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ProcessingとArduino間情報交換

　ProcessingとArduinoは、シリアルインタフェースで接続します。



　シリアルインタフェースでのデータ交換ができるように
　送信、受信のインタフェースを用意します。

　Processingスケッチが動作しているマシンがWindowsであれば
　通信インタフェースは、デバイス名COM1からはじまる送受信の
　どれかのインタフェースになります。

　COMのどこにArduinoが接続されているのかを知るため
　　Serial.list()
　を利用します。

　Serialは、Processingではビルトインのクラスなので
　定義しないで使えます。実際にどのCOMポートが使える
　のかを表示するには、printlnでリストを出しておき
　ます。

　　println(Serial.list());

　上の処理では、使えるCOMポートの一覧が出てくるので
　どこにArduinoが接続されているのかは、ArduinoIDEで
　確認します。
　自分の環境では、次のリストが表示されました。

   COM1 COM3 COM5 COM15 COM17

　COM15、COM17はUSB/シリアルのアダプタで接続した
　機器になっています。
　COM17が、Arduinoへと接続されているので、Serial.list()
　を配列としてみれば、添字は４。

　Processingスケッチでの認識には、クラスインタンスに
　してからと考えます。

  // include serial class library
  import processing.serial.*;

  // declare class library
  Serial cport;

  // assign class instance
  String arduinoPort = Serial.list()[4];

  // initialize serial port
  cport = new Serial(this,arduinoPort,9600);
  cport.clear();
  cport.bufferUntil('\n');

　COMx(x=1,2,..)はWindowsの場合で、Unix系のOSでは
　「/dev/...」のようにデバイスファイルを利用。

　情報交換には、ProcessingとArduinoの双方のスケッチに
　コマンドインタプリタを用意して対応するのが簡単。



　コマンドインタプリタは、受信内容を解析後、対応した
　処理を実行しますが、受信割込みを使うと効率よく動作
　を記述できます。

　コマンドインタプリタを使うには、プロトコルを規定して
　齟齬がないようにします。

　自分が実践しているプロトコル規定は、以下。

コマンドは英大文字の１文字で表現
なるべくコマンド数は減らす
パラメータはコマンド１文字に続ける
パラメータは判読できる数字にする
コマンド、コマンド＋パラメータは'\r'で終端する
受信バッファサイズは４文字の倍数にする
受信バッファは配列sbufとする
なるべくデフォルト転送速度9600bpsを利用
コマンドインタプリタを、イベントフラグで起動する

　上の規定から、コマンドインタプリタの基本形態は以下。

  /* command interpreter */
  if ( uflag == ON ) {
    /* clear flag */
    uflag = OFF ;
    /* new line */
    crlf() ;
    /* command */
    cmd = sbuf[0] ;
    /* help */
    if ( cmd == '?' ) { show_help() ; }
    /* command A */
    if ( cmd == 'A' ) {
      /* ??? */
    }
    /* command B */
    if ( cmd == 'B' ) {
      /* ??? */
    }
    /* command C */
    if ( cmd == 'C' ) {
      /* ??? */
    }
  }

　コマンドインタプリタを入れるブロックは、Processingでは
　draw()、Arduinoではloop()とします。

　Processing側は、コマンドを送信し、受信情報から
　図形を描画するコマンドインタプリタを書くことに。

　コマンド送信には、マウスを利用します。

　マウスカーソルを矩形領域に持っていき、左クリックで
　コマンドを送信します。

　下のような画面をイメージするとわかりやすいでしょう。



　ボタン操作を担当する矩形領域表示は、アイコンを作成し
　イメージとして入力後、貼り付ける操作で対応。

　アイコンとなる画像フォーマットは、JPEG、GIF、PNGの
　いずれかの形式で作成しておけばよいでしょう。

　静的画像入力は関数setup、貼付けは関数drawで。

PImage imgGet;
PImage imgExit;

void setup()
{
  /* main window */
  size(320, 240);
  /* button get color image */
  imgGet = loadImage("gbtn.png");
  /* button Exit image */
  imgExit = loadImage("ebtn.png");
}

