開発環境について

　このページのサンプルプログラムはMicrosoftのVisualC#２００８（以降VC#と略す）で作られています。VC#はVisualStudio（以降VSと略す）という製品の一部です。無償版のVisualC#2008ExpressEdisionをMicrosoftのホームページから入手するか、ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏを購入するかが必要です。

　ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏはバージョンがいろいろありますが、ＳｔａｎｄａｒｄＥｄｉｔｉｏｎで十分だと思います。アカデミック版で１万円ぐらい、普通に買うと３万円ぐらいです。

　無償で入手できるＥｘｐｒｅｓｓＥｄｉｔｉｏｎはこちらからダウンロードできます。ＥｘｐｒｅｓｓＥｄｉｔｉｏｎは、言語が固定されるだけで、機能的にはＳｔａｎｄａｒｄとあまり変わりません。個人でプログラムする範囲で、個人使用するならＥｘｐｒｅｓｓＥｄｉｔｉｏｎで十分です。

　？？２００８ＥｘｐｒｅｓｓＥｄｉｔｉｏｎのダウンロードページ
　
　２００９年１１月２５日現在で、ＥｘｐｒｅｓｓＥｄｉｔｉｏｎのダウンロードページはこのようになっています。Ｃ＃２００８の「Ｗｅｂインストール（ダウンロード）」というところを押すとダウンロードが開始されます。ダウンロード及びインストールにはかなり時間がかかりますので、注意してください。インストール時には同時に．ＮｅｔＦｒｅａｍＷｏｒｋ３．５というソフトもインストールされます（これが無いとＶＳが動かない）。
※このページはＭｉｃｒｏｓｏｆｔの都合で変わったりしますので、適時、ホームページを探して入手してください。現時点ですでにＶＳ２０１０が発表されています。




　なぜC#か？というところですが、現在はWindowsPCのプログラムはC++、C#、BisualBasicが主流かと思います。

　 C#はC++やJavaをもとに作られた言語（と聞いてます）ですので、C++が理解できる方はC#のソースを理解できると考えました。
　 BisualBasicは、もともと高度なプログラムを組む目的ではなかったものを無理やり改変した結果現在に至り、最新版では過去のものと大きくかわったりしています。初心者が覚えやすいというメリットもあまり無く、ビギナーが始めて覚えるならC#の方がわかりやすい（構文が短い）ようなので、C#を選択しました。実際に、企業用途では、ＢｉｓｕａｌＢａｓｉｃプログラマがＣ＃へ移行しているところが多いようです。

コンポーネントの配置

　

　用意されたコンポーネントは沢山あって、どれを使うか迷うと思います。「Ｃ＃逆引き大全」という本が、基本的なコンポーネントについて書いてある辞書のようなものなので、一冊用意しておいて、どのような機能があるのか確認すると良いでしょう。今回はＴｅｘｔＢｏｘというコンポーネントを使います。センサーポートは４つあるので４つ配置してみます。配置はフォーム上にドラック＆ドロップすると配置されます。

　
　Ｆｏｒｍ１の上に４つ配置したところです。どのテキストボックスが何番かを示したいので、Ｌａｂｅｌコンポーネントをその下に配置します。

　

プログラミング

　From1のタブを見ると「From1.cs[デザイン]」となっています。プロジェクトを作った一発目のフォームの画面はデザイン画面になっています。プログラムコードを書くにはデザイン画面ではなくコード表示にします。

　
　Form1の近辺でてきとうに右クリックをするとポップアップが出ますので、「コードの表示」を選択します。

　
　すると、[デザイン]が取れたForm1.csというタブになり、ココにプログラムが書けるようになります。テンプレートで作っているので、あらかじめ、ある程度プログラムが書かれた状態になっています。

　C#の構文は書籍などで勉強してもらうとして、ここでは簡単に説明します。

＜行１〜８＞
　using は、このFormにライブラリを組み込むものです。WindowsFormのテンプレートでプロジェクトを作った場合は、上のようになにも書かなくても８行のusingが組み込まれます。C言語で言うところの＃ｉｎｃｌｕｄｅのようなものですね。

＜行１０＞
　namespaceは名前空間です。プロジェクト名と同じものになります。別ファイルでプログラムを組んだ場合も、namespaceを同じにすれば、同じ名前空間に組み込まれます。とりあえずはプロジェクト＝名前空間だと考えてください。

