.. include:: /index.rst 
   :start-after: start_hello_message
   :end-before: end_hello_message

.. _py_buton:

2.1 ボタン
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**はじめに**

このプロジェクトでは、ボタンを使ってLEDを制御する方法を学びます。ボタンは、さまざまな電子工作プロジェクトにおいて、回路やシステムとやり取りするための基本的な入力デバイスです。

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**必要なもの**

このプロジェクトを行うには、以下のコンポーネントが必要です。

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - COMPONENT
        - PURCHASE LINK

    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_button`
        - |link_button_buy|
    *   - :ref:`cpn_fusion_hat`
        - \- 
    *   - Raspberry Pi
        - \-



----------------------------------------------

**回路図**

このプロジェクトでは、ノーマルオープン型のボタンをRaspberry Piの入力として使用します。ボタンが押されると、GPIO17はハイレベル信号（3.3V）を受け取ります。Raspberry Piはこの信号を検出し、LEDを点灯させます。回路の接続は以下の図のとおりです。


.. image:: img/fzz/2.1.1_sch.png
   :width: 80%
   :align: center


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**配線図**

以下の手順に従って回路を組み立ててください。

1. LEDのアノード（長い脚）を、電流制限用抵抗を介してGPIOピン（GPIO22）に接続します。
2. LEDのカソード（短い脚）をGNDに接続します。
3. ボタンの一方の端子をGPIO17に、もう一方の端子をGNDに接続します。


.. image:: img/fzz/2.1.1_bb.png
   :width: 80%
   :align: center

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**サンプルの実行**


このチュートリアルで使用するすべてのサンプルコードは ``ai-lab-kit`` ディレクトリに含まれています。
以下の手順でサンプルを実行してください。


.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: shell
   
   cd ~/ai-lab-kit/python/
   sudo python3 2.1_Button.py

このPythonスクリプトは、ボタンでLEDを制御するインタラクティブな構成を示しています。実行すると、次のように動作します。

1. ボタン（GPIO17に接続）を押すと、LED（GPIO22に接続）が点灯します。
2. ボタンを離すと、LEDが消灯します。
3. プログラムは継続的に動作し、ボタンの押下および解放イベントを監視してLEDを制御します。

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**コード**

以下のPythonコードは、ボタンの押下と解放に応じてLEDを切り替えます。


.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3
   from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
   from signal import pause  # Import pause function from signal module

   # Initialize an LED object on GPIO pin 22
   led = Pin(22,mode=Mode.OUT)
   # Initialize a Button object on GPIO pin 17
   button = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)

   # # Link the button's "when_activated" event to the LED's high() method
   button.when_activated = led.high

   # # Link the button's "when_deactivated" event to the LED's low() method
   button.when_deactivated = led.low

   # Run an event loop that waits for button events and keeps the script running
   print("CTRL + C to exit")
   pause()



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**コードの解説**

1. **ライブラリのインポート**

   ``fusion_hat`` ライブラリはGPIO制御のためのシンプルなインターフェースを提供し、 ``signal`` モジュールはプログラムを継続実行させるために使用します。

   .. code-block:: python

      #!/usr/bin/env python3
      from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
      from signal import pause  # Import pause function from signal module


2. **コンポーネントの初期化**

   LEDはGPIO22に接続し、ボタンはGPIO17に接続します。

   .. code-block:: python

      # Initialize an LED object on GPIO pin 22
      led = Pin(22,mode=Mode.OUT)
      # Initialize a Button object on GPIO pin 17
      button = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)

3. **イベント処理**

   ``when_activated`` と ``when_deactivated`` のイベントを、それぞれLEDの ``high()`` メソッドと ``low()`` メソッドに関連付けます。これにより、ボタンを押すとLEDが点灯し、ボタンを離すと消灯します。

   .. code-block:: python

       button.when_activated = led.high
       button.when_deactivated = led.low

4. **イベントループ**

   ``pause()`` 関数によりプログラムを継続実行し、ボタンの押下および解放イベントを待機します。

   .. code-block:: python

       pause()

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**トラブルシューティング**

1. **LEDが点灯しない**  

   - **原因**: GPIOピンの接続ミス、またはLEDの配線に問題がある可能性があります。  
   - **対処方法**: LEDのプラス側の脚がGPIO22に接続され、マイナス側の脚が抵抗を介してGNDに接続されていることを確認してください。

2. **ボタンを押しても反応しない**  

   - **原因**: ボタンの配線、またはGPIOピンの設定が正しくない可能性があります。  
   - **対処方法**: ボタンがGPIO17とGNDに正しく接続されていることを確認してください。

3. **ボタンの状態に関係なくLEDが点灯したまま、または消灯したままになる**  

   - **原因**: ボタンのイベントが正しく検出されていない可能性があります。  
   - **対処方法**: マルチメーターや簡単な回路を使って、ボタン自体が正常に動作しているか確認してください。



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**拡張アイデア**

1. **LEDの状態をトグルする**  

   ボタンを押すたびにLEDを単純に点灯・消灯するのではなく、状態を切り替えるようにスクリプトを変更できます。

   .. code-block:: python
    
      def toggle():
         if led.value() == 1:
            led.off()
         else:
            led.on()

      button.when_activated = toggle

2. **複数のLED**  

   1つのボタンで複数のLEDを制御し、異なる点灯パターンを切り替えることができます。

   .. code-block:: python

      leds = [LED(17), LED(27), LED(22)]
      current_led = 0

      def cycle_leds():
         global current_led
         leds[current_led].off()
         current_led = (current_led + 1) % len(leds)
         leds[current_led].on()

      button.when_activated = cycle_leds

3. **ボタンの押下時間**  

   ボタンを押している時間の長さに応じて、異なる動作を行う機能を追加できます。

   .. code-block:: python

      from time import time

      press_time = None

      def start_timer():
         global press_time
         press_time = time()

      def check_duration():
         global press_time
         duration = time() - press_time
         if duration < 2:
            led.on()
         else:
            led.off()

      button.when_activated = start_timer
      button.when_deactivated = check_duration

4. **デバウンス処理**  

   より正確にボタン押下を検出するために、ソフトウェアデバウンスを実装できます。

   .. code-block:: python

      from time import time

      press_time = None
      debounce_time = 0.2

      def press():
         global press_time
         press_time = time()

      def debounce():
         global press_time
         current_time = time()
         duration = current_time - press_time
         if duration < debounce_time:
            return
         else:
            led.on()

      button.when_activated = press
      button.when_deactivated = debounce


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**まとめ**

このプロジェクトでは、Fusion HAT+を使ってボタンでLEDを制御する方法を紹介しました。ボタンは汎用性の高いコンポーネントであり、基本的な回路から複雑なインタラクティブシステムまで、さまざまなアプリケーションに活用できます。