Arduinoの紹介、パート2。モールスキーボード：アルファ版

最も単純なボタン-ボタン付き電球-スケッチに基づいても、完全に独立したデバイスを組み立てることができます。 それは電気スタンドについてだと思いますか？ いや コードキーボードの最も単純なバージョンを組み立ててみましょう。







コードキーボードは テキストを入力できるデバイスですが、通常のフルサイズのqwertyキーボードとは異なり、コードのボタンには少数のボタンがあります（通常は3〜5個から12個）。 この場合、記号は1つではなく複数のボタン（コード）を同時に押すことで入力されます。 また、文字は1つではなく、複数の連続したタップで入力できます。 コンピューターのキーボードでは、コードも時々使用します。たとえば、対応するキーとシフトを同時に押して大文字を入力します。 または、Shift + Ctrl + SまたはCtrl + Alt + Delなどのさまざまな呪文を使用します。 1つのボタンだけでどのコードキーボードを組み立てることができますか？ 古き良き時代の実績のあるモールス信号を思い出してください。



もちろん、モールス符号はテキストの完全なセットにはあまり適していませんが、Arduinoに基づいて完全に意味のある作業デバイスを作成する例には最適です。 したがって、トレーニングのサンプルを作成するのではなく、本格的な商用デバイスのプロトタイプを作成します。 ボタンの押下を記号に変えるだけでなく、レイアウトを切り替える機会を与え、ユーザーのアクティビティがない場合はスリープモードに移行する必要があります。 さらに、ユーザーがキーボードの現在の状態を認識できるようにする何らかのフィードバックが必要です。



デバイスのアルファ版の開発から始めましょう。 アルファの場合、次のものが必要です。

-Arduino互換ボード

-ボタン

-LED

-330オームの抵抗

-1kΩ抵抗

-10kΩ抵抗

-ブレッドボード

-ブレッドボード用の7つの配線

-USB / miniUSBケーブル



デバイスの動作。



ポイントとダッシュを認識するロジックは最も簡単です。 ボタンが一定時間未満押された場合、デバイスは信号をポイントとして検出します。 長い場合-ダッシュのような。



長押し-キーボードレイアウトをキリル文字からラテン文字に、またはその逆に切り替えます。 インジケータとしてLEDを使用します。 調光LEDは、キリル文字のレイアウト、つまりラテン語を意味します。 印刷中にボタンを押すと、LEDが点灯します（ラテン語のキリル文字がオンの場合-反対にオフになります）。



キーが1分間押されなかった場合、デバイスはスリープモードになります。 スリープモードでは、ダイオードをゆっくり点滅させます。 休止状態を終了-ボタンを長押しします。 このボタンを押すと、デバイスが休止状態から抜け出すのに十分になると、LEDが最大の明るさで点灯し、デバイスが起動してボタンを放すことができることを明確にします。



スケッチスキーム：





上図に示す回路を組み立てましょう。 回路上の黒い配線は「グランド」に行き、赤い-+ 5Vになります。 ダイオードの負の短い出力が「グランド」に接続されるように、ダイオードを接続する必要があることを忘れないでください。



スケッチスキームは、論理的に2つの回路（ダイオードとボタン）に分割できます。



LEDの内部抵抗は非常に小さいため、直接接続すると、回路で発生する大きな電流によってマイクロコントローラーポートが焼損する可能性があります。 したがって、330オームの小さな抵抗を接続することにより、電流を制限します。 電流値は、オームの法則を使用して簡単に推定できます。オームの法則では、電流は電圧と抵抗の比に等しいことを示しています：I = V / R この場合、0のLEDの抵抗を取り、式に従って5ボルト/ 330オーム= 15.1515 ...ミリアンペアに等しい電流を取得します。 マイクロコントローラーのポートは、最大40 mA（ダイオードとマイクロコントローラーが耐えられる量-仕様を参照）までの電流に耐えることができるため、15-16 mAは完全に許容範囲内です。



