Arduino язык программирования processing

Arduino и Processing. Как управлять микроконтроллером по COM порту. Двустороннее общение

Всем привет! В интернете бытует заблуждение, что для управления компьютером при помощи самодельной электроники нужны только специальные платы, которые могут распознаваться как USB HID устройства. А касаемо Arduino все только и говорят о Arduino Leanardo. Такие популярные библиотеки как Keyboard и Mouse, которые позволяют создавать эмуляцию работы мыши или клавиатуры посредством микроконтроллера предназначены только для пары плат Arduino, Leonardo в их числе.

Я расскажу о том, как наладить связь любого микроконтроллера Arduino (для примера взята Arduino Uno) и своей программы на Processing. Добавив ко всему прочему знания о Java, на котором основывается Processing, можно будет дописать проект под управление всем компьютером, а не только собственным приложением. Тема управления компьютером программой на Java не есть чем то секретным, погуглите и все найдете, уверяю вас.

Скачиваем среды для разработки (IDE)

Существует много интегрированных сред разработки для программирования микроконтроллеров на чистом Си. Из них можно отметить самые удобные: Atollic, Eclipse, Keil.

Однако для простоты и доступности данного руководства я буду использовать редактор Arduino IDE и писать на Ардуино Си. Скачать такой редактор можно с официального сайта Arduino.

Среду разработки для программирования на Procrssing так же можно скачать с официального сайта.

Стоит отметить, приличия ради, что данные IDE очень похожи, потому что написаны на одном движке. И когда создавался Arduino основатели старались как можно больше упростить свой редактор кода, как это и было сделано в Processing редакторе.

Arduino. Собираем схему и пишем код

В данном примере я буду использовать Arduino Uno. К ней будет подключена кнопка, потенциометр и светодиод. Соответственно я могу выдавать логический 0 или 1. Читать логический 0 или 1. И проводить Аналого-цифровое преобразование(ADC или АЦП), получая числа от 0 до 1023 (в Arduino Uno 10-ми разрядный АЦП) в зависимости от положения потенциометра. Большего для примера и не нужно, так как это основные функции, которые может делать микроконтроллер.

На схеме светодиод анодом подключен к 5V через ограничивающий резистор ( минимум 220 Ом, желательно 500 Ом), катодом к пину D11. Кнопка замыкает землю и пин D2. Потенциометр меняет потенциал на пине A1.

Задача микроконтроллера следующая: Если по последовательному интерфейсу (Serial COM port) приходит сообщение «LED — H» — засветить светодиод. Если приходит сообщение «LED — L» — затушить светодиод. Каждые 250мс отправлять сообщение в последовательный порт (в данном случае на экран компьютера) сообщение «Pot — » и число, полученное аналоговым чтением пина A1. При нажатии кнопки единожды отсылать сообщение «Button is pressed!».

Вот мое предложение решения данной задачи (не пример для подражания):

