Arduinoを使ってPCからDCモーター制御(Node.js編)

　Arduinoを使ってDCモーター制御の続きです。モーターを回すことに成功したので、次はモーターを外部からの操作で制御することにチャレンジしてみます。

　外部記事¹を参考に、Node.jsを使ってArduinoをコントロール→モーターの制御までやってみました。

ArduinoというAVRマイコン、入出力ポートを備えた基板が面白いので、モーター制御するところまで遊んでみた。
このモーターの先を巻取りカーテンに挿して、Wifi経由で遠隔操作してリモートからカーテンの開け閉めとかできそう。https://t.co/G0rZRlrfS8
— いわもと　よしふみ (@yosi_iwa) March 25, 2018

　モータの回転をWeb経由で制御する仕組みは以下のようになっています。

環境

　以下のとおりです。

PC:Windows 10 Fall Creators Update
Arduino-UNO
Arduinoビギナーのためのモーター・リレー・ブザー制御入門

　前回の続きから、引き続きこの基盤を使ってモーターの外部操作を試みます。

下準備

Node.jsのインストール

　Node.jsからダウンロード→インストールでOKです。今回は9.10.1をインストールしました。

Johnny-five のインストール

　コマンドプロンプトより、C:\から"npm install johnny-five"します。
　インストール前に、"npm init"しておき、package.jsonを作成しておくと良いです。
　他のディレクトリからインストールしようとすると、そのディレクトリからの相対パスでnode_modules以下ができてしまうので注意。
　間違った場所にnode_modulesができても、node_modulesごと消して再インストールで良さそうです。

インストール例

C:\Users>cd c:\
c:\>npm install johnny-five

> serialport@6.0.5 install c:\node_modules\firmata\node_modules\serialport
> prebuild-install || node-gyp rebuild

（中略）

c:\node_modules\serialport\build\Release\serialport.node successfully
prebuild-install info install Successfully installed prebuilt binary!
npm WARN saveError ENOENT: no such file or directory, open 'c:\package.json'
npm WARN saveError EPERM: operation not permitted, open 'c:\package-lock.json.769635733'
npm WARN enoent ENOENT: no such file or directory, open 'c:\package.json'
npm WARN !invalid#1 No description
npm WARN !invalid#1 No repository field.
npm WARN !invalid#1 No README data
npm WARN !invalid#1 No license field.

+ johnny-five@0.14.2
added 197 packages in 10.887s

　以下のようなWARNINGが出てしまった場合、package.jsonが生成されていないことが原因なのですが、インストール自体が成功している場合は次の手順に進んでも構いません。

packagel.jsonに関するWARNING

npm WARN saveError ENOENT: no such file or directory, open 'c:\package.json'

Arduinoライブラリ設定

　GitHub - firmata/arduino: Firmata firmware for Arduinoの右上Clone or downloadよりDownload ZIPを選択、ZIPモジュールをダウンロードします。
　Arduino IDEを起動し、スケッチ→ライブラリをインクルード→.ZIP形式のライブラリをインストールのあと、ダウンロードしたZIPモジュールを指定してインストールすれば使えるようになります。

　その後、スケッチ例→Firmata→StandardFirmataと選択し、StandardFirmataのコードを表示させ、マイコンボードに書き込み準備完了です。
　書き込み完了後、Arduino側でNode.jsからの命令を受け付けるようになります。一度書き込みが済んでしまえば、Arduino側に新しいコードを書き込まなくても色々なことを実行できるのは便利ですね。

Hello wordを試す

　準備ができたら、Johnny-Five Hello Worldを試してみます。
　Windowsの場合ポート指定が必要なため、サイトのソースをそのまま実行できないため注意が必要です。
　サイトの図のように基盤にLEDを指していなくても、基板上のオレンジLEDの点滅を確認できます。

基板上のLED点滅

var five = require("johnny-five");
var board = new five.Board({port:'COM5'});			// Windowsの場合、必ずポートを指定する

board.on("ready", function() {
  console.log("Ready!");
  var led = new five.Led(13);

  led.blink(500);

