基本動作例２： ArduinoのAD変換端子からの入力読取り

検証目標

• ハードウェア（Arduino）を遠隔制御する検証．

前提条件

• IOCは "RaspberryPi" 、OPIは手元PCのmacOS、制御機器は "Arduino Uno" ．

• Arduino-RaspberryPi間はUSB接続、RaspberryPi-mac間はLANケーブルで接続する．

• Arduinoの5V-GND端子間に 1KΩ抵抗x2個、さらにLEDを直列に接続し、さらに抵抗の中間地点に Arduino A0端子を接続する．A0から、A/D変換(ADC)によってデジタル値に変換した値を読み取る．

• 制御モジュールとして、 "StremDevice" を使用する．

• その他、 asyn , "pyEpics" を適宜使用する．

• 作業ディレクトリ： ${HOME}/epics/app/simpleRead/ ( ${HOME}=/home/epics/ )

Arduinoプログラム（ADC )の転送

• Arduino プログラムは以下である．

A Arduino program to measure the voltage between 2 registers.

// use A0-plug to check the voltage. //
//
// parameters                        //

int analogPin   = 0;
int val         = 0;
int sampleRate  = 19200;
int interval_ms = 1000


void setup() {
   Serial.begin( sampleRate );
}

void loop() {
  val = analogRead( analogPin );
  Serial.println(val);
  delay( interval_ms );
}

• 上記プログラムは、Arduino IDE を使用してArduinoへ転送しておく．（手元PCからでも勿論、可）

IOC構築

IOC構築 / テスト の手順

• アプリ名は、参考URL（下記）に従い、simpleReadとする．

• また、.dbやレコード名などは、全てsimpleReadへ統一する．

• IOC-App 構築の手順は、以下である．

  1. ベースアプリ の作成．

  2. configure/RELEASE に共有するモジュールのインストールパスを追記．

  3. "simpleReadApp" 内の データベース情報、及び、コンパイル用のMakefileへ追記する．

  4. StreamDevice 用の プロトコル を、 protocols/simpleRead.proto として作成する．

  5. IOC初期化スクリプト( iocBoot/iocsimpleRead/st.cmd ) を編集し、実行可能とする．

  6. make 、及び、st.cmdの実行、camonitorにより、経時変化を観察する．

以下、上記手順について詳述する．

1. ベースアプリの作成

• makeBaseApp.plを用いたベースアプリの作成

  $ mkdir -p ~/epics/app/simpleRead
  $ cd  ~/epics/app/simpleRead
  $ makeBaseApp.pl -t ioc simpleRead
  $ makeBaseApp.pl -i -t ioc simpleRead
  

2. 共通コンパイル設定事項の編集 ( configure/RELEASE )

• configure/RELEASEに、共通のコンパイル設定（モジュールの場所等、）を例えば以下のように記載する．

  ASYN   = /home/epics/epics/support/asyn
  STREAM = /home/epics/epics/support/StreamDevice
  

3. データベースファイルとコンパイルの準備

• データベース及び使用するモジュールの情報を記載し、${HOME}/epics/app/simpleRead/simpleReadApp/Db/simpleRead.dbを作成する．

  simpleRead.db

  record(longin,"epics:simpleRead")
  {
    field(DESC, "A/D convertor raw input signal" )
    field(DTYP, "stream")
    field(INP, "@simpleRead.proto getval PS1")
    field(SCAN, "I/O Intr")
  }
  

• データベースのコンパイル対象として、上記の"simpleRead.db"を追加．

  @ simpleReadApp/Db/Makefile
  
  DB += simpleRead.db
  

• その他モジュールを利用する場合は、IOCの通信コードのコンパイルに使用するモジュール情報を、 "simpleReadApp/src/Makefile" に記載し、コンパイルできるようにする．

  @ simpleReadApp/src/Makefile
  
  simpleRead_DBD  += stream.dbd
  simpleRead_DBD  += asyn.dbd
  simpleRead_DBD  += drvAsynSerialPort.dbd
  
  simpleRead_LIBS += stream
  simpleRead_LIBS += asyn
  

4. StreamDeviceの設定ファイル ( "protocol" )の作成

• ディレクトリ "protocols"を作成し、StreamDeviceの入出力情報を記載する．

  $ mkdir $HOME/epics/app/simpleRead/protocols
  

  simpleRead.proto

  Terminator = CR LF;
  
  getVal{
    in "%d";
  }
  

5. IOC 初期化スクリプト "st.cmd" の編集

• IOC初期化スクリプト ( iocBoot/iocsimpleRead/st.cmd ) に、以下の情報を記載する．

  st.cmd

  #!../../bin/linux-arm/simpleRead
  
  #- You may have to change simpleRead to something else
  #- everywhere it appears in this file
  