#define pinPot A1 #define pinLed 11 #define pinBtn 2 void setup() < pinMode(pinPot, INPUT); pinMode(pinLed, OUTPUT); pinMode(pinBtn, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); Serial.println("The program starts.\n\n"); >void loop() < /* INITIAL VARIABLES. Segment 1 */ static char potMes[] = "Pot - "; static char btnMes[] = "Button is pressed!"; static char passLight[] = "Led - "; static int passLength = sizeof(passLight) - 1; static int sizepm = sizeof(potMes) - 1; static int sizebtn = sizeof(btnMes) - 1; static bool flagLedState = LOW; static bool flagBtnPress = false; static long int curTime = 0; static const int period = 200; static bool flagEnableRead = false; /* INITIAL VARIABLES. Segment 1 */ /* FUNCTIONS CALL. Segment 2 */ /* * Led is attached to HIGH voltage from one side * And to pin on the other side * By that the inverting logic */ ReadSerialForLed(passLight, passLength, &flagLedState); digitalWrite(pinLed, !flagLedState); /* * Button pin always is pulled to the HIGH voltage * And only when button is pressed - Voltage on pin goes to GROUND * So it is need to invert logic when read pins */ if(!Bounce(pinBtn) && flagBtnPress == false)< for(int i = 0; i < sizebtn; i++)< Serial.write(btnMes[i]); >Serial.print("\n"); flagBtnPress = true; if(!flagEnableRead) < curTime = millis(); flagEnableRead = true; >>else if(Bounce(pinBtn)) < flagBtnPress = false; >/* * Read and send Info "Pot - " + var Only after first press on button * Every 'period'ms */ if(millis() - curTime > period && flagEnableRead) < SendData(pinPot, potMes, sizepm); curTime = millis(); >/* FUNCTIONS CALL. Segment 2 */ > /* * Pot - pin with potentiometer * pMes - Array with message before Pot value * sp - size of potentiometer message */ void SendData(int Pot, char* pMes, int sp) < static int varP[2]; varP[0] = analogRead(Pot); varP[1] = varP[0]/256; // 0 - 3 (256 - 1024) varP[0] = varP[0]%256; // 0 - 255 //Send Message for(int i = 0; i < sp; i++)< Serial.write(char(pMes[i])); >//Send 2 bits of data //Serial.write(varP[0]); //Serial.write(varP[1]); Serial.print(analogRead(Pot)); Serial.print("\n"); > /* * Function, which is reads button pin with the bounce */ bool Bounce(int btn)< if(digitalRead(btn) == true)< delay(15); if(digitalRead(btn) == true)< return true; >else < return false; >>else < return false; >> /* * If Message from Serial port, which you read will be the same to passLight * So look at the next symbol after Pass Message. If it is symbol 'H' - make LED to light * If it is 'L' - make LED off. */ void ReadSerialForLed(char *passLight_f, int passLength_f, bool* flagLedState_f) < static char sym; static int cntPass = 0; static bool readyGetLed = LOW; while (Serial.available() >0) < sym = Serial.read(); if(sym == passLight_f[cntPass] && !readyGetLed)< cntPass++; >else if (!readyGetLed)< cntPass = 0; >else if(readyGetLed)< if(sym == 'H')< *flagLedState_f = HIGH; >else if(sym == 'L') < *flagLedState_f = LOW; >> if(cntPass == passLength_f) < readyGetLed = HIGH; >> >

Комментарий: Светодиод подключен анодом к питаю. Это инвертирует логику состояния светодиода и больше никакой пользы не приносит. Кнопка не обвязана подтягивающим резистором из соображений экономии, так как в Arduino Uno имеются встроенные подтягивающие резисторы, которые включаются в схему при инициализации пина в режим INPUT_PULLUP.
Так же в прошивке сообщения о значении снятого с потенциометра отсылаются только после первого нажатия на кнопку!

Что бы залить прошивку в плату не забывайте выбрать порт и плату.

Если вы не знаете какой COM порт у вас отведен для платы Arduino, то на Windows заходим в
Панель управления -> Диспетчер устройств и нажимаем на вкладку «Порты COM»

Если у вас COM порт не подписан как у меня — всегда можно отсоединить Arduino и посмотреть который порт пропадет. А вот если никакой не пропал и Ардуина вовсе не распознается компьютером — значит пора поискать решение в интернете. Но начните с обновления драйверов или смены платы.

Когда все получится — попробуйте открыть монитор порта и ввести «Led — H», «Led — L», по нажимайте на кнопку, покрутите потенциометр и смотрите на экран, все ли правильно выводится.

Наигрались — поменяйте слегка код.

Замените последнюю строку кодом из комментария.

 //Send 2 bits of data //Serial.write(varP[0]); //Serial.write(varP[1]); Serial.print(analogRead(Pot));

Теперь значения с потенциометра не будут выглядеть читабельными, но такой маневр требуется для программы на Processing.

Processing. Пишем программу, которая взаимодействует с микроконтроллером

Суть связи программы на Processing и микроконтроллера очень проста. Для этого языка программирования существует библиотека Serial, которая позволяет принимать сообщения, отправленные как Serial.write(); , а так же позволяет отправлять сообщения как Serial.print(); . Важно отметить, что при подобной отправке сообщения оно будет записано в буфер порта, а значит будет прочитано микроконтроллером. Так что нам осталось только подключиться к нужному Serial порту и принимать/отправлять на него сообщения.

