Funnelまとめ(XIO編) のバックアップ(No.21)

Funnel勉強中。まとめてみる。

公開 -- kazushi? 2008-09-11 (木) 21:12:23
IMU 5 DOFモジュールのセットアップ方法を追加 -- kazushi? 2008-09-14 (日) 16:54:56
Funnel008b5用にXBee単体での方法を更新 -- kazushi? 2008-09-18 (木) 14:19:18
FIOv1.3とFunnel009用に更新 -- kazushi? 2009-04-24 (金) 14:56:51
XIOの章の回路図を追加 -- kazushi? 2009-05-07 (木) 18:15:32

Funnel †

写真はFIOv1.3+XBee(チップアンテナ型)+EIC-801+リチウムイオンポリマー電池(1000mAh)の組み合わせ

2009/04/24現在のバージョンは009です。

IAMASの小林茂先生が考案したフィジカル・コンピューティング・ツールキットがGainer。その無線版。
公式サイトはここ
開発状況はここ
名前の由来はここ

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動作モデル †

Funnel専用I/Oモジュール(Fio)だけなく、XBee, Gainer, ArdinoなどいろいろなI/Oモジュールを利用できる。基本的にどれもXBee経由。よって、

-XBee単体
-XBee+Fio

の２つでやってみた。

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XIO(XBee単体) †

PC<-USB->(エクスプローラUSB(XBee)) ------ (XBee)
------
利点)fioなしで始められる。コンパクト
欠点)ポート数が少ない。電源を制作しなければならない。そのままではブレッドボードに刺さらない。

XBeeとはシリアルポート接続によるPCのデータを送受信する無線モジュール。

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XBee+Fio †

PC<-USB->(エクスプローラUSB(XBee)) ------ ((XBee)Fio)
------
利点)ポートが多い。電源がある。ブレッドボードに刺さる。
欠点)XIOより大きい。

FIOとは Funnel I/Oのこと。GainerにGainerI/OがあるようにFunnelにFunnelI/Oがある。

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FIO †

※この情報は2009/04/24時点のものです。
※XBeeの抜き差しや配線の変更は必ず電源を切って行うこと。
※リチウムリチウムイオンポリマー電池の取り扱いには十分注意すること。間違えると発火・爆発します

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ハードウェアの準備 †

http://funnel.cc/Hardware/FIO をよく読んでそろえる。私が購入したものは以下のとおり

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半田付け †

1.FIOは購入直後はピンソケットがないので用意して半田付けする。
2.FIO：電源スイッチ近くのはんだジャンパを閉じる。

3.XBee Explorer USBまたはXBee starter kit：RTSとD3の間をジャンパで接続する。

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電池の充電 †

一晩待つ^^;

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ソフトウェアの入手 †

以下はWindows用。macの場合は公式サイトを参照のこと。ダウンロードしたら解凍する。40002637_c.exeはインストールする。

funnel_009.zip
processing-1.0.3.zip
arduino-0015-win.zip
40002637_c.exe(X-CTU v5.1.4.1)

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XBeeのファームウェアの設定 †

1.XBeeエクスプローラとUSBケーブルを使ってXBeeをUSBに接続。
2.差し込むだけでUSB Serial Portとして自動的に認識される。
3.コントロールパネル＞システム＞デバイスマネージャにてポート(COMとLPT)にUSB Serial Portが正常に表示されていることを確認。この場合はCOM7。
4.ついでにCOMポート設定を変更しておく。（Windowsのみ）
4.1. デバイスマネージャからCOMポートのプロパティを表示する
4.2. 「詳細設定」ボタンを押して設定画面を開く
4.3. 「その他のオプション」で「クローズ時のRTS設定」をチェックする
5.X-CTUを起動。
6.modem configurationのreadを押してXBeeの接続を確認。ここでファームウェアが1.0.C.Dではなかったらwriteしてファームウェアをアップデート。
7.hardware/fio/xbee/coordinator_auto_reset.proをloadしてコーディネータ（PCに接続した）側にアップロード
8.XBeeを交換。
9.modem configurationのreadを押してXBeeの接続を確認。ここでファームウェアが1.0.C.Dではなかったらwriteしてファームウェアをアップデート。
10.hardware/fio/xbee/enddevice.proをエンドデバイス（FIOに搭載した）側にアップロード
11.XBeeを交換。
※この設定ファイルではPAN IDは1234,コーディネータIDは0,エンドデバイスIDは1になっている。複数で勉強するときはこれらの値を必要に応じて変える。