});

Node.jsでモーター制御

　Johnny-FiveのDCモーターのサンプルコードJavaScript Robotics: Motor - Directionalを例に、モーターを回してみるコードを書いてみます。
　ソースコードはこのような感じになります。モーターを5秒間正回転させ、その後5秒間逆回転し、停止させます。
　環境によってはモーターの制御がうまくいかない場合があるかもしれません。その場合は、pins:の設定を見直してみてください。
　また、この環境だけの可能性がありますが、motor.forward()した後、モーターの回転を止める際にmotor.reverse()→motor.stop()の順で命令を送らないとモーターが止まらないため、ソースコードがそのような記載になっています。

MotorControlTest/motor_test.js

　ちなみに、プログラムによりモーターが一通り動いた後、>>プロンプトに続けてモーター制御のコマンドを入力すると、モーターの正回転・逆回転・停止を直接制御可能です。

コマンドを入力することでモーターの動きを制御

>> motor.reverse(80)
>> motor.stop()

Web経由でモーターの制御をするための準備

　PCからモーターの制御をするところまでできたので、次はWeb経由でモーターの制御をしてみます。
　Webから以下のようにフラグ情報を送ってあげて、Arduino側で受け取ったらフラグに応じた処理をさせてみます。

1:正回転
0:停止
-1:逆回転

　Web経由での情報の受け渡しにはGoogle Spreadsheetを使う方法を採用しました。²
　ソースコードはMotorControlTest/MotorControlApp.gsに記載しました。各関数の動きは以下のとおりです。
　コードが一通りできたら「ウェブアプリケーションとして導入」します。

doGet(e) : A1セルの値を取得
setFlag(e) : A1セルを1⇔-1に切り替える
setStopFlag(e) : A1セルに0をセット

　次に以下図のように、図形にスクリプトを割り当てます。図形を押すと、1・0・-1の切替ができるようにしてみます。

　Node.js側では指定したURLのBodyを取得するコードを実行します。
　上記の公開したアプリのURLを変数として実行させると、A1セルの値が返ってきます。図形をクリックしてA1の値を更新してみます。A1セルの変更がNode.js側でも拾ってこれたので、いよいよWeb経由での制御に進みます。

Web経由でのモータの制御

　ここまで来たら「Node.jsでモーター制御」と「Web経由でモーターの制御をするための準備」を組み合わせて、MotorControlTest/motor_control.js
というコードを書いてモーターの制御をスマホ経由で実施してみました。
　Goole SpreadSheetの図形はアプリからクリックができないようなので、FirefoxのPCモードから対象のスプレッドシートを開いてボタンを押しています。
　スプレッドシートの値の変更と、モーターの回転が連動していることが確認できました！

動かしたときのログ

>node motor_control.js
1522641390473 Connected COM5
1522641392494 Repl Initialized
>>
2018/04/02 12:56:32     Motor Cotroll Start!!
2018/04/02 12:56:32     Motor Stop!!
2018/04/02 12:56:32     Motor Stop!!
2018/04/02 12:56:32     Motor Reverse!!
2018/04/02 12:56:32     Motor Stop!!
2018/04/02 12:56:37Flag:0
2018/04/02 12:56:37     Motor Stop!!
2018/04/02 12:56:37     Motor Reverse!!
2018/04/02 12:56:38     Motor Stop!!

（中略）

2018/04/02 12:57:25Flag:-1
2018/04/02 12:57:25     Motor Stop!!
2018/04/02 12:57:25     Motor Reverse!!
2018/04/02 12:57:25     Motor Start!!

（中略）

2018/04/02 12:58:07Flag:0
2018/04/02 12:58:07     Motor Stop!!
2018/04/02 12:58:07     Motor Reverse!!
2018/04/02 12:58:08     Motor Stop!!

(To exit, press ^C again or type .exit)
>>
1522641489593 Board Closing.

参考文献