Следующая программа подключит библиотеку Serial и напишет в консоли редактора список всех COM портов, к которым можно подключиться.

import processing.serial.*; void setup() < String[] port = Serial.list(); for(int i = 0; i < port.length; i++)< print("Port number #" + i + " "); println(Serial.list()[0]); >> void draw() <>

Когда вы напишете код в редактор и нажмете на кнопку «Пуск» (стрелочка 1 на картинке), то появится окно приложения(2) и в консоли(3) выведется список COM портов.

У меня только один такой COM порт и в листе, как в массиве, он будет находиться под номером 0. Из этих соображений объекту класса Serial: Serial port; при его создании будет указан именно первый элемент списка портов port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600);

Залейте в Ардуину нашу последнюю прошивку с изменением. После чего напишите вот эту программу и запустите ее. В ней Каждые 500 миллисекунд отправляется сообщение в COM порт потушить или зажечь светодиод. И если все у вас сделано правильно, то после запуска приложения светодиод должен мигать.

import processing.serial.*; Serial port; // Create object from Serial class void setup() < port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); >void draw()

Или вот другой пример. Светодиод будет менять свое состояние после любого нажатия на окно приложения (размеры которого 800х800px) кнопкой мыши.

import processing.serial.*; Serial port; // Create object from Serial class int cnt = 0; void setup() < size(800, 800); port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); >void draw()<> void mousePressed() < cnt++; if(cnt % 2 == 1)< port.write("Led - H"); >else < port.write("Led - L"); >>

Processing. Пример многофункционального приложения

Данное элементарное приложение симулирует «полет в космосе», если это можно так назвать. Значение с потенциометра изменяет скорость полета, нажатие на кнопку меняет направление полета. А любое нажатие кнопки мыши на окно приложения — меняет состояние светодиода (да, ничего оригинальнее я не придумал).

Мой код далек от совершенства, не принимайте его как хороший пример. Это просто пример, который работает. Вот, собственно, он.

import processing.serial.*; Serial port; // Create object from Serial class int val; // Data received from the serial port (symbol) int pot; // Data from potentiometer String potMes = "Pot - "; String btnMes = "Button is pressed!"; int cntPM = 0; // Counter Potentiometer Message. // When it equals to length of Pot Mess - get value. int cntBM = 0; int cntBtnPress = 0; int cntMousePress = 0; Star[] stars = new Star[1000]; float speed; int dir = 1; void setup() < size(800, 800); for(int i = 0; i < stars.length; i++)< stars[i] = new Star(); >frameRate(60); // 60 Frames per second port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); // Wait for first message from Arduino delay(2000); while (port.available() > 0) < val = port.read(); print(char(val)); >> void draw() < if (port.available() >0) < val = port.read(); cntPM = CheckSymbol(potMes, cntPM, char(val), cntPM); cntBM = CheckSymbol(btnMes, cntBM, char(val), cntBM); >DrawRain(pot, 0, 1023); > void DrawRain(int speed_f, int min, int max) < background(0); translate(width/2,height/2); speed = dir*map(speed_f, min, max, 0, 50); for(int i = 0; i < stars.length; i++)< stars[i].go(); stars[i].update(); stars[i].show(); >> int CheckSymbol(String mes, int index, char sym, int ret_val)< if(mes.charAt(index) == sym && ret_val < (mes.length() - 1))< return (ret_val + 1); >else if( ret_val == (mes.length() - 1) && mes.equals(potMes) ) < if(port.available() >0) < pot = port.read(); // First 0-255 value >if(port.available() > 0) < pot += 256*port.read(); // Last 2 bits 256 - 1024 >>else if( ret_val == (mes.length() - 1) && mes.equals(btnMes) ) < cntBtnPress++; dir = -dir; >return 0; > void mousePressed() < cntMousePress++; if(cntMousePress % 2 == 1)< port.write("Led - H"); >else < port.write("Led - L"); >>

Заключение

Думаю, нужно написать, что идею последней программы я подцепил у одного программиста — Daniel Shiffman, который снимает ролики, понятные даже детям, о программировании на Processing (решено более 140 визуальных задач).

Когда я пытался сам разобраться в том что и как нужно делать для связи Processing и Arduino мне очень помогли вот эти сайты:

Источник

Processing. Урок 12. Ардуино

Привет! Можно ли связать приложение в компьютере и схему на основе Ардуино? Конечно, можно. Для этого даже существует специальный язык программирования Processing. Хотя данные между компьютером и платой передаются через последовательный порт, так что вы можете использовать любой язык поддерживающий работы через com порт.