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FIOのファームウェアの設定 †

1.FIOにエンドデバイス側に設定したXBeeを付ける。向きに注意！
2.XBeeエクスプローラとUSBケーブルを使ってコーディネータ側XBeeをUSBに接続。
3.Arduino-0015を起動
※vistaでrduino-0015が動かない場合はフォルダ内のjavaディレクトリを削除する。vistaにjavaが入っていれば起動する。入っていなければvista対応のjavaを別途入手する。
4.Tools/Board/Arduino Pro or Pro Mini (8MHz)を選択する
5.Tools/Serial Portで適切なシリアルポートを選択する
6.File/Sketchbook/Openからfunnel_009/hardware/fio/firmware/FioStandardFirmata?/FioStandardFirmata?.pdeを開く。
7.FIOの電源を入れる。
8.すぐにUploadボタンを押してファームウェアをアップロード
※結構失敗します。シリアルポートの速度(19200が適当のはず)などを確認してうまくいくまで何回も試してみる。
9.FIOの電源を切る。

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Funnel Serverの設定 †

1.funnel_009/serverのsettings.txtを以下のようにする。

server:
  port: 9000

io:
  type: Fio
  port: COM7
  baudrate: 19200

※COM7は各自の環境によって変わります。
2.FIOの電源を入れる。
4.Funnel Server.exeを起動する。正常に起動していれば

Funnel 009 BETA (r588)

I/Oモジュールと接続中です…
baudrate: 19200
I/Oモジュールと接続が完了しました：COM7
API MODE: 2
FIRMWARE VERSION: 10CD (XBee 802.15.4)
PAN ID: 1234
SOURCE ADDRESS: 00
コマンドポート：サーバの起動中…
コマンドポート：サーバが起動しました：9000
Discovering nodes...
NODE: MY=1, SH=13a200, SL=40526a6c, dB=45, NI='FIO #1'
Firmata Protocol Version: 2.0
Discovering nodes...

と表示される。
※特にFirmata Protocol Version: 2.0が表示されているか確認。

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ソフトウェアライブラリの設定（Processing） †

1.Processing1.0.3を起動。ホームディレクトリにProcessingフォルダができていることを確認。
2.Processing/libraries/funnel/libraryを作成しfunnel_009/libraries/processing/libraryの中身をコピーする。
3.Processing/libraries/funnel/library/settings.fio.txtを

server:
  port: 9000

io:
  type: Fio
  port: COM7
  baudrate: 19200

としてCOMポート番号を指定する。
※シリアルポートは各自の環境によって変わります。

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シンプルスコープの起動 †

1.可変抵抗を以下のように接続する。（わかりにくいけどA0ピン）

2.ホームディレクトリのProcessingフォルダに以下のディレクトリを作成し以下のソースを作成する。
SimpleScopeFIO/SimpleScopeFIO.pde
SimpleScopeFIO/Scope.pde

SimpleScopeFIO.pdeのソースコード

import processing.funnel.*;

final int id = 1; // end device ID
final int kChannles = 3;  // the number of channels to display

Fio fio;
PFont myFont;
Scope[] scope;

void setup()
{
  size(340, 35+150*kChannles);
  frameRate(30);

  myFont = createFont("CourierNewPSMT", 12);
  textFont(myFont);

  int[] moduleIDs = {id};
  fio = new Fio(this, moduleIDs, Fio.FIRMATA);

  scope = new Scope[kChannles];
  for (int channel = 0; channel < kChannles; channel++) {
    scope[channel] = new Scope(30, 35+150*channel, 200, 100, "A"+channel);
  }
}

void draw()
{
  background(0);
  for (int channel = 0; channel < kChannles; channel++) {
    scope[channel].updateAndDraw(fio.iomodule(id).analogPin(channel));
  }
}

Scope.pdeのソースコード

/**
 * A simple oscilloscope class
 */
import processing.funnel.*;

class Scope {
  private int l;
  private int t;
  private int h;
  private float values[];
  private int index = 0;
  private int points = 200;
  private String title;

  Scope(int l, int t, int w, int h, String title) {
    this.l = l;
    this.t = t;
    this.h = h;
    this.points = w;
    this.title = title;

    values = new float[this.points];
  }

  public void updateAndDraw(IOModule.Pin pin) {
    values[index] = pin.value;

    smooth();

    textSize(12);
    text(title, l - 24, t - 8);
    text("1.0", l - 24, t + 8);
    text("0.0", l - 24, t + h);
    text("val: " + pin.value, l + points + 8, t + 8);
    text("max: " + pin.maximum, l + points + 8, t + 20);
    text("min: " + pin.minimum, l + points + 8, t + 32);
    text("avg: " + pin.average, l + points + 8, t + 44);

