トラ技の２月号に付録としてついてきたπduino製作基板を利用して、ラズベリー・パイとArduinoが合体したπduinoを製作した。
付録についてきた基板
別途購入した部品セット
部品を実装しながら途中で気が付いたのですが、πduinoのUSB端子は電源供給のみで、
データの書き込みは別にあるシリアルポートから行うことが判明しました。
そのため、USBシリアル変換モジュールが必要となり、急きょ、CP２１０２を入手しPC接続することとしました。
CP2102
最初にπduino部分だけ部品を実装しテストしてみました。
USBシリアル変換モジュールを接続し、Arduino IDEを起動。
Arduino Examplesの中から、１．Basic→Brinkを読み込み、LEDの点滅を確認。
USBシリアル変換モジュールが中国製廉価版だったので、うまく動作するか心配でしたが、
無事LEDの点滅を確認できました。
全体の部品実装完了
ラズベリーパイ「ゼロ」
πduinoとラズベリー・パイ「ゼロ」を組み合わせ OSをセットアップ
初回起動画面
ADT7410温度センサーで測ったデータを、小型液晶AQM0802に表示して見ることにしました。
I2Cを使っているので、増設は簡単です。VDD,GND,SCL,SDAの４本を接続するだけでOKです。
RESETは通常がHIGHであり、LOWになるとリセットされることになるので、VDDに接続しHIGHの状態にしておきます。
ブレッドボードに小型液晶をセットし、I2Cを接続しました。
配線を確認し、電源ON、プログラムを読み込みRUNさせましたが、液晶は何の変化もなく測定した温度データは表示されませんでした。
念のためプログラムの途中に「print(inputVlue)」を挿入し、再度RUNしてみると、Python Shellには測定した温度が表示されるので、
測定ブロックは正常に動作していることが分かりました。
いろいろ調べても分からず、ネットで検索したところ、同じ症状で検索し、ヒットしたページを見ているうちに、
「実例で学ぶRaspberry Pi電子工作 補足情報」にたどりつきました。
その中に「完成品のLCDを購入しても認識されない場合の暫定的な対処法」という、項目があり調べると、
今回の内容にピッタシ当たるようです。
LCDの新しいロットでは電流の引き込み能力が低くRaspberry Piでは動作しないという内容です。
これに対する対処法が二通りありましたので、これをそれぞれ実施してみました。
LCD対処法：暫定版
Raspberry Piから認識されない完成品LCD（AQM0802）に対して、図のようにSDA部からGND間に抵抗を追加する。
動作を確認することができました。
簡単な対処法ですがあくまで暫定版です。
LCD対処法：正式版（ただし上級者向け）
この小型液晶AQM0802の新しいロットを使う上で問題になるのが、
Raspberry Pi上にあるプルアップ抵抗1.8kΩが小さすぎるということのようです。
新しいロットのAQM0802を使う上では、10kΩが推奨されています。
そこで、図のようにPCA9515（I2Cバスリピーター）を使い、Raspberry Piと温度センサー側を切り離し、
Raspberry Pi側を1.8kΩ、LCD側を10kΩで利用するようにします。これをブレッドボード板上で行うためには、
基板に小さなチップ部品をはんだ付けする作業が発生します。ここがちょっと大変です。
基板の作成〈部品一覧）
完成品
LCD側のプルアップ抵抗を有効にする
PUのプルアップ抵抗を有効にするため、端子にハンダを盛る。
動作を確認すると、LCDに温度が表示されるようになりました。
全体図
ADT7410を使用して温度測定・エクセルに取込
I2C(Inter Integrated Circuit)は、IC間を２本の信号線で接続し、データのやり取りを行います。
この信号線に複数のマスターおよびスレーブ接続することが可能で、数多くのICと通信ができるようです。
Raspbianには、I2Cを使うためのモジュールが含まれていますが、初期状態ではこのモジュールが無効に設定されているようです。この設定変更については、各種参考書やネットに詳しく説明されておりますので、そちらを参考にすることとします。
設定を確認するために「sudo i2cdetect -y 1」と入力し実行します。
次のように表示されれば、設定はOKです。
つづいて、sudo apt-get install python-smbus と入力し実行します。python の smbusライブラリーがインストールされ準備完了です。
RaspberryPiで温度を測る
秋月電子で販売している、ADT7410使用 高精度・高分解能・I２C・１６Bit温度センサーモジュールは、モジュール基板に、動作に必要な部品がすべて実装され、電源、GND、SCL、SDAの４線を配線するだけで動作します。
I2C接続のため、配線は少なく簡単にRaspberryPiで温度を表示することが出来ます。
右下にセットされているのが、温度センサーモジュールです。
