Processing 入門 Lesson 23 【超音波距離センサ】

Processing 入門
Lesson 23
【超音波距離センサ】

こんにちは、管理人のomoroyaです。

ProcessingのLesson、かなり久しぶりに更新。

なかなか、先に進みませんが気長に行きます。

Lesson 19からは「Arduino」　→　「Processing」への情報の流れを学習中。

センサから得られたデータを処理するためには、この流れを理解する必要があります。

もうしばらく、色々なセンサで遊んでいきます。

Lesson 23で使用する電子部品は【超音波距離センサ】です。

本LessonではArduino入門編で遊んだ「超音波距離センサ」を思い出しながら学習です。

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。

「超音波距離センサ」のみを使った回路で学習していきましょう。

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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。

本日も楽しんでいきましょう。

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 23 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では超音波距離センサで得られた距離（時間）をProcessingに表現させます。

超音波距離センサの情報を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。

「超音波距離センサって何？」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 10 【超音波距離センサ編】

「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 10超音波距離センサ編です。超音波を飛ばして、帰ってくるまでの時間から距離を測定します。距離を測定することで人間には聞こえない「やまびこ」を体…

Arduino 入門 Lesson 17 【簡易距離計編】

本日はLesson 17 簡易距離計編です。本Lessonでは、液晶ディスプレイ＋電子部品に挑戦です。今回は超音波センサで取得した値を液晶に表示させることが目標です。これで、ちょっとした「距離計」の完成です。電池などでArduinoの電源を…

Lesson 23 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．超音波距離センサの復習

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）
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M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

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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。

超音波距離センサの距離を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

「超音波距離センサ」のみの回路となります。

Arduino 入門 Lesson 10 【超音波距離センサ編】と同じ回路です。

利用するピンも同じ10、11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。

部品は超音波距離センサのみのため簡単に接続できます。

使用するポートは、digital IOの「10、11」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以降とは同じ方向になります。

流れとしては以下となります。

超音波距離センサで超音波が跳ね返ってくる時間を測定し距離を計算
計算した距離をパソコン側へ伝える（送信）
受け取った距離をProcessingウィンドウでグラフィックを描画。

といった動作！

Arduino側は、距離を数値としてパソコンへ送信。

pulseIn関数で読み取った時間を距離に変換しSerial.write()関数で送信

pulseIn(pin,value,timeout)

ピンに入力されるパルスを検出。
パルスのHigh期間またはLow期間をマイクロ秒単位で返します。
タイムアウトを指定した場合は、その時間を超えた時点で0を返します。
pin：パルスを入力するピンの番号
value：測定するパルスの種類、HIGHまたはLOW
timeout：タイムアウトまでの時間(マイクロ秒)、デフォルトは1秒、省略可

Processing側のスケッチは送られてきたデータをグラフィックで描画。

送られてきたデータをread()関数で読み込み
距離を棒グラフで描画する

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。

digitalピンの10、11番を使います。

基本はLesson 10と同じです。

//Lesson 23 Processing制御用のArduino用スケッチ
//Processingによる超音波センサ　グラフィック描画
//https://omoroya.com/

#define TrigPin 10  // Trigger Pin定義
#define EchoPin 11  // Echo Pin定義
 
long ProDelay  = 0; //Echo出力のHigh期間を格納する変数
long Distance = 0;  //計算した距離を格納する変数

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。
pinMode( TrigPin, OUTPUT ); //デジタル入出力の10番ピンをOUTPUTに指定
pinMode( EchoPin, INPUT );  //デジタル入出力の11番ピンをINPUTに指定
}

void loop() {
  digitalWrite(TrigPin, LOW); //10番ピンからLOWを出力
  delayMicroseconds(10);      //10us待機

  //超音波を出力するためのトリガ信号生成
  digitalWrite( TrigPin, HIGH ); //トリガ信号Highパルスエッジ
  delayMicroseconds( 10 );       //トリガ信号パルス幅10usを生成
  digitalWrite( TrigPin, LOW );  //トリガ信号Lowパルスエッジ
  
  ProDelay = pulseIn( EchoPin, HIGH ); //11番ピンに入力されるEchoピンのHigh期間を測定
  
  if (ProDelay > 0) {                  //0を越えていたら下記を実行
    Distance = 340*ProDelay/2/10000;   //音速340us/sとして距離の計算とcmへの換算
    Serial.write(Distance);            //シリアルモニタに計算した距離を表示
  }
  delay(100);                         //100ms待機
}

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。

このスケッチは受け取った距離を棒グラフ（ゲージ）として表示しています。

//Lesson 23 Processing用スケッチ
//Processingによるによる超音波センサ　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 distance =   0;
int x = 200, y= 60;
int val1     = 100;
int val2     = val1/50;

void serialEvent(Serial p){
  distance = myPort.read();
}

void setup(){
  size(1200,200);                      //ウィンドウサイズ
  background(0,0,0);                   //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
  myPort.clear();                                    //受信データをクリア
  myFont = createFont("Meiryo UI Bold", 80);         //Font指定、サイズ80pt
  textFont(myFont);
}

void draw(){
  background(0,0,0);          //画面の再描画
  
  //ゲージの下地描画
  fill(100,0,0);              //色指定
  rect(x, y, 800, 65);        //ゲージの下地描画
  
  fill(255,255,0);            //色指定
  //横軸表示
  textSize(20);               //テキストサイズ
  textAlign(CENTER);          //中央揃え
  text(  0, x,        150);   //0
  text( 50, x+val1,   150);   //50
  text(100, x+val1*2, 150);   //100
  text(150, x+val1*3, 150);   //150
  text(200, x+val1*4, 150);   //200
  text(250, x+val1*5, 150);   //250
  text(300, x+val1*6, 150);   //300
  text(350, x+val1*7, 150);   //350
  text(400, x+val1*8, 150);   //400
  text("cm", x+val1*8+40, 150); //cm
  
  //距離ゲージ表示
  fill(255,255,0);               //色指定
  rect(x, y, distance*val2, 65); //横棒描画
  
  fill(255,0,0);                 //色指定
  //距離表示
  textSize(60);                  //テキストサイズ
  textAlign(RIGHT);              //右揃え
  text(distance, 350, 115);      //距離の表示
  
  //cm表示
  textSize(30);                  //テキストサイズ
  textAlign(LEFT);               //左揃え
  text("cm", 355, 115);          //cm表示


  
  delay(100);
}

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。