В этом уроке нам понадобятся класс и функции для работы с com портом. Для этого у нас уже были уроки. Посмотрите их если уже забыли или пропустили.

С помощью языка программирования Processing мы сможем создать приложение для windows, osx или linux и считывать данные с последовательного порта.

Для того, чтобы выполнить этот урок нам понадобиться.

• Ардуино UNO
• Макетная плата
• Перемычки
• Потенциометр
• Кабель USB

Processing

Это открытый язык программирования, основанный на Java. Программа на Processing называется скетч так же как и в Ардуино. Ну и язык программирования Ардуино основан на Processing. Так что даже среда разработки выглядит одинаково.

Скачаем среду разработки на официальном сайте. http://processing.org

Устанавливать ее не нужно, можно сразу запустить.

Схема и программа Ардуино

Наша цель сегодня собрать схему на Ардуино. Передать данные от потенциометра. И считать данные в программе на компьютере.

Соберем простую схему с двумя потенциометрами. Подключим их к портам А0 и А1.

А на плату Ардуино загрузим простой скетч. Который считает данные из портов А0 и А1 и запишет их в последовательный порт.

const int POT0=0; const int POT1=1; int val0; int val1; void setup() < Serial.begin(9600); >void loop()

Отправлять данные будем одной строкой. Но разделим один потенциометр от другого точкой. После записи данных со второго потенциометра отправим символ перевода строки.

Прошиваем Ардуино и можем убедиться, что программа и схема работают правильно, если откроем монитор порта и покрутим ручки в разные стороны.

Processing программа

Теперь осталось написать программу для считывания данных из com порта и их обработки. Откроем IDE processing и напишем простую программу.

Подключим класс для работы с последовательным портом и создадим объект port.

import processing.serial.*; Serial port;

Объявим все необходимые переменные.

float dataFloat = 0; int dataInt = 0; String strData; String[] listData = ;

В функции setup() создадим окно программы размером 255 на 255 пикселей.

Откроем последовательный порт для работы и настроим считывание до обнаружения специального символа конца строки.

Настроим событие, которое сработает, если на последовательном порту появятся данные. Мы можем считать данные в переменную float. Таким образом у нас появятся данные с двух потенциометров. Но с первого в целой части, а со второго в дробной.

Чтобы разделить их по разным переменным, преобразуем float в string и разделим ее на элементы массива.

void serialEvent(Serial port) < dataFloat = float(port.readStringUntil('\n')); // Получить переменную dataInt = int(dataFloat); strData = str(dataFloat); listData = split(strData, '.'); println( listData[0] ); println( listData[1] ); >

Теперь осталось перерисовать окно программы. Для этого есть функция draw(). Она работает как цикл loop() в Ардуино. Постоянно выполняет код внутри функции. Передадим в нее переменные, которые мы вычислили из последовательного порта.

Полный текст программы

// код программы Processing import processing.serial.*; Serial port; float dataFloat = 0; int dataInt = 0; String strData; String[] listData = ; void setup() < // Размер окна size(255, 255); port = new Serial(this, "COM5", 9600); // Инициализация // последовательного порта port.bufferUntil('\n');// Символ конца строки >void draw() < background(0, 0, dataFloat); stroke(255); line(float(listData[0]), float(listData[1]), mouseX, mouseY); >// Перерисовать окно void serialEvent(Serial port) < dataFloat = float(port.readStringUntil('\n')); // Получить переменную dataInt = int(dataFloat); strData = str(dataFloat); listData = split(strData, '.'); println( listData[0] ); println( listData[1] ); >

В целом программа напоминает программу на Ардуино. Языки программирования очень похожи друг на друга.

В итоге мы увидим окно программы. Цвет которого будет реагировать на первый потенциометр. И прямую линию, которая будет перерисовываться из точки определенной двумя потенциометрами и курсором.

Заключение

Мы рассмотрели использование языка программирования Processing. И написали простую программу для обмена данными между Ардуино и программой в компьютере. В следующий раз, наоборот, попробуем использовать приложение на компьютере для управления схемой на Ардуино.

Источник