ボタンチェーンはもう少し複雑です。 抵抗器R2については、ここですべてが明らかです。 押したボタンを介して電流を制限するために接続します。 なぜ抵抗器R3が必要なのですか？ デジタルポートの「物理」を理解してみましょう。 グランドをポート7に接続するこの抵抗なしでボタンを接続すると、ボタンが押されていない場合、電流が流れない7番目のポートに青色の配線のみが接続されます。 これは、ポートに何も接続されていないことを意味すると思われます。 まったくない！ アンテナの役割を果たしているこの投稿は、主電源、コンピューターなどからリードを収集し始めます。 その結果、デジタルガベージ、論理的なゼロと1の無秩序なシーケンスがポートの入力にまき散らされます-常にランダムにボタンを押したり放したりするかのように。 抵抗R3は、ボタンを押さないときにポートに完全に特定の電位（アース電位、論理ゼロ）が届くように、ポートにアースをもたらします。 ボタンを閉じると、+ 5Vがポートに移動します-論理的な「ユニット」。



モールスキーボードのスケッチのソースコード：

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 #define BUTTON 7 #define LED 11 //最大ポイント持続時間、ms。  1/4秒以上速く押されるすべてがポイントです。  //残りはダッシュです。  #define MAX_DOT_PRESS_TIME 250 //レイアウトを切り替えるには、ボタンを2秒間押し続けます。  #define SWITCH_LAYOUT_TIME 2000 //レター内のドットとダッシュの間の最大休止時間は0.3秒です。  //一時停止が長ければ、文字の入力が完了したとみなし、次の文字の入力に進みます。  #define DELIMITER_TIME 300 //ボタンが1分以上押されていない場合、スリープモードになります。  #define SLEEP_TIME 60000 //ボタンを2秒間押し続けると、スリープモードを終了できます。  #define WAKEUP_TIME 2000 //動作モード#define TYPING_MODE 0 #define SLEEP_MODE 1 intモード。  //ボタンの現在および以前の状態。  int btnState;  int btnPrevState;  //ボタンが押されて離された時間。  unsigned long int timePress; 符号なしlong int timeRelease;  //これらのシンボルを使用して、ポイントとダッシュを指定します。  #define MORSE_DOT '*' #define MORSE_TIRE '-' //モールス符号文字の最大長（ドットとダッシュ）#define MAX_MORSE_SYMBOL_LENGTH 8 //モールス文字を書き込むためのバッファ。 バイトmorseSymbol [MAX_MORSE_SYMBOL_LENGTH];  unsigned int morseSymbolLen;  //モールス符号表。  n番目のコード要素は、レイアウトのn番目の文字に対応します。  char * code [] = {"*-"、 "-***"、 "*-"、 "-*"、 "-**"、 "*"、 "***-"、 "- -** "、" ** "、" * --- "、"-*-"、" *-** "、"-"、"-* "、" --- "、" *- * "、" *-* "、" *** "、"-"、" **-"、" **-* "、" **** "、"-*-* "、" --- * "、" ---- "、"-*-"、"-*-"、"-**-"、" **-** "、" **-"、" *-* -"、" * ---- "、" ** --- "、" ***-"、" ****-"、" ***** "、"-**** " 、「-***」、「--- **」、「---- *」、「-----」、「......」、「*-*-*-」 、「--- ***」、「-*-*-」、「-*-*-」、「* ---- *」、「*-**-*」、「-*** *-"、"-**-* "、" **-** "、"-**-"、"-***-"、" ******** "、" *-*-* "、" **-*-"、" "};  //キリル文字レイアウト。  char * layoutCyrillic [] = {"a"、 "b"、 "c"、 "d"、 "d"、 "e"、 "f"、 "h"、 "and"、 "y"、 "k" 、「l」、「m」、「n」、「o」、「p」、「r」、「s」、「t」、「y」、「f」、「x」、「c」、「 h "、" w "、" u "、" s "、" b "、" e "、" u "、" i "、" 1 "、" 2 "、" 3 "、" 4 "、" 5 " 、「6」、「7」、「8」、「9」、「0」、「。」、「、」、「：」、「;」、「（」、「\ '」、「\」」 、「-」、「/」、「？」、「！」、「* DELIMITER *」、「* ERR *」、「@」、「* END *」、「」}; //ラテン語のレイアウト。 layoutLatin [] = {"a"、 "b"、 "w"、 "g"、 "d"、 "e"、 "v"、 "z"、 "i"、 "j"、 "k"、 " l "、" m "、" n "、" o "、" p "、" r "、" s "、" t "、" u "、" f "、" h "、" c "、"ö " 、「ch」、「q」、「y」、「x」、「é」、「ü」、「ä」、「1」、「2」、「3」、「4」、「5」、「 6 "、" 7 "、" 8 "、" 9 "、" 0 "、"。 "、"、 "、"： "、"; "、"（ "、" \ '"、" \ ""、 " -"、" / "、"？ "、"！ "、" * DELIMITER * "、" * ERR * "、" @ "、" * END * "、" "}; char ** currentLayout; char ** newLayout ; //スリープモードでの点滅の明るさ#Define MAX_SLEEP_BRIGHTNESS 16 int sleepBrightness; //スリープモードを終了するときの明るさ#Define WAKEUP_BRIGHTNESS 255 void setup（）{Serial.begin（9600）; pinMode（LED、OUTPUT）; pinMode（ボタン、入力）;モード  = TYPING_MODE; morseSymbolLen = 0; btnPrevState = LOW; timePress = millis（）; timeRelease = millis（）; currentLayout = layoutLatin;  newLayout = 0;  } //入力した文字をコンピューターに送信します。  