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micro:bitAdvent Calendar 2021

Day 6
@youtoy(Yosuke Toyota)inKDDI株式会社

【micro:bit 2021】 PC と micro:bit を通信させる方法： Node.js・MakeCode でのシンプルなシリアル通信（USBケーブル接続）

Last updated at Posted at 2021-12-05

この記事は、2021年の micro:bit のアドベントカレンダー の 6日目の記事です。

micro:bit を PC と USBケーブルでつないだ状態で、PC との間でやりとりをする方法の 1つである「シリアル通信」を扱います。
その中でも Node.js を用いたものについて、軽いお試しをしていく形です。

過去に micro:bit と PC との間の通信について書いた記事

過去にも、micro:bit と PC との間で何らか通信させる話を、以下のように複数書いています。

その中で、使ったという話は書いたけれど、ソースコードを公開したり等とはしていなかったと思われる
　「Node.js でのシリアル通信を使う」
という形での PC連携について記事を書いていきます。

シリアル通信のためのライブラリ・ブロック

Node.js でシリアル通信

Node.js でシリアル通信を扱おうとした場合、使われる仕組みとして有名どころはこちらかと思います。

●Hello from Node Serialport | Node Serialport
　https://serialport.io/

micro:bit以外のデバイスと組み合わせた話は、ちょっとしたコードを掲載したものは書いて出していました。

●GR-ROSE と Node.js のプログラムの間でシリアル通信（一方向） - Qiita
　https://qiita.com/youtoy/items/460a9458309b0b4a7dbd

この時は、「シリアル通信で受信した内容を、1行ごとに読んでログに出すだけ」という感じでした。

const SerialPort = require('serialport')
const Readline = require('@serialport/parser-readline')
const port = new SerialPort('/dev/【自分の環境に合わせて変更】')

const parser = port.pipe(new Readline({ delimiter: '\r\n' }))
parser.on('data', console.log)

ソースコードも、かなりシンプル。
今回はもう少し、仕組みを足したものを作っていきます。

micro:bit でシリアル通信

過去の記事でも登場していますが、MakeCode for micro:bit で開発した場合に、シリアル通信を扱うブロックは以下になります。
（「高度なブロック」の中の「シリアル通信」の部分）

このブロックを使うことで、読み書きを行うことができます。

簡単なシリアル通信を試す

まずは、簡単なシリアル通信を試します。
以下のシンプルなものを、動かしてみます。

  • micro:bit　のセンサーの値を、PC で受けとってログに出力（通信の向きは、micro:bit から PC）
  • PC で Node.js のプログラムを実行したら、micro:bit側の LED が特定の表示になる（通信の向きは、PC から micro:bit）

ここで、PC と micro:bit　は USBケーブルでつなぎ、その USBケーブルによるシリアル通信を行う形にします。

micro:bit　のセンサーの値を PC でログに出力

micro:bit側のブロック

micro:bit側は、以下のような内容にしました。
micro:bit　のセンサーの値を書き出す.jpg
加速度の X・Y・Z のそれぞれの値を、単純にカンマ区切りで書き出すだけのものです（出力間隔は 0.5秒）。

この時点で、プログラムを書き込んだ後に、「コンソールを表示 デバイス」という部分を押すと、シリアル通信で送られている値を見ることができます（また、グラフも表示されます）。
MakeCode上での確認

micro:bit側の準備は、これで完了です。

Node.js のプログラム

上記で micro:bit　からシリアル通信で書き出すようにしたセンサーの値を、Node.js で受け取りログとして出力してみます。
なお、以下の内容は Mac で試しています（シリアルポートの指定の部分が、Mac用になってます）。

まず、USBケーブルで micro:bit を接続した状態で、以下のコマンドを実行します。

$ ls -l /dev/tty.*

実行結果で何行かの出力が得られたのですが、その中で自分の場合は /dev/tty.usbmodem●●●●●●● というような名称のものが、micro:bit のシリアルポートでした（●の部分は数字が入ります）。

上記の確認が終わったら、Node Serialport を使えるように npm i serialport を実行します。
その後、公式ドキュメントの以下や過去に使ったプログラムを元に、プログラムを作成します。

