ArduinoとProcessingのシリアル通信

Question

前提・実現したいこと

Arduinoで計測したデータをProcessing上で表示したい
ArduinoからSerial.writeで送ったデータはProcessing上で見ることができました．

今回は複数センサ（現状8個，将来的には倍）からの情報をProcessingで表示したいと考えています．
マイコンの入力の都合で現在はセンサ４つのみ(P1~P4)実装しています．

シリアル通信では，取得したセンサ値を８ビット二つに分けて送信し，通信の前後で符牒を入れる形にしたいと思っています．

参考にしたサイト　https://garchiving.com/arduino-x-processing-serial-communication/
のコードを元に改変しています．

Processingのコンソール

Processing上のコンソールではoverflowと表示される
myPort.available()の数字が１０００などすごい数字になっている（そもそもこれの意味がよく分かりません）

overflow
984
overflow
834
overflow

該当のソースコード

void setup(){
    Serial.begin( 57600 );
}

void loop(){
    int P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8;
    P1 = analogRead( A0 );
    P2 = analogRead( A1 );
    P3 = analogRead( A2 );
    P4 = analogRead( A3 );

/*
    P1=map(P1, 0, 1023, 0, 255);
    P2=map(P2, 0, 1023, 0, 255);
    P3=map(P3, 0, 1023, 0, 255);
    P4=map(P4, 0, 1023, 0, 255);
*/
/*
    P1 = P1 * 5.0 / 1023.0;
    P2 = P2 * 5.0 / 1023.0;
    P3 = P3 * 5.0 / 1023.0;
    P4 = P4 * 5.0 / 1023.0;
*/

    if (Serial.available() == 1) {
      byte inBuf[1];
      Serial.readBytes(inBuf, 1);
      if (inBuf[0] == 's') {
      //ここに送信処理を記述
        Serial.println("send");
        digitalWrite(8,HIGH);
        byte outBuf[18];

        outBuf[0]  = 's';                     // 1
        outBuf[1]  = (int16_t)(P1) >> 8;     // 2
        outBuf[2]  = (int16_t)(P1) & 0xFF;   // 3
        outBuf[3]  = (int16_t)(P2) >> 8;     // 4
        outBuf[4]  = (int16_t)(P2) & 0xFF;   // 5
        outBuf[5]  = (int16_t)(P3) >> 8;     // 6
        outBuf[6]  = (int16_t)(P3) & 0xFF;   // 7
        outBuf[7]  = (int16_t)(P4) >> 8;     // 8
        outBuf[8]  = (int16_t)(P4) & 0xFF;   // 9
        outBuf[9]  = (int16_t)(P5) >> 8;     // 10
        outBuf[10]  = (int16_t)(P5) & 0xFF;   // 11
        outBuf[11]  = (int16_t)(P6) >> 8;     // 12
        outBuf[12]  = (int16_t)(P6) & 0xFF;   // 13
        outBuf[13]  = (int16_t)(P7) >> 8;     // 14
        outBuf[14]  = (int16_t)(P7) & 0xFF;   // 15
        outBuf[15]  = (int16_t)(P8) >> 8;     // 16
        outBuf[16]  = (int16_t)(P8) & 0xFF;   // 17
        outBuf[17]  = 'e';                    // 18

        
        Serial.write(outBuf, 18);
      }
      else {
        while (Serial.available() > 0)Serial.read();
        Serial.println("wait");
        
      }
    }
    if (Serial.available() > 1) {
      while (Serial.available() > 0)Serial.read();
    }
    
    Serial.print("P1: ");
    Serial.println(P1);
    /*Serial.print( "P1: " );
    Serial.println( P1 );
    Serial.print( "P2: " );
    Serial.println( P2 );
    Serial.print( "P3: " );
    Serial.println( P3 );
    Serial.print( "P4: " );
    Serial.println( P4 );
    