    // draw outlines
    stroke(200);
    noFill();
    beginShape();
    vertex(l - 1, t - 1);
    vertex(l + points, t - 1);
    vertex(l + points, t + h);
    vertex(l - 1, t + h);
    endShape(CLOSE);

    // draw the signal
    stroke(255);
    beginShape();
    for (int i = 1; i < points; i++) {
      vertex(l + i, t + h - values[(index + i) % points] * (float)h);
    }
    endShape();

    index = (index + 1) % points;
  }
}

3.Processing1.0.3を起動。
4.File/Sketchbookを開くとSimpleScopeFIOがあるので選択。
5.FIOの電源を入れる。
6.SimpleScopeFIOを起動。
7.可変抵抗をまわすとそれに応じてA0のグラフが変化する。

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XIO(XBee単体) †

※この情報は2008/09/18時点のものです。
※XBeeの抜き差しや配線の変更は必ず電源を切って行うこと。

↑

可変抵抗でやってみた。 †

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1.Funnel008bのダウンロード †

http://funnel.googlecode.com/files/funnel_008b5.zip

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2.ProcessingにFunnelのライブラリをインストールする †

processingはビルド0148(2008-09-11時点の最新安定板)を使用。
libraries/processing/library
の
funnel.jar
javaosc.jar
を
processing-0098/libraries/funnel/library
に入れる。（ディレクトリがなければ作成）

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3.X-CTUでXbeeの値を設定する †

設定に関してほかのパラメータをいじったことがあればrestoreして初期設定に戻す。
1:1の通信を行う。

コーディネータ（ホスト）側
ATID 1111 <-PAN(グループ)ID
ATDH 0000
ATDL 0002 <-相手のID
ATMY 0001 <-自分のID
ATAP 2    <-APIモードの設定

エンドデバイス（クライアント）側
ATID 1111 <-PAN(グループ)ID
ATDH 0000
ATDL 0001 <-相手のID
ATMY 0002 <-自分のID
ATD0 2    <-ピン20をアナログ入力AD0に設定
ATIT 5    <-ここで指定したサンプル数ごとに送信
ATIR 64   <-サンプリング間隔（0x64 = 100ms）

レスポンスが悪い！と思ったら…

エンドデバイス（クライアント）側
ATIT 1    <-ここで指定したサンプル数ごとに送信
ATIR 0A   <-サンプリング間隔（0x0A = 10ms）

↑

4.Funnel Serverを設定する †

settings.yamlを次のようにする

server:
  port: 9000

io:
  type: XBee
  com: COM3 <-ここはコーディネータをつなげているCOMポート番号を指定
  baudrate: 9600

↑

5.回路を組む †

回路図

大きなファイルはこちら。xio_n_v-resistor.bmp

エンドデバイス側の回路を組む際の注意点
電源電圧は必ず2.8〜3.4Vの範囲で使用→5Vを加えるとモジュールが破壊！
Vref（14番ピン）はVCC（1番ピン）に接続→A/D変換のための基準電圧

↑

6.ここでXBeeのコーディネータ・エンドデバイスとも電源を入れる †

↑

7.Funnel Serverを起動する †

以下のメッセージを確認

Funnel 008 BETA (r465)

I/Oモジュールと接続中です…
baudrate: 9600
I/Oモジュールと接続が完了しました：COM3
Configuring the XBee module...
コマンドポート：サーバの起動中…
コマンドポート：サーバが起動しました：9000
FIRMWARE VERSION: 10a5 (XBee 802.15.4)
API MODE: 2
SOURCE ADDRESS: 01
PAN ID: 1111

チェックポイント
- FIRMWARE VERSIONなどの情報が表示されているか？→されていなければATAPの結果を確認

↑

8.Processingを起動する †

以下のスケッチを作成。フォントはサンプルのものを流用する。

 /*
 analog in
 */

 import processing.funnel.*;

 XBee xbee;
 PFont myFont;

 void setup()
 {
   size(400,130);

   myFont = loadFont("CourierNewPSMT-24.vlw");
   textFont(myFont, 24);

   int[] moduleIDs = {2};
   xbee = new XBee(this,moduleIDs); 
 }

 void draw()
 {
   background(0);
   text("analogInput[0]: " + xbee.iomodule(2).port(0).value,10,80);  
 }