右上のLCDは測定した温度を表示する予定の、I2C接続小型８文字２行液晶で、今回は動作させてません。
RaspberryPiに「RaspberryPiで学ぶ電子工作」に掲載のサンプルファイルから07-01temp.pyを読み込み動作をしている状態。
このデータをエクセルに取込みグラフ表示をしてみました。
「Lチカ」の次は、アナログ値の読み込みに挑戦してみました。
実は勉強不足で、RaspberryPiには「AD変換器」がついてないことをここで知りました。
「Arduino」では、ADコンバーターが内部に組み込まれているので、直接アナログ値を読むことが出来ました。
Arduinoでは、センサーの出力を直接読み込み、データの換算をすればよかったのですが、RaspberryPiではADコンバーターと通信手段を別途用意する必要があります。
今回はADコンバーターとして、MCP3208-CI/Pをつかい、通信手段はSPIが使われます。
なお、ADコンバーターの詳しい説明や読み込むためのプログラムについては、「RaspberryPiで学ぶ電子工作」に「易しく詳しく」説明がありますので、参考にしていただければと思います。センサーとしては、フォトレジスターを使い、明るさの変化でLEDを点滅させるようになっております。
回路図
全体の状況
通常の明るさで動作中 LEDは点灯しない
フォトレジスターにテープを貼り付け暗い状態を再現するとLEDが点灯する
読み取った値がPython Shellに表示される〈ビニールテープ貼り付け状態）
途中でセンサーに貼り付けたビニールテープを取り外した状況
値が大きく変化している
アナログ値読み込みプログラム（RaspberryPiで学ぶ電子工作より）
サンプルファイルの06-02-led.pyをそのまま利用しております。
プログラム
# coding: utf-8
# GPIO ライブラリをインポート
import RPi.GPIO as GPIO
# ピン番号の割り当て方式を、コネクタのピン番号に設定
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# 使用するピン番号を設定
SW = 18
LED = 22
# 22 番ピンを出力ピンに設定し、初期出力をローレベルにする
GPIO.setup(LED, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
# 18 番ピンを入力ピンに設定
GPIO.setup(SW, GPIO.IN)
# 例外を検出
try:
# 無限ループ
while 1:
# スイッチの状態を変数key_in に代入
key_in = GPIO.input(SW)
# 変数key_in の状態を判定
if key_in==0:
#ロー レベルを出力
GPIO.output(LED, GPIO.LOW)
else:
# ハイレベルを出力
GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)
# キーボード例外を検出
except KeyboardInterrupt:
# 何も処理をしない
pass
# GPIO を解放
GPIO.cleanup()
Ｌチカは、マイコンを使って電子工作する場合の最初の登竜門です。
RaspberryPiについては、今回が初めての挑戦ですので、まずＬチカから始めようと思います。
RaspberryPiのＬチカについては、いろいろの解説書に掲載されています。
今回は、ブルーバックスの、金丸孝志氏著「Raspberrypiで学ぶ電子工作」を参考に回路作製・プログラム作成をすすめていきます。
①準備品
RaspberryPi Mode B+
ブレッドボードおよびLED、抵抗、接続リード線等の部品
モニター（PCモニターを切り替えで使用）
モニター接続ケーブル（ＨＤＭＩ端子）
キーボード（ＵＳＢインターファイス）
マウス（無線タイプ）
電源（DC 5V 2A USB-microBケーブル付き
②RasPiのGPIO(General-Purpose Input/Output)ポート
RaspberryPi Model B+は、基板表面に40本のピンが立っています。
このピンの集合を「GPIOポート」といい、配置は図のようになります。
③回路の製作
GPIO25(PIN番号２２）に電流制限抵抗とＬＥＤのアノードを接続します。
ＬＥＤのカソードとＧＮＤ（PIN番号６）を接続し回路政策は完了です。
④接続
ブレッドボードを使って実際に配線した様子です。
⑤PythonのIDLEを起動
電源を接続しRaspbianを起動します。
ディスクトップ上のLXTerminalをダブルクリックしてターミナルを起動します。
プロンプトの後ろで sudo idle & と入力し「Enter」キーを押す。
python shellのウインドウが表示される。
次にプログラムを記述するためのエディタを起動します。
python shellのFileメニューから「New File」(New Window)を選択すると、
