Processing 入門 Lesson 16【RGBダイオードの制御】

Processing 入門
Lesson 16
【RGBダイオードの制御】

こんにちは、管理人のomoroyaです。

Lesson 15は【LEDの調光】ということでパルス幅変調により、ProcessingでLEDの明るさを制御しました。

Lesson 16では、【RGBダイオードの制御】に挑戦。

Processingのウィンドウ画面でマウスを動かすことでRGBダイオードの色を制御するスケッチを作ってみます。

パソコンから制御することで、自分の好きな色に光らせて遊びましょう！

Processing学習の最終目標は、「6軸モーションセンサ」との連携です。

Lesson 14以降を学習することでLesson 01 ～ Lesson 06【Arduino連携変そのX】で遊んだスケッチも理解できるようになるはず。

これからのLessonを楽しみましょう！

Processingを始めようと考えている方。

ネット情報のみでも十分に学習可能です。

手元に参考書がほしいと考えている場合は下記の2冊程度で十分と考えます。

Processingをはじめよう第2版 (Make: PROJECTS)

オライリージャパン

東京電機大学出版局

はじめに
Lesson 16 目標
本Lessonの学習に必要な物
実践回路作成
1. 回路図
2. 接続
Serial入出力のためのクラス復習
実践スケッチ作成
まとめ
最後に
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はじめに

Lesson 14からはArduinoと一緒に学習していきます。

Arduinoの詳細な解説は「Arduino入門編」にて確認してください。

Arduino入門編

Arduino入門の記事となります。購入編から、IDEの使い方、色々な電子部品を使った実践編まで幅広く解説しています。また、サンプルのスケッチ（コード）は詳細に説明しています。初めてのかたでも、スケッチ（コード）を理解できます！Arduin…

本LessonではRGBダイオードの色を制御するスケッチを描いていきます。

色の調整にはLEDの調光と同じく「パルス変調」を使います。

Arduinoでパルス変調をするためには、アナログ出力ピンを利用します。

始めに、下記を読んでおくと理解しやすいはずです。

Arduino 入門番外編 04 【アナログ出力とは】

今回は、「Arduino 入門番外編０４アナログ出力とは」です。arduino 入門番外編はarduinoの基本的なことを書いていく方向性にする予定です。今回は、arduinoのアナログ出力について解説していきます。…

Arduino 入門 Lesson 04 【RGBダイオード制御編】

RED LEDを使い、RED LEDの各輝度を変更する作業を通して、RED LEDの色が３色以外の色になっていることを確認します。輝度の変更はパルス幅変調（PWM）にて制御します。これは「LEDがONしている時間を制御する」ということです。…

Lesson 16 目標

本Lessonの目標は以下の2点です。

１．RGBダイオードをパソコンから制御して好きな色に光らせて遊ぶ！
２．ArduinoとProcessingの通信方法を理解
３．Arduinoのパルス変調の復習

本Lessonの学習に必要な物

本Lessonに必要となる電子部品を列挙します。

RGBダイオードが新たに必要になります。

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

実践回路作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にスケッチ（コード）を書いて、パソコンからLEDの輝度を調整してみましょう。

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

Arduino 入門番外編 02 【外観とピン配置】

本日は、番外編02 Arduino UNO R3 外観とピン配置です。arduinoの入門編を書いていて、arduino自体の説明をしたいと考えていました。やはり、arduino自身のことを理解しておいた方が良いですよね。ということで番外編…

回路図

抵抗とRGBダイオードのみの単純な回路です。

抵抗はLEDの焼損を防ぐための電流制限抵抗のため実質LEDのみの回路です。

Lesson 14と同じ回路となります。

利用するピンも同じ9番ピン、Lesson 14ではON、OFFに利用しましたがLesson 15ではアナログ出力ピン（PWM出力）として利用します。

回路図がこちら。
※Arduino 入門 Lesson 04 【RGBダイオード制御編】と同じ回路です。

こちらがブレッドボード図。

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品はRGBダイオードと抵抗のみなので簡単に接続できます。

使用するポートは、アナログ出力ピンの「3、5、６」です。

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

Serial入出力のためのクラス復習

Lesson 14にて解説しましたが、覚えるという意味で再度軽く解説。

Serialクラスの機能を使うためには、「serialパッケージをimport」する。

import processing.serial.*;

次に、Serialオブジェクトの生成処理。

生成するためには、Serialクラスのコンストラクタ使用。

Serial(parent, portName, baudRate);
parent：通常「this」を使用
portName：ポート番号（COM*）　デフォルト：COM1
baudRate：通信速度　デフォルト：9600