●SerialPort Usage | Node Serialport
　https://serialport.io/docs/guide-usage
●What are Parsers? | Node Serialport
　https://serialport.io/docs/api-parsers-overview

動作させるものは、以下になります。

const SerialPort = require("serialport");
const Readline = require("@serialport/parser-readline");
const port = new SerialPort("/dev/【自分の環境に合わせて変更】", {
  baudRate: 115200,
});

const parser = port.pipe(new Readline());
parser.on("data", console.log);

上記を実行して、以下のような出力を得ることができました。

Node.js のプログラムで「split」を使う

3つのデータがカンマ区切りで出てきたので、それを 1つずつ取り出そうと、プログラムの最後の行を以下のように変更してみました。

parser.on("data", (data) => console.log(data.split(",")));

以下の処理を使っています。
　●String.prototype.split() - JavaScript | MDN
　　https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/String/split

そうすると、以下のツイートの画像の、上半分のほうの出力が得られました。

どうも、先ほどのログ出力をしていた時、出力の後ろには空白がたくさんついていたようでした。それと \r も付いていたり...
とりあえず \r を除いてしまおうかと、先ほどのプログラムの中で、 delimiter: "\r\n" を指定しました。最後から 2行目の内容を、以下のように書きかえてます。

const parser = port.pipe(new Readline({ delimiter: "\r\n" }));

その結果が、上のツイートの画像の、下半分のほうです。

「さて、空白を除去するのは何だっけ？」と思って、ググろうとしたところ、Twitter でタイムリーにコメントをいただけました。

以下を見ると、改行文字も除去してくれるらしく、 \r を除く部分もやってくれそうです。

●String.prototype.trim() - JavaScript | MDN
　https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/String/trim

最終的に以下の内容にすることで、無事に x・y・z のそれぞれの値を、余計な文字が含まれない状態で得られました。

const SerialPort = require("serialport");
const Readline = require("@serialport/parser-readline");
const port = new SerialPort("/dev/【自分の環境に合わせて変更】", {
  baudRate: 115200,
});

const parser = port.pipe(new Readline());
parser.on("data", (data) => console.log(data.trim().split(",")));

そして、無事に良い感じの結果を得られました。

PC で Node.js のプログラムを実行したら micro:bit側の LED が特定の表示になる

micro:bit側のブロック

micro:bit側は、以下のような内容にしました。

Node.js のプログラム

Node.js で作ったプログラムは以下のとおりです。

const SerialPort = require("serialport");
const port = new SerialPort("/dev/【自分の環境に合わせて変更】", {
  baudRate: 115200,
});

const stringSent = "abc";
port.write(stringSent, function (err) {
  if (err) {
    return console.log("Error on write: ", err.message);
  }
  console.log("message written");
  setTimeout(() => console.log("end"), 3000);
});

port.on("error", function (err) {
  console.log("Error: ", err.message);
});

setTimeout(() => console.log("end"), 3000); という処理を入れて、シリアル通信での PC からの書き込みを行った後、すぐにプログラムが終了しないようにしています。
これを入れている理由は、Node.js のプログラムがすぐに終了すると、それに連動して micro:bit 側のプログラムも終了させられるためです。今回の内容は、これを入れてないと LED が特定パターンで光る前に、micro:bit側のプログラムが終了させられて、LED の表示が出ないまま初期状態に戻る動作となりました。

なお、 const stringSent = "abc"; の部分を const stringSent = "123"; に変えて実行すると、micro:bit上の LED の点灯パターンが変わります。

おわりに

今回、PC と micro:bit との間で有線のシリアル通信を行いました。
そして、両方とも無事に想定通りの動作をさせることができました。

今回は軽いお試しのみでしたが、PC と連携をさせた部分を活用し、micro:bit単体では実現できない仕組みを、PC の力を借りて実行するようなものを試せればと思います。

余談

最後に書いていた件の 1つの方向性として、以下のように Groveモジュールを使えば実現できる IoT の仕組みを、PC の力を借りて実行するようなものは、試せればと思っています。

●【IoTLT 2020】 micro:bit を使った IoT（Grove - UART Wifi V2 との組み合わせ、IFTTT利用） - Qiita
　https://qiita.com/youtoy/items/459289951134544e73eb

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