Processing 入門 Lesson 20 【ポテンショメータ】

Processing 入門
Lesson 20
【ポテンショメータ】

こんにちは、管理人のomoroyaです。

ProcessingのLesson、久しぶりに更新。

最近、記事を更新する時間が限られている管理人にです！

Lesson 19は【スイッチとLED】ということでスイッチのON、OFFをProcessing上で表現するスケッチを描きました。

また、Lesson 19からは「Arduino」　→　「Processing」へと情報の流れもこれまでと逆パターン。

Lesson 20で使用する電子部品は【ポテンショメータ】です。

本LessonではArduino入門編で遊んだ「ポテンショメータ」を思い出しながら学習です。
※ポテンショメータ：可変抵抗器のことです。

本Lessonも情報の流れは、「Arduino」　→　「Processing」。

Arduinoで取得したデータをProcessingで処理する学習。

前回同様、理解しやすいように使用する電子部品は少なくします。

「ポテンショメータ」のみを使った回路で学習していきましょう。

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 20 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
Amazonでお得に買う方法

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ではポテンショメータの抵抗変化をProcessingに表現させます。

その、ポテンショメータの抵抗値の情報をArduinoからパソコンへ送信。

Processingで処理して画像で表現するということになります。

「ポテンショメータって何？」という場合は、下記を読んでおくと理解しやすいはずです。

Arduino 入門 Lesson 12 【ポテンショメータ編】

「Arduino」を使ったマイコンプログラミングを子供と一緒に学習するブログ。本日はLesson 12 ポテンショメータ編です。ポテンショメータを利用して電圧値を読み取ることでanalogRead関数について理解します。色んな電圧値を測定し…

【中華製電子部品レビュー】抵抗値チェックしてみた！『ポテンショメータ』

当サイトの記事内で使用している電子部品。管理人、遊び、学習で使う電子部品は中華製の電子部品を主に購入。中華製の電子部品ってどうなの？と思われる方もいるかと思います。そこで、記事内で使用したり、紹介している電子部品をメモ代わりレヴュー。購入す…

Lesson 20 目標

本Lessonの目標は以下の2点です。

1．Arduino →　Processingの通信方法を理解
2．ポテンショメータの復習

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。

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
PCとUNOを接続するUSBケーブル
ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
WH148 ポテンショメーター
M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

ポテンショメータはお好みで。

タイプは好みで、つまみあり、なし。

KKHMF 抵抗器パック100Ω-1M 青い白い水平可変抵抗バッグ横型調節可能 13種類各種5pcs

KKHMF

GTIWUNG ポテンショメータ B5K B10K B20K B50K B100K オーム WH148 ポテンショメーターノブ音量制御ロータリー 3ターミナルリニアテ Bタイプ 15mm 20個セット赤、黄、青、白、ブラック・ノブ（WH148）キット

GTIWUNG

上記が在庫切れの場合は下記なども。

GTIWUNG

可変抵抗器、半固定抵抗器など用途にあわせてご購入ください。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めのメスーオスが使いやすい場合も。

uxcell ジャンプワイヤコネクタラインジャンパーケーブル 1P-1P 40P 10cm メスオス

uxcell

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）を描きましょう。

ポテンショメータの抵抗値をPC上で表現していきます。

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

「ポテンショメータ（10Kohm）」のみの回路となります。

Arduino 入門 Lesson 12 【ポテンショメータ編】と同じ回路です。

利用するピンも同じA3番ピン。

回路図がこちら。

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。

部品はポテンショメータ（10Kohm）のみのため簡単に接続できます。

使用するポートは、Analog IOの「A3」電源の「5V」「GND」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、「Arduino」　→　「Processing」。

Lesson 18までとは逆方向、Lesson 19とは同じ方向になります。

流れとしては以下となります。

ポテンショメータの値をArduinoのアナログピンで読み取る。
読み取った値をパソコン側へ伝える。（送信）
受け取ったデータを抵抗値に変換。
Processingウィンドウで抵抗値がわかるようにグラフィックを描画。