    Serial.write(P1);
    */
    //delay( 100 );
}
### 該当のソースコード

```Processing
import processing.serial.*;
float P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8;
int serialTimer;
Serial myPort;


int data;

void setup() 
{
  size(500, 500);
  myPort = new Serial(this, Serial.list()[4], 57600);
}

void draw() {
  if (millis()-serialTimer > 50) {
    serialTimer = millis();
    byte[] inBuf = new byte[18];
    println(myPort.available());
    if (myPort.available() == 18) {
      myPort.readBytes(inBuf);
      if (inBuf[0]=='s'&& inBuf[17]=='e') {
        P1 = (inBuf[1]<<8)+(inBuf[2]&0xff);;
        P2 = (inBuf[3]<<8)+(inBuf[4]&0xff);;
        P3 = (inBuf[5]<<8)+(inBuf[6]&0xff);;
        P4 = (inBuf[7]<<8)+(inBuf[8]&0xff);;
        P5 = (inBuf[9]<<8)+(inBuf[10]&0xff);;
        P6 = (inBuf[11]<<8)+(inBuf[12]&0xff);;
        P7 = (inBuf[13]<<8)+(inBuf[14]&0xff);;
        P8 = (inBuf[15]<<8)+(inBuf[16]&0xff);;
        
        
      } else {
        while (myPort.available()>0)myPort.read();
        println("missMatch");
      }
    } else if (myPort.available() > 18) {
        while (myPort.available()>0)myPort.read();
       println("overflow");
    }
    byte[] outBuf = new byte[1];
    outBuf[0]     = 's';
    
    myPort.write(outBuf);
  }

  background(0);
  fill(240);
  textSize(24);
  text(nf(P1, 0, 2), 50, 50);
  text(nf(P2, 0, 2), 50, 80);
  text(nf(P3, 0, 2), 50, 110);
  text(nf(P4, 0, 2), 50, 140);
  text(nf(P5, 0, 2), 50, 170);
  text(nf(P6, 0, 2), 50, 200);  
  text(nf(P7, 0, 2), 50, 230);
  text(nf(P8, 0, 2), 50, 260);
}

試したこと

Processing側でmy Port .clear()を入れるなど
他ウェブ上の記事も参考にしましたが，分からなくなってきてしまい，質問させていただくことになりました．

参考記事https://garchiving.com/arduino-x-processing-serial-communication/のコードをそのまま使いましたが（ポート周りは設定し直しています），Processingのコンソール上ではoverflowの表示は出ませんでした．
使っているセンサが違うので，Arduino側でセンサ値を適当な定数にして試しましたが，Processing上では0.00の表示のままでした（通信できてない？）

###環境
Arduino1.8.15
Processing3.3.5

Answer 1

分からなくなってきてしまい

わからなくなったのではなく、最初からわからないまま真似をしていたりしないでしょうか。
参照先サイトのヒトもあまりわかってないような気配もありますが。

まず、受信側のProcessingのプログラムと話を合わせるなら、そちらは一周期に18バイトピッタリを受け取ることしか考えていないのですから
Serial.write(outBuf, 18);
以外にシリアルに出力するSerial.print()の類は一切存在してはいけません。

他にもなにかあるかも知れませんが、少なくとも

byte b=(byte)0xff;
println(b<<8);

の結果が-256になるあたりからみて、
P1 = (inBuf[1]<<8)+(inBuf[2]&0xff);;
はまともに変換できないケースがでてくるでしょう。なぜだめかは「符号拡張」という言葉について調べてみるとよろしいかと思います。
(ところでなぜセミコロンが2つ?)

---

若干意地になって...「本当に質問のままのArduinoプログラム」でもデータを切り出して取得するProcessing側プログラム

import processing.serial.*;

final int SENSOR_NUM = 8; //センサー数 Arduino側と同じであること
final char START_TRIG = 's'; //送信リクエスト文字 Arduino側と同じであること
final char START_CHAR = 's'; //データヘッダ Arduino側と同じであること
final char END_CHAR = 'e'; //データ終端 Arduino側と同じであること

final int REQ_PERIOD = 50; //データリクエスト周期

//この通信方法では浮動小数点数データは転送できない..,
//こともないけれど普通やらないのでデータを取る変数はint
int[] P = new int[SENSOR_NUM];
int serialTimer;
Serial myPort;

int count;
byte[] inBuf = new byte[SENSOR_NUM*2+2];

void setup() {
  size(500, 500);
  myPort=new Serial(this, "COM13", 57600);//こちらの環境にあわせて
  delay(3000); //Arduinoの起動を待つ
  serialTimer=millis();
  myPort.write(START_TRIG); //リクエスト送信
}

void draw() {
  if (millis()-serialTimer > REQ_PERIOD) { //送信リクエスト周期?
    if (count==0) { //前回データ受信がなかった
      println("NO DATA.");
