Arduinoと通信しよう

Arduinoというデバイスを使って、LEDやセンサなど外部デバイスとの入出力をしてみよう。Arduinoを使用するためには、ローカル版のドリトルが必要である。

Arduinoは、イタリアで開発された汎用入出力ボードである。設計がオープンソースとして公開されており、さまざまな製品が存在する。¹⁾今回は、「Arduino UNO」という最新のボードで動作を確認した。このボードにはデジタル入出力が12ポート存在し、そのうち6ポートはアナログ出力が可能である。その他に、アナログ入力が6ポート用意されている。²⁾

Arduinoは標準では、Processing言語で記述されたプログラムを転送して自律的に動作する。本書ではArduinoにドリトルと通信するためのプログラムを転送し、ドリトルと通信しながら対話的に動作させる。Arduinoに格納したプログラムは電源を切っても残るため、いちど書きこんでおけばよい。以下に手順を示す。

• ArduinoのWebサイト（http://www.arduino.cc/）の「Download」ページから、使用しているコンピュータ（Windows, Mac OS X, Linuxなど）に合わせたソフトウェアをダウンロードし、インストールする。
• インストールしたプログラム（Arduino IDE）を起動し、ドリトルのパッケージに付属するarduino＿dolittle.ino というファイルを開く。すると、画面に「#include <LiquidCrystal.h>」で始まるプログラムが表示される。
• 「Tools」メニューの「Board」から、使用するArduinoの種類を選ぶ。
• Arduino IDE上部の「△」のボタン（Verify）を押す。すると、画面下部に「Done Compiling」と「Binary sketch site: …」というメッセージが表示される。
• USBケーブルでArduinoをパソコンに接続する³⁾。すると、基板上の緑色のLEDが点灯する。
• Arduino IDE上部の「→」のボタン（Upload）を押す。シリアルポートを選択するダイアログが開いた場合は、Arduinoが接続されたポートを選択する⁴⁾。すると、基板上のオレンジ色のLEDが点滅してプログラムが転送される。
• 正常に転送された場合は、Arduino IDEの画面下部に「Done uploading」と表示される。このメッセージを確認したら、Arduino IDEを終了する。

動作を確認するには、ArduinoとUSBケーブルを接続した状態で、ドリトルに次のプログラムを入力して実行する。Arduino上の「L」と書かれたオレンジ色のLEDが1秒ごとに10回点滅すれば、ドリトルとの通信は正常に行われている。

 システム！"arduino"使う。
 a＝arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 
 led＝a！13　デジタル出力。
 「led！0　書く。a！1　待つ。led！1　書く。a！1　待つ」！10　繰り返す。
 
 a！とじろごま。

ドリトルからArduinoを制御するプログラムは、次の形で記述する⁵⁾。先頭の行では、Arduinoを使うプログラムを作成することを示している。2行目の「a」は、接続されたArduinoに対応するオブジェクトである。

 システム！"arduino"使う。
 a＝arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 ...
 a！とじろごま。

「…」の部分には、Arduinoを制御するプログラムを書く。今回は最初に、13番ポートにデジタル出力するオブジェクトを作り「led」という名前を付けている。基板上には13番ポートに接続された発光ダイオード（LED）が存在するため、外部にLEDを接続しなくても動作の確認が可能である。

 led＝a！13　デジタル出力。

続いて「led」に「書く」により出力を行う。デジタル出力では、「1」を書くことで出力をONにし、「0」を書くことで出力をOFFにする。このプログラムでは、0と1を1秒ごとに出力することで、LEDを点滅させている。

 「led！0　書く。a！1　待つ。led！1　書く。a！1　待つ」！10　繰り返す。

Arduinoに接続したLEDを光らせる場合は、「デジタル出力」のパラメータに接続したポート番号を指定する。ブレッドボードを利用した配線の例はarduinoSample を参照されたい。

Arduinoの特定のポート⁶⁾では、PWM⁷⁾によるアナログ出力が可能である。アナログ出力では、出力する値として0から255の数値を指定できる。次のプログラムでは、最初に10番ポートに接続されたLEDを「150」の明るさで点灯させた後、「255」の明るさで点灯し、最後に「0」で消灯している。

 システム！"arduino"使う。
 a＝arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 
 led＝a！10　アナログ出力。
 led！150　書く。a！1　待つ。
 led！255　書く。a！1　待つ。
 led！0　書く。
 
 a！とじろごま。

デジタル入力は、特定のポートの電圧の有無を0と1の値で返すことで、スイッチ等のONとOFFを検出できる。

次のプログラムでは、12番ポートに入力があるときに画面のタートルを前進させている。（スイッチが接続されている場合は、押されているかどうかでタートルの動きが変化する）

 システム！"arduino"使う。
 a＝arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 
 sw＝a！12　デジタル入力。
 かめた＝タートル！作る。
 「かめた！（sw！読む）歩く」！100　繰り返す。
 
 a！とじろごま。

アナログ入力は、特定のポートの電圧を0から255の値で返すことで、各種センサの入力を検出できる。

次のプログラムでは、アナログの0番ポートに接続された光センサ（CdS）の入力値によって、画面のタートルを回転させている。

 システム！"arduino"使う。
 a＝arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 
 cds＝a！0　アナログ入力。
 かめた＝タートル！作る。
 「かめた！（（cds！読む）×10）向き」！100　繰り返す。
 
 a！とじろごま。

arduino＿analog＿output 節からarduino＿analog＿input 節の動作を確認するための回路図を示す。抵抗値はスイッチに接続したものが100KΩ、他は10KΩである。

写真はブレッドボードを利用して配線したものである。配線材、LED等の部品は、スイッチサイエンス社⁸⁾の「Arduinoをはじめようキット」のものを使用した。

加速度センサを利用すると、傾きを検出できる。次の回路図のように、3軸加速度センサを接続することが可能である。⁹⁾

3軸加速度センサを利用するプログラム例を示す。ここでは1方向の傾きだけを利用して、Wiiリモコンのように画面のタートルを操作することができる。

 システム！"arduino" 使う。
 a＝Arduino！作る。
 a！（システム！シリアルポート選択）ひらけごま。
 
 かめた＝タートル！作る。
 「かめた！400　歩く　90　左回り」！4　繰り返す。
 枠＝かめた！図形を作る。枠！-200　-200　移動する。
 判定＝ラベル！作る。
 
 xin＝a！0　アナログ入力。
 x値＝フィールド！作る。
 
 「 かめた！5　歩く。
 　x＝xin！読む。
 　x値！（x）書く。
 　かめた！（x-127）右回り。
 　かめた：衝突＝「かめた！-10　歩く　180　右回り。判定！"OUT" 書く 」。
 」！1000　繰り返す。
 
 a！とじろごま。