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ch_arduino [2018/01/04 01:10] – 作成 kanemunech_arduino [2018/02/09 11:07] (現在) – klab
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 +#  Arduinoと通信しよう
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 +**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。
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 +##  Arduinoの入手
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 +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。((入手方法は、ArduinoのWebサイト（http://www.arduino.cc/）の「Buy」というページから「Japan」の項目で日本での代理店を見ることができる。))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。((Arduino UNOの基板上では、アナログ出力可能なポート番号には「〜」の記号が付いている。))
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 +{{:pasted:20180103-160856.png}}
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 +##  ドリトルと通信するための設定
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 +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。
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 +  - 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((Macでは設定が必要な場合がある。「はじめに」（p.**mac＿install** ）を参照。「新しいネットワークインターフェースが検出されました」と表示された場合は、キャンセルでダイアログを閉じて構わない。))。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((ポートが不明な場合は、Windowsであれば「COM」に続く数字の大きい順に試し、Arduinoが反応するポートを探す。Macの場合は「/dev/tty.usbで始まる名前を探す」。ポートは「Tools」メニューの「Serial Port」から選択することもできる。))。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。
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 +
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 +##  デジタル出力による動作の確認
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 +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。
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>
 +
 +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((「（システム！シリアルポート選択）」の部分は、あらかじめわかっている場合は、「"COM1"」のようにポート名を文字列で記述することも可能である。))。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。
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>
 +
 +「...」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。
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 +<code>
 + led＝a！13　デジタル出力。
 +</code>
 +
 +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。
 +
 +<code>
 + 「led！0　書く。a！1　待つ。led！1　書く。a！1　待つ」！10　繰り返す。
 +</code>
 +
 +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。
 +
 +
 +
 +##  アナログ出力
 +
 +Arduinoの特定のポート((Arduino UNOでは基板上の番号の前に「--」が付いた3, 5, 6, 9, 10, 11の6個のポートでアナログ出力が可能である。))では、**PWM**((ONとOFFの比率を変えながら高速に繰り返すことで、擬似的にアナログ値を表現する方式。))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。
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>
 +
 +
 +
 +##  デジタル入力
 +
 +**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）
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>
 +
 +
 +
 +##  アナログ入力
 +
 +**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。
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>
 +
 +
 +
 +##  Arduinoの配線例
 +
 +**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。
 +
 +{{:pasted:20180103-160941.png}}
 +
 +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((http://www.switch-science.com/))の「Arduinoをはじめようキット」のものを使用した。
 +
 +{{:pasted:20180103-160956.png}}
 +
 +
 +
 +
 +##  加速度センサの応用例
 +
 +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。((今回は、秋月電子通商で販売されているカイオニクス社の「3軸加速度センサモジュール KXM52--1050」で動作を確認した。))
 +
 +
 +
 +{{:pasted:20180103-161012.png}}
 +
 +
 +
 +
 +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。
 +
 +<code>
 + 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。
 +</code>