    } else if (count<SENSOR_NUM*2+2) {
      println("TIMEOUT."); //リクエスト周期内に通信が完了しなかった
    } else if (count>SENSOR_NUM*2+2) {
      println("OVERRUN."); //余計な文字受信があった
    }
    myPort.write(START_TRIG); //リクエスト送信
    serialTimer=millis();//時刻記録
    count=0;//データ蓄積開始
  }
  while (myPort.available()!=0) { //受信済文字がある間ループ
    int data=myPort.read();
    if (count<SENSOR_NUM*2+2) {
      //規定文字数未受信なのでデータを溜める
      inBuf[count]=(byte)data;
    } else {
      //既に受信完了しているので表示だけ
      print((char)data);
    }
    count++;
    if (count==SENSOR_NUM*2+2) {//規定のバイト数を受信した
      if (inBuf[0]!=START_CHAR || inBuf[SENSOR_NUM*2+1]!=END_CHAR) {
        //正しいフォーマットでなかったので一文字捨ててやり直し
        print((char)inBuf[0]);//捨てられる一文字を表示しておく
        for (int i=0; i<SENSOR_NUM*2+1; i++) {
          inBuf[i]=inBuf[i+1];
        }
        count--;
      } else {
        //正しいフォーマットだったので値取り込み
        for (int i=0; i<SENSOR_NUM; i++) {
          P[i]=((inBuf[i*2+1]<<8)&0xff00) + (inBuf[i*2+2]&0xff);
        }
        count++;
      }
    }
  }

  background(0);
  fill(240);
  textSize(24);
  for (int i=0; i<SENSOR_NUM; i++) {
    text(P[i], 50, 50+30*i);
  }
}

そして、できればこのくらいに書きたいな、というArduino側プログラム

const int SENSOR_NUM = 8; //センサー数 Processing側と同じであること
const char START_TRIG = 's'; //送信リクエスト文字 Processing側と同じであること
const char START_CHAR ='s'; //データヘッダ Processing側と同じであること
const char END_CHAR ='e'; //データ終端 Processing側と同じであること

const int INTERNAL_AD = 6; //内蔵AD数 INTERNAL_AD<=SENSOR_NUMであること
const int SENSOR_PIN[INTERNAL_AD] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5}; // 内蔵ADピンアサイン

void setup() {
  Serial.begin(57600);
}

void loop() {
  uint16_t ads[SENSOR_NUM];
  //データ取得 (内蔵ADC)
  for ( int i = 0; i < INTERNAL_AD; i++) {
    ads[i] = analogRead(SENSOR_PIN[i]);
  }
  // 内蔵AD以外のデータ。質問に情報がないので乱数
  for( int i=INTERNAL_AD;i<SENSOR_NUM; i++){
    ads[i]=random(1024);
  }

  if (Serial.read() == START_TRIG) {//送信リクエストを受信したら
    Serial.print(START_CHAR);//開始文字送信
    for(int i=0;i<SENSOR_NUM;i++){//各データ送信
      Serial.write(ads[i]/256);
      Serial.write(ads[i]);
    }
    Serial.print(END_CHAR);//終端文字送信
  }
}

Comments

[thkana]

あ、符号拡張の方は10あるいは12bitの値を扱っている範囲では大丈夫とは言えるか。気持ちよくはないけれど。

[Aizawasan]

おっしゃる通り，実装のために必要な知識が一切足りていない状況でした．
符号拡張について調べてみます．
ありがとうございました．

[退会済みユーザー]

古いコメントに横か

[bikakushida]

>thkana
符号拡張について、int型は符号付4byteだよね。
(inBuf[i*2+1]<<8)&0xffffff00)まで指示しないと。

byte b = -128;
println((b<<1)&0xff00);
-256じゃなくて65280になっちゃうよ。マイナス値があるとことを想定したらこっちの方がまともに変換できない。まだ println(b<<1)このままのがいい。

[thkana]

bikakushidaさん
わざわざこのコメントのために?退会/新規アカウント取り直しご苦労様。

bが0x80だったら、演算結果として0x8000が欲しいのであって、0xffff8000がほしいわけじゃない。
のでは。今日ちょっと頭痛があって全然頭が回ってないのだけれど。

Answer 2

まず、データを送信する前に、

    Serial.println("send");

ってのが入ってますが、受信側ではこの文字列も含めて受信されてるため、オーバーフローになってますね

Comments

[Aizawasan]

該当の部分をコメントアウトしたところ望んでいた動作が出来ました！
ありがとうございます！

[y_waiwai]

今の質問での回答としてはこれでいけるでしょう、けど、他回答にもありますが、まだまだ問題は残っています
現状では、送信した、そのあとに受信した、とタイミング合わせれば受信はできるでしょうけど、それでは使いもんにはなりません

まだまだ道程は遠いですけど、がんばってください

[thkana]

> 該当の部分をコメントアウトしたところ望んでいた動作が出来ました
本当にそうかなぁ?
「それだけでうまくいくはずはない」のだけれど。

Answer 3

あ、符号拡張の方は10あるいは12bitの値を扱っている範囲では大丈夫とは言えるか。気持ちよくはないけれど。

Comments

[thkana]

先のコメントにしようとして間違えて回答にしてしまったため削除依頼中です。

[退会済みユーザー]

符号拡