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2.4 チルトスイッチ

はじめに

このプロジェクトでは、チルトスイッチモジュールを使用します。チルトスイッチは内部に小さな金属ボールを含むボール型スイッチで、わずかな傾きを検出することができます。このスイッチは、動作検知、角度検出、バランス監視など、さまざまな用途に利用できます。

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を準備してください。

COMPONENT INTRODUCTION	PURCHASE LINK
ブレッドボード	購入
ジャンパーワイヤー	購入
抵抗器	購入
LED	購入
傾斜スイッチ	-
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

回路図

チルトスイッチの接続方法については、以下の図を参照してください。

配線図

以下の手順に従って回路を接続してください。

チルトスイッチをRaspberry PiのGPIO17に接続します。
緑色LEDを抵抗を介してGPIO27に接続します。
赤色LEDを抵抗を介してGPIO22に接続します。
両方のLEDのカソードをGNDに接続します。

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。

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 2.4_Tilt.py

このPythonスクリプトは、チルトセンサーを使用して2つのLEDを制御し、状態メッセージをコンソールに表示します。実行すると、次のように動作します。

チルトセンサー（GPIO17に接続）が傾きを検出した場合:
- コンソールにメッセージを表示します。
- 赤色LED（GPIO22に接続）が点灯します。
- 緑色LED（GPIO27に接続）が消灯します。
チルトセンサーが直立状態（通常の垂直位置）の場合:
- 赤色LEDが消灯します。
- 緑色LEDが点灯します。
プログラムはチルトセンサーの状態を継続的に監視し、それに応じてLEDを制御します。
Ctrl+C を押して中断するまで、スクリプトは継続して実行されます。

コード

以下は、チルトスイッチとLEDを制御するPythonスクリプトです。

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

TiltPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)  # Tilt sensor connected to GPIO pin 17
green_led = Pin(27,mode=Mode.OUT)  # Green LED connected to GPIO pin 27
red_led = Pin(22,mode=Mode.OUT)   # Red LED connected to GPIO pin 22

def detect():
   """
   Detect the tilt sensor state and control the LEDs.
   Turns on the red LED and turns off the green LED when tilted.
   Turns off the red LED and turns on the green LED when not tilted.
   """
   if TiltPin.value() == 0:  # Check if the sensor is tilted
      print('    *************')
      print('    *   Tilt!   *')
      print('    *************')
      red_led.high()   # Turn on red LED
      green_led.low()  # Turn off green LED
   else:  # If the sensor is not tilted
      red_led.low()  # Turn off red LED
      green_led.high()  # Turn on green LED

try:
   # Set up a callback to detect changes in the tilt sensor state
   TiltPin.when_activated = detect
   TiltPin.when_deactivated = detect
   pause()

except KeyboardInterrupt:
   # Handle KeyboardInterrupt (Ctrl+C) to exit the loop gracefully
   pass

コードの解説

インポート

スクリプトでは、LEDや入力ピンの制御に必要なクラスをインポートします。

from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
from signal import pause  # Import pause function from signal module

初期化

チルトスイッチおよびLEDをGPIO17、GPIO27、GPIO22に接続して設定します。

TiltPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)  # Tilt sensor connected to GPIO pin 17
green_led = Pin(27,mode=Mode.OUT)  # Green LED connected to GPIO pin 27
red_led = Pin(22,mode=Mode.OUT)   # Red LED connected to GPIO pin 22

detect関数

detect 関数はチルトスイッチの状態を確認し、LEDの状態を更新します。スイッチが傾いた場合は赤色LEDが点灯し、緑色LEDは消灯します。

def detect():
   if TiltPin.value() == 0:  # Check if the sensor is tilted
      print('    *************')
      print('    *   Tilt!   *')
      print('    *************')
      red_led.high()   # Turn on red LED
      green_led.low()  # Turn off green LED
   else:  # If the sensor is not tilted
      red_led.low()  # Turn off red LED
      green_led.high()  # Turn on green LED

メインループ

チルトセンサーの when_pressed と when_released イベントに detect 関数を割り当てます。プログラムは中断されるまで実行され続けます。

try:
   # Set up a callback to detect changes in the tilt sensor state
   TiltPin.when_activated = detect
   TiltPin.when_deactivated = detect
   pause()

except KeyboardInterrupt:
   # Handle KeyboardInterrupt (Ctrl+C) to exit the loop gracefully
   pass

トラブルシューティング

スクリプトが傾きに反応しない
- 原因: when_activated および when_deactivated のイベントが正しく動作していない可能性があります。
- 対処方法: detect() 関数が両方のイベントに正しく割り当てられていることを確認してください。

LEDがちらつく

原因: センサーのノイズやチャタリングの可能性があります。
対処方法: 短い遅延を追加して信号を安定させます。

from time import sleep
def detect():
      sleep(0.05)  # Debounce delay
      if TiltPin.value() == 0:
         red_led.on()
         green_led.off()
      else:
         red_led.off()
         green_led.on()

拡張アイデア

音によるフィードバック

チルトセンサーが作動したときにブザーで音による通知を追加できます。

from fusion_hat import Buzzer,Pin
buzzer = Buzzer(Pin(4))
if TiltPin.value() == 0:
   buzzer.on()
else:
   buzzer.off()

時間ベースのアラート

センサーが一定時間以上傾いた状態のままの場合にアラートを発生させます。

from threading import Timer
def alert():
   print("Tilt detected for too long!")
   red_led.on()
   sleep(0.5)
   red_led.off()

if TiltPin.value() == 0:
   Timer(5, alert).start()  # Trigger alert if tilted for 5 seconds

まとめ

このプロジェクトでは、Fusion HAT+とチルトスイッチを使用して傾きを検出し、LEDを制御する方法を学びました。チルトスイッチは、簡単な動作検出や角度検出を実現する低コストなソリューションであり、ロボットやホームオートメーションなど多くの実用的な用途に活用できます。