＜行１２＞
　 C#のプログラムは「クラス」単位で行われます。Fromクラスを元にForm1が生成されています。

＜行１４＞
　プログラムは、まずコンストラクタというところから実行されます。行１４〜１７がコンストラクタ部で、必ず必要なので自動的に生成されています。コンストラクタはクラスの名前と同じ名前の関数のような形で宣言されます。クラスがForm1なのでコンストラクタはForm1( )になります。

＜行１６＞
　Windowsのフォームは、本来は、単純にフォームを開くだけでも非常に多くのプログラムを書かなくてはなりません。しかし、VC#（及びVS)は、デザイン画面で貼り付けたコンポーネントの生成などを自動的に記述してくれます。そのプログラムは別ファイルになっていますが、行１６を実行するとそれが実行されます。

コンストラクタの記述

　では、コンストラクタ部にプログラムを書いていってみましょう。

　デザイン画面で、各コンポーネントのプロパティを変更しましたが、プログラム中でもプロパティを変更できます。SerialPortコンポーネントのプロパティは、まだ変更していなかったので、コンストラクタ内で設定してみます。

　
　serialPort1と書いて ． を打つと、serialPortのプロパティなどの候補が表示されます。完全に手打ちで書くか、候補から選んでも良いでしょう。PortNameプロパティは、接続したCOMポートの名称（番号）を設定します。COMの番号確認方法についてはｉＩＦ−１２の紹介ページに書いてあります。このでの例はＣＯＭ２８になっています。
　BaudRateプロパティはその名の通り、ボーレート（通信速度）を設定します。ｉＩＦ−１２は115200bpsで固定です。
　各コンポーネントには、プロパティ以外に「メソッド」という機能があります。Cで言うところの関数のようなものです。SerialPortコンポーネントはOpenメソッドを実行すると、設定したCOMポートをオープンしようとします。

プログラムの実行（デバック実行）

　一応プログラムを書いたので、実行させてみます。尚、ここまででは単にプロパティを設定しただけなので、何もおきません。

　プログラムを実行するにはＦ５キーを押します。

　
　このように、Ｆｏｒｍ１が表示されました。
　

プログラムの停止

　プログラムを終了するには、フォームの右上の×ボタンを押すか、開発環境画面の停止ボタン

　

　を押します。四角が停止ボタンです。ちなみに、縦棒２本は一時停止で、これを押した瞬間のところでプログラムが止まり、計算結果などを見ることができます。一時停止後に再開したい場合はそのとなりの三角ボタンを押します。

デバック

　Ｆ５キー（デバック実行）でプログラムを実行すると、エラーが出たときにプログラムが一時停止してエラー箇所を表示します。たとえば、ありえないＣＯＭ番号をオープンしようとするとエラーが起きますので実際にやってみます。ＣＯＭ番号をありえない値にしてＦ５キーを押すと

　
　このようにエラーが出て止まり、エラー箇所と問題点が表示されます。この状態ではまだプログラムは一時停止なので、停止ボタンを押して停止させ、プログラムを修正します。

イベント

　Windowsのプログラムは、「なにかのきっかけによってプログラムを動かす」、というのが基本の作り方になります。きっかけを「イベント」と言います。各コンポーネントにはいろいろなイベントがあり、たとえばボタンコンポーネントは「そのボタンを押した」というイベントあります。

　今回は、iIF-12から定期的にセンサーデータを読んで表示させる、というものを作ります。”定期的に”の部分は、タイマーコンポーネントのイベントを使ってみます。画面を[デザイン]にし、タイマーコンポーネントをForm1に貼り付けてください。

　
　
　タイマーコンポーネントも、フォームには表示されないものなので、画面下に出ます。名前はtimer1になりました。


　
　プロパティ表示ボタンを押してプロパティをみたところです。Intervalというプロパティが、周期の長さを調整する部分です。ｍSで表します。ここでは２００ｍＳに設定しています。


　
　イベント表示ボタンを押してみるとＴｉｃｋというイベントがあるのがわかります。ＴｉｃｋはＩｎｔｅｒｖａｌで設定した時間ごとに発生するイベントです。Ｔｉｃｋ横をダブルクリックすると、イベント内にプログラムが書けます。


　
　ダブルクリックすると、このように、コードに自動的にイベントが挿入されますので、その中にプログラムを書いていきます。Ｉｎｔｅｒvalの通り、２００ｍSごとにこの部分が実行されることになります。
※但し、WindowsはリアルタイムOSではないので、正確に２００ｍSごと、にはなりません。他のソフトが動いていたらズレます。

シリアル命令の送信と受信

　iIF-12にはまず、シリアル通信で命令を送ります。その後、センサーの値を読み取り、結果を返信してきます。

　ということで、組んだプログラムが次のようになります。

　