使用例
Serial Port; //シリアルクラスのオブジェクト、変数の設定
Port = Serial(this, COM3, 9600); //Serialオブジェクト生成、Portへ代入

Serialクラスの主なメソッドを紹介。

Serialクラス	内容
available()	読めるデータのバイト数を返す。戻り値が0より大きい場合、データを利用できる。
serial.list()	使用可能なシリアルポートのリストを返す。
read()	次の1バイトの読み込み。 0～255の値を返す。読めるバイトがないと-1を返す。データが使用可能かどうかを確認するために最初にavailable()で確認することを推奨します。
write()	バイト、文字、整数、バイト[]、文字列をシリアルポートに書き込みます。

詳しく知りたい方は、公式のホームページで確認！

Serial / Libraries

Send data between Processing and external hardware through serial communication (RS-232).…

実践スケッチ作成

ProcessingとArduinoを連携するためには、お互いにデータのやり取りをする必要があります。

本Lessonのデータのやり取りは、「Processing」　→　「Aruduino」。

ProcessingウィンドウのY座標の位置で色を選択できるようにする。

さらに、データの区切り位置および赤、緑、青となるマウスのX座標３つを0～255の数値としてArduinoへ送信。

Arduino側では、区切り文字と赤、緑、青に割り当てられた3つのデータからパルス変調しRGBダイオードを好きな色に光らせる。

といった動作になります。

Arduino側では、受信データである「区切り文字」「０～255」のデータに対して以下の動作をさせます。

区切り文字によって3色のデータを認識する
「0～255」のデータにあわせ、PWM（パルス変調）した波形をRGBダイオードへ送る

Processing側のスケッチはマウスの動作によって以下の文字を送信させます。

Y座標の位置を色情報に変換
X座標の位置を「0～255」のデータに変換して区切り文字とあわせてArduinoに送信

Arduino用　サンプルスケッチ

サンプルスケッチ（コード）を下記に示します。

アナログ出力である６、５、３番ピンを「OUTPUT指定」します。

次にProcessingから受信したデータを読み込む。

あとは、受け取った「0～２５５」の数値をanalogWrite()関数で出力するスケッチです。

//Lesson 16 Processing制御用のArduino用スケッチ
//ProcessingによるRGB制御
//https://omoroya.com/

int RED = 6;        //analog出力使用ピン
int GREEN = 5;      //analog出力使用ピン
int BLUE = 3;       //analog出力使用ピン
char firstByte, mx; //変数設定、1文字目とx座標の格納変数

void setup(){
  Serial.begin(9600);       //シリアル通信のデータ転送レートを設定しポート開放
  pinMode(RED, OUTPUT);     //RED（3番ピン）をOUTPUTと認識
  pinMode(GREEN, OUTPUT);   //GREEN（4番ピン）をOUTPUTと認識
  pinMode(BLUE, OUTPUT);    //BLUE（6番ピン）をOUTPUTと認識
  digitalWrite(RED, LOW);   //REDをOFF
  digitalWrite(GREEN, LOW); //GREENをOFF
  digitalWrite(BLUE, LOW);  //BLUEをOFF
}

// main loop
void loop(){
 
  //4つ以上の受信データがある場合if文内を処理
  if(Serial.available() > 3){
    firstByte = Serial.read(); //スタート文字を読みこむ
    
    //1つ目のデータがスタート文字である's'ならif文内実行
    if(firstByte == 's'){
      mx = Serial.read();     //2byte目のデータ読み込み（赤）
      analogWrite(RED, mx);   //赤に割り当てた明るさ変更
      mx = Serial.read();     //3byte目のデータ読み込み（緑）
      analogWrite(GREEN, mx); //緑に割り当てた明るさ変更
      mx = Serial.read();     //4byte目のデータ読み込み（青）
      analogWrite(BLUE, mx);  //青に割り当てた明るさ変更
    }
  }  
}

このスケッチもLesson 14同様にProcessingがなくても動かすことができます。

Aruduinoのシリアルモニタを立ち上げて、「s」「0～255」「0～255」「0～255」のデータを入力して送信することでLEDの輝度を調整することができます。