  < envPaths
  
  # -- n.k. added -- #
  epicsEnvSet("STREAM_PROTOCOL_PATH", ".:../../protocols")
  
  cd "${TOP}"
  
  ## Register all support components
  dbLoadDatabase "dbd/simpleRead.dbd"
  simpleRead_registerRecordDeviceDriver pdbbase
  
  ## Load record instances
  #dbLoadRecords("db/xxx.db","user=epics")
  # -- n.k. added -- #
  dbLoadRecords ("db/simpleRead.db")
  
  # drvGenericSerialConfigure( "PS1", "/dev/ttyACM0" )
  # asynSetPortOption( "PS1", "baud", "19200" )
  drvAsynSerialPortConfigure ("PS1","/dev/ttyACM0")
  asynSetOption ("PS1", 0, "baud", "19200")
  # -- n.k. added -- #
  
  cd "${TOP}/iocBoot/${IOC}"
  iocInit
  
  ## Start any sequence programs
  #seq sncxxx,"user=epics"
  

  Warning

  (隘路事項) dbLoadRecord, dbLoadDatabaseの順番が逆になったりすると、うまく動作しない．しかも、".db"ファイルの１行目がおかしいというエラーメッセージがでるので、ミスリーディングである．st.cmd前後の状態も確認すべきである．

• スクリプトに実行権限を与えておく．

  $ chmod u+x $HOME/epics/app/simpleRead/iocBoot/iocsimpleRead/st.cmd
  

6. make 及び、初期化スクリプト "st.cmd" の実行

• ベースディレクトリにて make する．

  $ cd $HOME/epics/app/simpleRead/
  $ make distclean
  $ make
  

• 初期化スクリプトを実行する．

  $ cd $HOME/epics/app/simpleRead/iocBoot/iocsimpleRead/
  $ sudo ./st.cmd
  

• make 完了後の最終的なディレクトリツリーは以下．

Directory tree after compilation.

epics@raspberrypi:~/epics/app/simpleRead $ tree
.
├── Makefile
├── bin
│   └── linux-arm
│       └── simpleRead
├── configure
│   ├── CONFIG
│   ├── CONFIG_SITE
│   ├── Makefile
│   ├── O.Common
│   ├── O.linux-arm
│   │   └── Makefile
│   ├── RELEASE
│   ├── RULES
│   ├── RULES.ioc
│   ├── RULES_DIRS
│   └── RULES_TOP
├── db
│   └── simpleRead.db
├── dbd
│   └── simpleRead.dbd
├── iocBoot
│   ├── Makefile
│   └── iocsimpleRead
│       ├── Makefile
│       ├── envPaths
│       └── st.cmd
├── lib
│   └── linux-arm
├── protocols
│   └── simpleRead.proto
└── simpleReadApp
    ├── Db
    │   ├── Makefile
    │   ├── O.Common
    │   ├── O.linux-arm
    │   │   └── Makefile
    │   └── simpleRead.db
    ├── Makefile
    └── src
        ├── Makefile
        ├── O.Common
        │   └── simpleRead.dbd
        ├── O.linux-arm
        │   ├── Makefile
        │   ├── simpleRead
        │   ├── simpleRead.dbd.d
        │   ├── simpleReadMain.d
        │   ├── simpleReadMain.o
        │   ├── simpleRead_registerRecordDeviceDriver.cpp
        │   ├── simpleRead_registerRecordDeviceDriver.d
        │   └── simpleRead_registerRecordDeviceDriver.o
        └── simpleReadMain.cpp

19 directories, 33 files
epics@raspberrypi:~/epics/app/simpleRead $ 

ADCの動作状況の確認

ローカルからのcamonitor

• 別コンソールを立ち上げて、以下コマンドを実行

  epics@raspberrypi: ~ $ camonitor epics:simpleRead
  

OPI（手元macOS）からのCA

• pyEpicsからCA．

  $ python3
  >>> import epics
  >>> epics.caget    ( "epics:simpleRead" )
  >>> epics.camonitor( "epics:simpleRead" )
  

• OPIからIOCを介して、制御( 電圧モニタ ) を実施することができた．

参考URL

• Arduino-EPICS サンプル ( KEK-EPICS Users JP, https://cerldev.kek.jp/trac/EpicsUsersJP/wiki/epics/arduino/simpleRead )