↑

9.動作確認 †

可変抵抗のつまみを回すと、値が0.0から1.0で変わる。ヤフー:-D
値が震えていたりしたらエンド・デバイスの電源を切って、14番ピンに基準電圧(+3.3V)をとっているか確認すること。
XBee単体をエンドデバイスにするとどうしても電源レギュレータも用意しないといけないので配線がややこしい。

↑

ジャイロでやってみた。 †

IMU 5 DOFモジュール
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=741

↑

1.X-CTUにてエンドデバイスのXBeeの設定をかえる。 †

ATID 1111 <-PAN(グループ)ID
ATDH 0000
ATDL 0001 <-相手のID
ATMY 0002 <-自分のID
ATIT 1    <-ここで指定したサンプル数ごとに送信
ATIR 0A   <-サンプリング間隔（0x0A = 10ms）
ATD0 2    <-ピン20をアナログ入力AD0に設定
ATD1 2    <-ピン19をアナログ入力AD0に設定
ATD2 2    <-ピン18をアナログ入力AD0に設定
ATD3 2    <-ピン17をアナログ入力AD0に設定
ATD4 2    <-ピン11(注意！)をアナログ入力AD0に設定

↑

2.回路を組む †

XBee単体でやってみた。
以前に比べて3.3vレギュレータと電源スイッチそして配線を整理してある。
回路図

大きなファイルはこちら。xio_imu5dof.bmp

↑

3.XBeeコーディネータ・エンドデバイスとも電源を入れる †

※XBeeなどの3.3vで動くモジュールには3.4v以上の電圧を与えないこと！

↑

4.Funnel Serverを起動する †

↑

5.Processingを起動する †

以下のスケッチを作成。フォントはサンプルのものを流用する。

 /**
  * SimpleScope XBee
  */

 import processing.funnel.*;

 final int kChannles = 5;  // the number of channels to display
 final int kPoints = 200;  // the number of points to display
 final int id = 2; // end device ID

 XBee xbee;
 PFont fixedWidthFont;
 float values[][];
 int index = 0;

 void setup()
 {
   size(400, 700);
   frameRate(30);

   fixedWidthFont = loadFont("CourierNewPSMT-12.vlw");

   values = new float[kChannles][kPoints];

   for (int channel = 0; channel < kChannles; channel++) {
     for (int i=0; i < kPoints; i++) {
       values[channel][i] = 0;
     }
   }

   int[] moduleIDs = { id };
   xbee = new XBee(this, moduleIDs);
 }

 final int kLeft = 35;
 final int kTop = 25;
 final int kHeight = 100;

 void draw()
 { 
   background(0);

   smooth();

   for (int channel = 0; channel < kChannles; channel ++) {
     int offset = channel * 130;

     textFont(fixedWidthFont);
     textSize(12);
     text("analogInput(" + channel + ")", kLeft - 24, kTop - 8 + offset);
     text("1.0", kLeft - 24, kTop + 8 + offset);
     text("0.0", kLeft - 24, kTop + kHeight + offset);
     text("val: " + xbee.iomodule(id).port(channel).value, kLeft + kPoints + 8, kTop + 8 + offset);
     text("max: " + xbee.iomodule(id).port(channel).maximum, kLeft + kPoints + 8, kTop + 20 + offset);
     text("min: " + xbee.iomodule(id).port(channel).minimum, kLeft + kPoints + 8, kTop + 32 + offset);
     text("avg: " + xbee.iomodule(id).port(channel).average, kLeft + kPoints + 8, kTop + 44 + offset);

     values[channel][index] = xbee.iomodule(id).port(channel).value;

     // draw outlines
     stroke(200);
     noFill();
     beginShape();
     vertex(kLeft - 1, kTop - 1 + offset);
     vertex(kLeft + kPoints, kTop - 1 + offset);
     vertex(kLeft + kPoints, kTop + kHeight + offset);
     vertex(kLeft - 1, kTop + kHeight + offset);
     endShape(CLOSE);

     // draw the signal
     stroke(255);
     beginShape();
     for (int i = 1; i < kPoints; i++) {
       vertex(kLeft + i, kTop + kHeight - values[channel][(index + i) % kPoints] * (float)kHeight + offset);
     }
     endShape();
   }

   index = (index + 1) % kPoints;
 }

↑

6.動作確認 †

ブレッドボードを大きく動かす（ここがポイント）と、それぞの値が変わる。実際に角度を出す時は得られた値を積分する（足し合わせる）ため、小さく動かしても値の変化はそれほどない。だから向きを変えたから値が変わるということではない。今回の場合は

0 -> x-accel
1 -> y-accel
2 -> z-accel
3 -> x-rate
4 -> y-rate

で、動作を確認してみた。