といった動作！

Arduino側は、ポテンショメータの値を1バイトの数値としてパソコンへ送信。

A3番ピンで読み取ったデータをSerial.write()関数で送信
1バイト送信のため4で割って送るのがミソ

Processing側のスケッチは送られてきたデータによってグラフィックを描画。

送られてきたデータをread()関数で読み込み
データを256で割って10を掛けることでKohmに変換
数値と円のグラフィックを表示

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。

アナログ入力であるA3番ピンを使用します。

//Lesson 20 Processing制御用のArduino用スケッチ
//Processingによるポテンショメータの抵抗値　グラフィック描画
//https://omoroya.com/

const int analogPin =3;  //アナログ入力ピンを3番に設定
int val = 0;             //読み取り値の変数設定

void setup() {
  Serial.begin(9600);    //シリアル通信のデータ転送レートを9600bpsで指定。bpsはビット/秒。
}

void loop(){
  val = analogRead( analogPin ); //ピンの値を読み取り
  Serial.write( val/4 );         //1バイトのデータに変換するため4で割る
  delay(100);                    //100m秒（0.1秒)ごとに表示させるための遅延
}

このスケッチはProcessingがなくても動作を確認することができます。

Aruduinoのシリアルモニタを立ち上げてみてください。

ポテンショメータを動かす度にシリアルモニタに「何かが」が表示されるはずです。

ただし、シリアルモニタから送信するデータはASCIIコードであることに注意。

シリアルモニタに表示されるデータをProcessing側へ送っているということです。

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。

このスケッチで重要なところは、抵抗変換の式ぐらいでしょうか。

Kohm換算しています。

float型で計算していることに注意してください。

r_convert = float(val) / 256.0f * 10.0f;

width、height
ウィンドサイズのサイズ値が入っているということも覚えておくと図形描画に便利！

//Lesson 20 Processing用スケッチ
//Processingによるポテンショメータの抵抗値 グラフィック描画
//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 myPort;              //シリアル通信を行うための変数を定義
PFont  myFont;              //画面に表示するフォントの指定

int val = 0;                //グローバル変数の設定
float r_convert=0.0f;       //グローバル変数の設定
int w = 350, h = 350;       //円のサイズ

void setup() {
  size(400, 400);                         //ウィンドウサイズ
  background(200);                        //背景の色
  
  println("Available serial ports:");
  printArray(Serial.list());              //使用できるCOMポートの取得
  //printArray(PFont.list());             //使用できるFontの表示、わからないときに使用
  
  myPort = 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
  myFont = createFont("Meiryo UI Bold", 100);        //Font指定、サイズ100pt
  textFont(myFont);
  
  textAlign(CENTER);                   //文字揃え、中心
  stroke(0);                           //線の色を黒
  fill(0, 0, 255);                     //塗りつぶし色を青
  myPort.clear();                      //受信データをクリア
  ellipse(width/2, height/2, w, h);    //円を表示
  fill(255, 255, 0);                   //文字を黄色
  String sval = nf(val, 2, 2);         //表示桁数の制御
  textSize(100);                       //テキストサイズ100pt
  text(sval, width/2, height/2+50);    //テキストを中心に表示
  textSize(24);                        //テキストサイズ24pt
  text("Kohm", width/2, height/2+110); //テキストを中心に表示
}

void draw() {
  if(myPort.available() > 0){                //データがあるかないかの判断
    val = myPort.read();                     //データ読み込み
    r_convert = float(val) / 256.0f * 10.0f; //読み取った値をKohm抵抗に変換、floatで計算
    String sr_convert = nf(r_convert, 2, 2); //表示桁数の制御
    fill(0, 0, 255 - val);                   //抵抗値増 青色 -> 黒色へ
    ellipse(width/2, height/2, w, h);        //円を表示
    fill(255, 255, 0);                       //文字を黄色
    textSize(100);                           //テキストサイズ100pt
    text(sr_convert, width/2, height/2+50);  //テキストを中心に表示
    textSize(24);                            //テキストサイズ24pt
    text("Kohm", width/2, height/2+110);     //テキストを中心に表示
  }
}

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。

動作確認

では、さっそく動作を確認していきます。

Arduinoへスケッチ書き込み
Processingスケッチ実行
ポテンショメータを動かしてみる
ポテンショメータの動きにあわせて円の色と抵抗値が表示される

Processingのウィンドウ画面に●があわわれすます。

ポテンショメータを動かすと下記のように動作します。

抵抗値が０0.00の場合●
ポテンショメータを回して抵抗値を大きくしていくと、だんだんと●に近づく
ポテンショメータを回して抵抗値を小さくしていくと、だんだんと●に近づく

本Lessonではキャリブレーションをしていないため抵抗値は多少のずれが生じます。
精度を出したい場合はArduinoの電圧値など測定し、計算結果を補正してください。
最大値が10kohmになっていません。
Arduinoの電圧値が実際は5Vピッタリではないためであり本来は調整が必要です。

下記に動作させているときの写真をのせておきます。