ただし、シリアルモニタでのデータのやり取りはASCIIコードとなります。

0を入力して送信しても、送っているデータは「０」ではありません。

簡単に確認したいのであれば、「s!~~]などを入力して送信してみてください。

それぞれ、s、33、126、126の入力に相当します。

本LessonのProcessingスケッチも、シリアルモニタをマウスに置き換えていると考えていただければ理解しやすいと思います。

Processing用　サンプルスケッチ

サンプルスケッチ（コード）を下記に示します。

mouseX、mouseY変数、mouseDragged()関数を使い、マウスのX座標をシリアルポートへ送信するスケッチとなります。

マウスを所望の位置で押しながら動かすと、赤、緑、青のゲージが動きその色のRGB色が上部に表示されます。

また、そのX座標の位置をArduinoへ送信することでリアルタイムにRGBダイオードの色を変化させています。

パソコンのRGB色とRGBダイオードの色が同じになるようにしました。

なかなか、面白いスケッチになったはず。

管理人、苦労したかいがありました。

まだ、Processingに慣れていないため3色のゲージを作るのに少々苦労しました。

//Lesson 16 Processing用スケッチ
//ProcessingによるRGBヂオード制御
//https://omoroya.com/

import processing.serial.*; //Arduinoと通信するためのライブラリの読み込み
Serial port;                //シリアル通信を行うための変数を定義

int xr=0, xg=0, xb=0;       //変数の設定

void setup() {
  size(256, 275);        //ウィンドウサイズ
  background(0);         //背景の色　黒
  
  println("Available serial ports:");
  printArray(Serial.list());                       //使用できるCOMポートの取得
  port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); //通信するポートと速度の設定、Arduinoと合わせる必要あり
}

void draw() {
  fill(0);              //ウィンドウ画面更新のため黒塗り
  
  //枠線作り
  stroke(255);          //枠線白
  rect(0,  0,  255, 50); //四角形描画
  rect(0,  50, 255, 50); //四角形描画
  rect(0, 100, 255, 50); //四角形描画
  rect(0, 150, 255, 50); //四角形描画

  //ゲージの作成
  fill(xr, xg, xb);      //RGBゲージの色
  rect(0,  0, 255, 50);  //マウスの位置に合わせて四角形描画
  fill(255, 0, 0);       //赤ゲージ色
  rect(0,  50, xr, 50);  //マウスの位置に合わせて四角形描画    
  fill(0, 255, 0);       //緑ゲージ色
  rect(0,  100, xg, 50); //マウスの位置に合わせて四角形描画
  fill(0, 0, 255);       //青ゲージ色
  rect(0,  150, xb, 50); //マウスの位置に合わせて四角形描画

  //テキストの作成
  fill(255);             //テキストの色、白
  textSize(16);          //フォントサイズ
  text("RGB", 110,  30); //テキスト描画
  text("R",   120,  80); //テキスト描画
  text("G",   120, 130); //テキスト描画
  text("B",   120, 180); //テキスト描画
  
  //RGB設定の各色の数値表示
  fill(0);                 //数値表示箇所の四角形の色、黒
  rect(0, 200, 255, 150);  //四角形描画
  fill(255);               //テキストの色、白
  textSize(16);            //テキストサイズ
  text("R:"+xr, 100, 225); //テキスト描画
  text("G:"+xg, 100, 245); //テキスト描画
  text("B:"+xb, 100, 265); //テキスト描画
}

//マウスを押しながら動かしている間の動作
void mouseDragged()
{
  if(mouseX >=0 && mouseX <= 255){             //X座標 0 <= x <= 255
  
    if(mouseY >= 50 && mouseY < 100){          //Y座標 50 <= Y < 100
      fill(255, 0, 0);                         //赤ゲージ色
      rect(0,  50, mouseX, 50);                //マウスの位置に合わせて四角形描画   
      xr = mouseX;                             //マウスの座標を変数に格納

    }else if (mouseY >= 100 && mouseY < 150){  //Y座標 100 <= Y < 150
      fill(0, 255, 0);                         //赤ゲージ色
      rect(0,  100, mouseX, 50);               //マウスの位置に合わせて四角形描画   
      xg = mouseX;                             //マウスの座標を変数に格納

    }else if (mouseY >= 150 && mouseY < 200){  //Y座標 150 <= Y < 200
      fill(0, 0, 255);                         //赤ゲージ色
      rect(0,  150, mouseX, 50);               //マウスの位置に合わせて四角形描画   
      xb = mouseX;                             //マウスの座標を変数に格納
    }
  }
  port.write('s');                         //データのスタート文字として"s"をシリアルポートへ送信
  port.write(xr);                          //赤の明るさシリアルポートへ送信
  port.write(xg);                          //緑の明るさシリアルポートへ送信
  port.write(xb);                          //青の明るさシリアルポートへ送信
}

補足事項
通信速度、COMポートの番号はArduinoと合わせる必要があります。
COMポートはAruduinoがつながっている番号であり、デバイスマネージャで確認可能。