高精度を実現したTorex社の技術を解説します。

■スイッチモード電源の音響ノイズ抑圧

　工場などで使用する電源の騒音は気になりませんが、オフィスなどの静かな場所では多少の不快な音でも気になります。ここでは、スイッチング電源が発生させる、静かな環境において人間にとって不快になる音を削減する方法について解説します。

　マルツエレックでは、サンケン電気製のデジタル電源用マイコンMD6603の評価基板「CHEWING GUM」を開発し、販売しています。MD6603は、従来のMD6601/MD6602に搭載されていた8ビットCPU(8051)と2個のTinyDSPに加えて、専用コアのEPUを新たに搭載し、電源のマルチタスク処理がより強化されています。EPUは、ゼロ時間でタスク切り替えができる16ビットマイコンであり、TinyDSPや豊富なアナログ機能、高分解能PWMなどと密接に連携することにより、デジタル制御電源に必要となる複雑なリアルタイム処理を低遅延で実行します。

　スイッチング電源は、負荷が変動しても安定して電力を供給できるように常に出力を監視しながらフィードバックする構成になっています。そのフィードバック制御をアナログではなくデジタルで行うのがデジタル電源です。アナログ制御方式ではエラーアンプが出力電圧と基準電圧を比較して、差分がゼロになるようにパワートランジスタを調整し、出力電圧を一定に保つ働きをしますが、デジタル制御方式ではDSPが数値演算を行って同様の働きをします。

　MD6603を使用したデジタル電源は、アナログ制御電源に比べて高効率、高速応答、高信頼性、小型化、多品種対応などにおいて優れており、さらにホストと負荷が通信しあうことで、状況に応じて最適なドライブや制御方法に切り替えることができるといった利点があります。

　CHEWING GUMは、USB-シリアル変換チップとminiUSBコネクタを搭載しており、パソコンと接続するだけで、サンケン電気が提供する統合開発環境MD-Studioを使用して、内蔵FLASHメモリの書き換えやソースレベルデバッグなどを行うことができます。また、MD6603の各ピンを2.54mmピッチの端子に引き出してあるので、ピンヘッダを取り付ければブレッドボードによる評価を簡単に行うことができます。

●MD6603搭載CHEWING GUMの主な仕様
 ・搭載MPU：MD6603FNV
 ・PCとUSBケーブルで接続することでバスパワーによる動作が可能
 ・ブレッドボードなどに接続可能な2.54mmの端子ピッチ
 ・アナログ/デジタルで分けて配置されたGPIO端子
 ・USBシリアル変換IC：CP2102-GM
 ・電源LED(橙色)、ユーザーLED(緑/橙2色)
 ・リセットスイッチ
 ・コネクタ：miniUSB
 ・基板サイズ：53.7mm×18.0mm(突起物をのぞく)

デジタル電源用マイコン評価基板 CHEWING GUM 【MSE-MD6603-DIP】　5,480円