＜行９＞
　行４１で、少し待つ、という動作をしているが、このSleep( )メソッドを使うのにSystem.Threadingを組み込んでおく必要がある。

＜行２５＞
　Timerコンポーネントは、デフォルトでは停止状態になっています。タイマーを動かすにはEnabledプロパティをtrueにします。

＜行３０，３１＞
　送受信用のバイトサイズの配列を宣言しています。今回は８ビットで読み取りをしますので、返信フォーマットは

　[255] [ID(3)] [長(1)] [命令(10)] [S1] [S2] [S3] [S4]

　となりますので、一見、受信用の配列は８個でいいような気がします。しかし、通信時にはいろいろなことがおきるので多めにしておかないと、すぐにエラーが出るプログラムになってしまいます。今回は多めに１０００個宣言してます。マイコンと違い、ＰＣはメモリが豊富なので、このようなバッファは多めに取っておいた方がいいでしょう。

＜行３３〜３９＞
　送信用の配列にデータを格納し、Ｗｒｉｔｅメソッドで送信します。行３７，３８はＰＣ側のバッファをクリアしています。この程度のプログラムならバッファクリアは不要だと思いますが、複雑なものになってくると必要なときもあります。

＜行４１＞
　単純に、このプログラムを２０ｍＳ間（返信されるであろう時間）停止させています。８バイト受信されるまで待っても良いのですが、なんらかの原因で８バイトよりも少ないデータしかこないと、その後のデータがズレたり、プログラムが停止してしまう可能性がありますので、このように単純に停止、という方法を取っています。この部分は改善の余地がたくさんありますが簡単なのでとりあえずこれで。

＜行４３＞
　受信したデータは、ＰＣのバッファに格納されていますので、Ｒｅａｄ命令で取り出します。

＜行４５〜４８＞
　あらかじめ貼り付けておいたテキストボックスに、結果を表示させています。Ｔｅｘｔプロパティに文字を設定すると、それがテキストボックスの四角の中に表示されます。Ｒｅａｄ命令でrsvDataというバイトサイズの配列に値を格納しています。Ｔｅｘｔプロパティには文字しか入れられないので、Tostring( ) メソッドで数値を文字化しています。

ハードウェア接続

　実際に動作させるまえに、ハードウェアを接続します。各センサーとの接続例はｉＩＦ−１２のページに書いてあります。今回は、安価で入手性も安定しているシャープのＰＳＤ距離センサをつないでみます。ＰＳＤ距離センサは、千石電商やテクノロジアなどで通販で買えます。


　

動作確認

　実際に動かしてみましょう。距離センサーはＳ１ポートにつないでいます。その他は開放なので値は不定です。

　
　距離が近いときは１００近辺、


　
　ちょっと離すと５０ぐらい、


　
　何も障害物が無いと１０前後、となりました。

　というように、非常に簡単にセンサー値をＰＣに取り込むことができます。

通信時間とタイミング

　通信は一瞬のうちに行われるのではなく、やりとりにある程度時間がかかります。あまり通信系のプログラムを書いていないと、このあたりがネックとなって思うように動かないということをよく見受けます。遅延時間などにも考慮してプログラミングするようにしてください。具体的には、思ったように動かなかった場合はＳｌｅｅｐを長めにしてみる、などの方法があります。以下、ポイントです。

１）ＰＣからのデータは、プログラム実行後に瞬時に行われるわけではない。Windowsの都合で、数ｍ〜４０ｍＳぐらい遅れるのが常。

２）データは８ビット（１バイト）づつやりとりされるが、スタートビット、ストップビットがあるので実質は１０ビット分の時間がかかる。１１５２００ｂｐｓの場合は１バイト分（１０ビット）送るのに１／１１５２００ｘ１０＝８６ｕＳｅｃ必要になる。センサ読み取りの場合、４バイトのデータを送るので、データを送信するのにかかるのは３４４ｕＳｅｃ前後となる。同じく、返信データは８バイトなので、６８８ｕＳｅｃ前後かかる。あわせて１ｍＳｅｃは通信だけで必要な時間となる。

３）ｉＩｆ−１２では、センサー読み取り命令を受け取ってから、データ送信開始するまでに２００ｕＳｅｃ前後かかります。

最後に

　このようにして簡単にセンサー値をＰＣに取り込めるわけですが、センサー数が足りないという場合は、ｉＩＦ−１２を複数使うという手もあります。次はサーボ駆動について説明します。

２０１０年３月１０日