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2.2.1 フォトレジスタ (MCP3008)
注釈
キットの種類によって ADC0834 または MCP3008 が含まれています。必ず手元の部品を確認し、対応する章に進んでください。
はじめに
フォトレジスタは生活の中で周囲の明るさを検出するために広く使われる部品です。 昼夜を検知し、常夜灯のような光制御に利用されます。 この実験は可変抵抗器の実験とよく似ており、電圧の変化を利用して光を検知します。
必要な部品
原理
フォトレジスタ（光依存抵抗）は光で抵抗値が変化する素子です。 入射する光が強くなるほど抵抗値は低下し、光導電性を示します。 光検出回路や明暗によって切り替わる回路に広く利用されます。
回路図
T-Board 名称 |
物理ピン |
WiringPi |
BCM |
|---|---|---|---|
SPICE0 |
pin24 |
10 |
8 |
SPIMOSI |
pin19 |
12 |
10 |
SPIMISO |
pin21 |
13 |
9 |
SPISCLK |
pin23 |
14 |
11 |
GPIO22 |
pin15 |
3 |
22 |
実験手順
手順1: 回路を組みます。
C言語の場合
手順2: コードのあるフォルダに移動します。
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.2.1-2/
手順3: コンパイルします。
gcc 2.2.1_Photoresistor.c -o photoresistor -lwiringPi -lm
手順4: 実行します。
./photoresistor
実行すると、フォトレジスタが検知した光の強さに応じて LED の明るさが変化します。
注釈
「wiringPi.h が見つかりません」というエラーが出た場合は wiringPi のインストールと確認 を参照してください。
コード
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiSPI.h>
#include <stdio.h>
#include <softPwm.h>
#define SPI_CHANNEL 0
#define SPI_SPEED 1000000
#define LedPin 3
int readMCP3008(int channel) {
if (channel < 0 || channel > 7) return -1;
unsigned char buffer[3];
buffer[0] = 1;
buffer[1] = (8 + channel) << 4;
buffer[2] = 0;
wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);
int result = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
return result;
}
int main(void) {
if (wiringPiSetup() == -1) {
printf("wiringPi 初期化失敗!\n");
return 1;
}
if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
printf("SPI 初期化失敗!\n");
return 1;
}
softPwmCreate(LedPin, 0, 100);
while (1) {
int analogVal = readMCP3008(0);
printf("ADC 値: %d\n", analogVal);
int pwmVal = analogVal * 100 / 1023;
softPwmWrite(LedPin, pwmVal);
delay(100);
}
return 0;
}
コード解説
このコードは 2.1.4 可変抵抗器 (MCP3008) で説明した内容と同じです。詳しくはそちらを参照してください。
Pythonの場合
手順2: SPI を設定し、 spidev をインストールしてください（詳細は SPI 設定 を参照）。
手順3: コードのあるフォルダに移動します。
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python
手順4: 実行します。
sudo python3 2.2.1-2_photoresistor.py
実行すると、フォトレジスタが検知した光の強さに応じて LED の明るさが変化します。
警告
RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address というエラーが出た場合は 「gpiozero」が動作しない場合。 を参照してください。
コード
#!/usr/bin/env python3
import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time
PWM_PIN = 22
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)
pwm.start(0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000
def read_adc(channel):
if channel < 0 or channel > 7:
return -1
r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
return value
try:
while True:
analogVal = read_adc(0)
print(f"value = {analogVal}")
duty_cycle = analogVal * 100 / 1023
pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)
time.sleep(0.2)
except KeyboardInterrupt:
pass
finally:
pwm.stop()
GPIO.cleanup()
spi.close()
コード解説
ライブラリを読み込みます。
RPi.GPIO: GPIO 制御と PWM 出力spidev: MCP3008 と SPI 通信time: 待機処理
#!/usr/bin/env python3 import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time
GPIO22 を PWM 出力として設定し、周波数 1000Hz で開始します。
# GPIO pin for PWM LED PWM_PIN = 22 # Setup GPIO GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT) # Initialize PWM (frequency = 1000Hz) pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000) pwm.start(0) # Start with 0% duty cycle
SPI をバス0、CE0 で初期化し、速度を 1MHz に設定します。
# Initialize SPI (MCP3008 on Bus 0, CE0) spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz
read_adc()関数で MCP3008 の指定チャンネルから 0–1023 の値を取得します。# Function to read MCP3008 ADC value def read_adc(channel): """ Read analog value from MCP3008 (channel 0–7) Returns: 10-bit value (0–1023) """ if channel < 0 or channel > 7: return -1 r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2] return value
メインループでは CH0 の値を読み取り、PWM デューティ比に変換し LED の明るさを調整します。0.2秒ごとに更新します。
# Main loop to read ADC and set PWM brightness try: while True: analogVal = read_adc(0) print(f"value = {analogVal}") # Scale ADC value (0–1023) to duty cycle (0–100) duty_cycle = analogVal * 100 / 1023 pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle) time.sleep(0.2)
Ctrl+C で終了すると PWM と GPIO を解放し、SPI を閉じます。
except KeyboardInterrupt: pass finally: pwm.stop() GPIO.cleanup() spi.close()