void draw() {
  image(imgGet,20,20);
  image(imgExit,200,200);
}


　画像ファイルは、スケッチを入れたディレクトリの
　サブディレクトリ「data」に格納しておきます。

　コマンド送信は、マウスの左ボタンクリックで担当する
　ので、カーソル位置での判定を入れて対応します。

    int BX = 20 ;
    int BY = 20 ;
    int BW = 60 ;
    int BH = 20 ;

    boolean isRangeOk(int x,int bx,int ex)
    {
      boolean result ;
      /* default */
      result = false ;
      /* judge */
      if ( bx <= x && x <= ex ) { result = true ; }

      return result ;
    }

　　void mouseClicked()
    {
      /* LEFT button */
      if ( mouseButton == LEFT ) {
        /* get color button */
        if ( isRangeOk(mouseX,BX,BX+BW) &&
             isRangeOk(mouseY,BY,BY+BH)     ) {
          cport.write('G');
          cport.write('\r');
        }
        /* Exit button */
        if ( isRangeOk(mouseX,BX+180,BX+BW+180) &&
             isRangeOk(mouseY,BY+180,BY+BH+180)    ) {
          exit();
        }
      }
    }

　コマンドの送信ができれば、シリアルインタフェースを
　利用して情報を受信します。

　１レコード分のデータが揃うまで受信バッファに
　情報を保存していきます。１レコードが揃った時
　関数drawへ、フラグで通知します。

       byte[]  sbuf ;
       byte    sindex ;
       boolean uflag ;

       void serialEvent(Serial p)
       {
         byte ch ;

         if ( cport.available() > 0 ) {
           ch = (byte)cport.read();
           /* judge */
           if ( ch == '\r' ) {
             uflag = true ;
             sindex = 0 ;
           }
           /* store */
           sbuf[sindex] = ch ;
           /* update */
           sindex++ ;
         }
       }

　受信情報をどう扱うのかは、関数drawで決めます。

    int XDIV = 40 ;

    int xr ;
    int xg ;
    int xb ;

    int xwr ;
    int xwg ;
    int xwb ;

    boolean dflag ;

    byte get_hex(byte x)
    {
      byte result ;
      /* default */
      result = 0 ;
      /* convert */
      if ( '0' <= x && x <= '9' ) { result = x - '0' ; }
      if ( 'A' <= x && x <= 'F' ) { result = x - 'A' + 10 ; }
      if ( 'a' <= x && x <= 'f' ) { result = x - 'a' + 10 ; }

      return result ;
    }

    void draw()
    {
      /* draw button */
      image(imgGet,20,20);
      image(imgExit,200,200);
      /* data handling */
      if ( uflag == true ) {
        /* clear flag */
        uflag = false ;
        /* get color values */
        xr = 0 ;
        xg = 0 ;
        xb = 0 ;
        for ( int i = 1 ; i < 5 ; i++ ) {
          /* multiply */
          xr *= 10 ;
          xg *= 10 ;
          xb *= 10 ;
          /* digit -> value */
          xr += get_hex( sbuf[i]   ) ;
          xg += get_hex( sbuf[i+4] ) ;
          xb += get_hex( sbuf[i+8] ) ;
        }
        /* send draw */
        dflag = true ;
      }
      /* update color bar */
      if ( dflag == true ) {
        /* clear flag */
        dflag = false ;
        /* resize */
        xwr = xr / XDIV ;
        xwg = xg / XDIV ;
        xwb = xb / XDIV ;
        /* red bar */
        fill(255,  0,  0); rect(80, 80,xwr,20);
        /* green bar */
        fill(  0,255,  0); rect(80,100,xwg,20);
        /* blue bar */
        fill(  0,  0,255); rect(80,120,xwb,20);
      }
    }

　やっていることは単純です。

　受信バッファのデータを取出し、加工後、帯状に表示。

　不可視情報を可視化するため、図形描画しています。
　必要な処理は、以下に限定しました。

Arduinoに情報を要求
Arduinoの出力情報を、割込みで受取る
Arduinoの出力情報は、受信バッファに格納
情報が揃ったことをフラグで通知
情報を加工後、帯状に表示

　ProcessingとArduino間の情報交換は、この程度に
　とどめておきます。

　クラス定義による汎用の情報交換メカニズムを
　用意できますが、基本はここまでの内容で充分
　だと思います。

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