Untitled と表示されたエディタが起動します。
プログラムの記述は、こちらのエディタに記入します。
⑥プログラムの記述
Ｌチカの実際のプログラムは下記のようになりました。
#coding: utf-8
#GPIOライブラリをインポート
import RPi.GPIO as GPIO
#Sleep命令を使用可能にする
from time import sleep
#初期化命令
LED = 25
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)
#プログラム本体
#例外の検出
try:
#無限ループ
while True:
#ハイレベルを出力
GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)
#0.5秒待つ
sleep(1)
#ローレベルを出力
GPIO.output(LED, GPIO.LOW)
#0.5秒待つ
sleep(1)
#キーボードの例外を待つ
except KeyboardInterrupt:
#何もしない
pass
#GPIOを解放
GPIO.cleanup()
⑦プログラムの実行
エディタの「Run 」タブから「Run Module」をクリックするとプログラムが
実行され、LEDが0.5秒ごとに点滅します。
もし、プログラムに誤りがあると、問題のある個所の近辺に赤で表示されます。
問題点を見つけて修正し、再度「Run Module」をクリックします。
⑧プログラムの終了
プログラムの終了は、Python Shellウインドウの上で、「Ctrl」キーを押し
ながら「c」押すと、プログラムが終了します。
2016/8/8 プログラムの一部を修正 #coding:utf-8記入漏れのため冒頭に追加
ラズビアンＯＳを日本語入力が使えるように設定
画面上の「Menu」をクリックして、Preference→RaspberryPi Configuration をクリックする。
System タブでパスワードの設定ができる。初期設定は「raspberrypi」が設定されており、パスワードを変更する場合は
「Change Password」をクリックして変更する。そのままでも可。
タブを「Localisation」に移動して、「SetLocale...」で「Locale」を設定
「Set Timezone...」でタイムゾーンを設定
「SetKeyboad...」キー配列を設定する。
次にコマンドを使って日本語入力ソフトのインストールを行う。
画面上の「Menu」をクリックして、「Accessories」→「Terminal」をクリックするとターミナルが開く。
今回はラスビアンで利用できる日本語入力ソフト「Anthy の uim」をつかいます。
ターミナル画面のコマンド待ち状態を示す「＄」記号の後ろに次のコマンドをキーボードより入力し実行すると
日本語入力ソフトがインストールされます。。
＄sudo apt-get updata 実行(Enter)
＄sudo apt-get install uim uim-anthy 実行(Enter)
インストール後、再起動すると「全角/半角」キーで日本語入力の「オン/オフ」が可能となります。
Raspberry Piの ＯＳインストール
以前より興味のあったRaspberry Pi でしたが、旧型ＰＣにLinux(XUbuntu)を入れたのを機会にRaspberry Piを使ってみることにしました。
ラズパイは、専用のＯＳ「ラズビアンＯＳ」を使うのが一般的です。この中身はLinuxですので、Linuxを勉強のためチャレンジしました。
なお、今回は「ラズパイ超入門」「ラズパイマガジン２０１５年秋号」などを参考にしております。
用意したもの
Raspberry Pi2 Model B
表 裏
同上のプラスチックケース
モニター用ケーブル ＨＤｍＩ
SDメモリーカード 8GB
手持ちの物を利用したもの
ＰＣ
USBキーボード、USBマウス
ディスプレイ
５V 2.5A 電源アダプター
SDカードにOSのインストール
ラズパイのＯＳは、「ラズビアン」になります。
ＳＤカードで「ラズビアン」をインストールするには、２段階の作業が必要になる。
①ＯＳインストール用の 「ＮＯＯＢＳ」をインターネットからダウンロードして、ＳＤカードに書き込む。
この作業は Windows パソコンでの作業になります。
Windows パソコンで、 https://www.raspberrypi.org/downloads/にアクセスし「NOOBS」をダウンロードする。
ダウンロードしたら解凍し、ファイルの中身をすべてＳＤカードにコピーする。
②「ＮＯＯＢＳ」を書き込んだ ＳＤカードをラズパイにセットし、「ラズビアン」のインストールをおこなう
ＳＤカードをセットしたら、ＵＳＢ電源ケーブルをセットする。（電源スイッチは無し）
ラズパイが起動し、ディスプレイに画面が表示される。
次回は日本語設定を記載予定
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