void sendMorseSymbol（）{int i、j;  if（morseSymbolLen <1）{return;  }（i = 0; code [i] [0]！= '\ 0'; i ++）{//入力された文字をモールス符号テーブルの文字と比較します。  for（j = 0;（j <morseSymbolLen）&&（code [i] [j]！= '\ 0'）; j ++）{if（code [i] [j]！= morseSymbol [j]）{j = -1; 休憩;  }} if（（j！= -1）&&（j == morseSymbolLen）&&（code [i] [j] == '\ 0'））{//モールス符号テーブルの文字は入力された文字に対応します。  //キャラクターをコンピューターに送信します。  Serial.print（currentLayout [i]）;  morseSymbolLen = 0; 帰る  }} //テーブルに文字が見つかりませんでした。 認識されない文字を印刷します。  Serial.print（ "["）;  for（i = 0; i <morseSymbolLen; i ++）{Serial.print（morseSymbol [i]）;  } Serial.print（ "]"）;  morseSymbolLen = 0;  } void loop（）{switch（mode）{case TYPING_MODE：typingLoop（）; 休憩;  case SLEEP_MODE：sleepLo​​op（）; 休憩;  }} voidtypingLoop（）{int ledLevel;  //キリル文字レイアウトがオンの場合、押すとダイオードが点灯します。  //ラテンレイアウトがオンの場合、押すとダイオードが消えます。  if（newLayout == 0）{ledLevel =（currentLayout == layoutCyrillic）？  255：0;  } else {ledLevel =（newLayout == layoutCyrillic）？  255：0;  } btnState = digitalRead（BUTTON）;  if（btnState == HIGH）{analogWrite（LED、ledLevel）;  if（btnPrevState == LOW）{//ユーザーがボタンをクリックした。  timePress = millis（）;  } else {if（（newLayout == 0）&&（（millis（）-timePress）> SWITCH_LAYOUT_TIME））{//ボタンが長押しされている場合は、レイアウトを変更します。  if（currentLayout == layoutLatin）{newLayout = layoutCyrillic;  Serial.println（ "\ nLayout：キリル文字\ n"）;  } else {newLayout = layoutLatin;  Serial.println（ "\ nLayout：latin \ n"）;  }}}} else {analogWrite（LED、255-ledLevel）;  if（btnPrevState == HIGH）{//ユーザーがボタンを離した。  timeRelease = millis（）;  //レイアウトを変更したばかりの場合は、変更します。  if（newLayout！= 0）{sendMorseSymbol（）;  currentLayout = newLayout;  newLayout = 0;  } else {if（（timeRelease-timePress）> MAX_DOT_PRESS_TIME）{morseSymbol [morseSymbolLen ++] = MORSE_TIRE;  } else {morseSymbol [morseSymbolLen ++] = MORSE_DOT;  } if（morseSymbolLen> MAX_MORSE_SYMBOL_LENGTH）{//モールス記号で//できるモールス信号の最大数を入力しました。 シンボルを分析し、コンピューターに送信します。  sendMorseSymbol（）;  }}} else {unsigned long int timePause = millis（）-timeRelease;  if（timePause> SLEEP_TIME）{sleepBrightness = MAX_SLEEP_BRIGHTNESS; モード= SLEEP_MODE;  Serial.println（ "\ nSLEEP_MODE \ n"）;  } else if（（timePause> DELIMITER_TIME）&&（morseSymbolLen> 0））{//一時停止が長すぎる場合は、文字の入力を終了します。  sendMorseSymbol（）;  }}} btnPrevState = btnState; 遅延（10）;  } void sleepLo​​op（）{//スリープ状態です-したがって、ボタンのステータスを確認することはほとんどありません-0.3秒ごとに1回です。 遅延（300）;  //休止状態を終了するのに十分な長さのボタンが押されたかどうかを判断します。  boolean flagWakeUp =（（millis（）-timePress）> = WAKEUP_TIME）;  // LEDを点滅させます。  analogWrite（LED、sleepBrightness）;  sleepBrightness = MAX_SLEEP_BRIGHTNESS-sleepBrightness;  btnState = digitalRead（BUTTON）;  if（btnState == LOW）{if（btnPrevState == HIGH）{timeRelease = millis（）;  if（flagWakeUp）{//起きます。 モード= TYPING_MODE;  Serial.println（ "\ nTYPING_MODE \ n"）;  }}} else {if（btnPrevState == LOW）{timePress = millis（）;  } else {if（flagWakeUp）{//デバイスが起動するのに十分な長さのボタンが押された//ことをユーザーに通知します。  analogWrite（LED、WAKEUP_BRIGHTNESS）;  }}} btnPrevState = btnState;  } 

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スケッチテキストをArduino IDEにコピーします。 確認ボタン スケッチをコンパイルします。



コンパイルが順調に進んだ場合は、コードをマイクロコントローラーにアップロードします。組み立てたデバイスレイアウトをminiUSBケーブルでコンピューターに接続し、[アップロード]ボタンを押します。 。 IDEがデバイスに接続できないと言った場合、[ツール]-> [シリアルポート]メニューに移動し、リストからデバイスを選択して、ArduinoがオンになっているUSBポートを示します。



Arduinoにスケッチをダウンロードすると、プログラムはすぐに動作を開始します。 ボタン COMポートのモニターを開始します。 「こんにちは」という言葉を印刷してみましょう。 モールス信号では、次のようになります。

*-* *-* ** *-*-

同時に、ボタンが押されている間、連続して燃えるライト（ラテン語のレイアウトになっていることを示す）が消えます。 プログラムのリズムに合わせて、すべてのドットとダッシュを正しく「タップ」した場合（文字間のポーズを忘れないでください）、COMポートのモニター画面にラテン語の「priwet」が表示されます。





ボタンを押したままにして、キリル文字に切り替えます。 押し付けを追跡した電球が消えます。 印刷機が十分に長くなり、レイアウトが切り替わるとすぐに、LEDランプが点灯します。 キリル文字からラテン文字に切り替えると、ランプはまったく逆の動作をします。点灯し、レイアウトを切り替えると消灯します。



もう一度挨拶しましょう。 COMモニターのウィンドウで、予想されるロシア文字の代わりに、krakozyabryが表示されます。 当然-スケッチはキリル文字をUnicodeに送信します。



デバイスを1分間そのままにしておき、ボタンを押さないようにします。 1分後、LEDが信号を発し、薄明かりを点滅させて、スリープモードがオンになります。



アルファ版は準備ができています。 彼女は私たちが計画したとおりにしています。 しかし、デバイスはまだリリースバージョンからはほど遠いです。 次の点を検討する価値があります。



-1つの単色LEDによる表示は不明瞭です。 これは、デバイスの作成者だけが完全に直感的で理解できるインターフェイスのバージョンです。 しかし、1つの単色ダイオードの助けがあれば、根本的にもっと良いことをすることはほとんど不可能でした。



-ポイントの継続時間とダッシュの継続時間の間の固定境界線は不便です。 このアプローチにより、ユーザーは、モールスキーボードが調整されているリズムにバインドされます。 もちろん、ロジックを操作して、プログラムをユーザーの速度に適応させることができます。 これは、初心者のプログラマーにとって良い練習になるでしょう。 しかし、商業プロジェクトの観点から-時間の無駄。 入力を1つのボタンに置​​き換えると、たとえば2つのボタンを持つ入力に置き換える方がはるかに簡単で便利です。1つはポイント用、もう1つはダッシュ用です。



-コードキーボードを使用するモードの1つは、タッチタイピングです。 したがって、LED表示を振動で補う価値があります。そのため、ユーザーはキーボードを見ずにキーボードの状態を感じることができます。



次の記事で上記に取り組みます。



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Arduino：最初の知り合い