.. note:: こんにちは、SunFounderのRaspberry Pi & Arduino & ESP32愛好家コミュニティへようこそ！Facebook上でRaspberry Pi、Arduino、ESP32についてもっと深く掘り下げ、他の愛好家と交流しましょう。 **参加する理由は？** - **エキスパートサポート**：コミュニティやチームの助けを借りて、販売後の問題や技術的な課題を解決します。 - **学び＆共有**：ヒントやチュートリアルを交換してスキルを向上させましょう。 - **独占的なプレビュー**：新製品の発表や先行プレビューに早期アクセスしましょう。 - **特別割引**：最新製品の独占割引をお楽しみください。 - **祭りのプロモーションとギフト**：ギフトや祝日のプロモーションに参加しましょう。 👉 私たちと一緒に探索し、創造する準備はできていますか？[|link_sf_facebook|]をクリックして今すぐ参加しましょう！ .. _3.1.8_c_mcp3008: 3.1.8 過熱モニター (MCP3008) ================================== .. note:: .. image:: img/mcp3008_and_adc0834.jpg :width: 25% :align: left 使用しているキットのバージョンによって、 **ADC0834** か **MCP3008** のどちらを搭載しているか確認し、それぞれ対応する節を参照してください。 導入 ------------------- 工場などの現場で回路が過熱した際、アラームを出し、適時に自動で機械を停止させたい場合があります。本プロジェクトでは、サーミスタ・ジョイスティック・ブザー・LED・LCD を利用し、しきい値を調整可能な温度監視装置を製作します。 必要な部品 ------------------------------ このプロジェクトでは以下の部品を使用します。 .. image:: img/list2_Overheat_Monitor.png :align: center 回路図 -------------------------- ============ ======== ======== === T-Board 名称 物理ピン wiringPi BCM SPICE0 Pin 24 10 8 SPIMOSI Pin 19 12 10 SPIMISO Pin 21 13 9 SPISCLK Pin 23 14 11 GPIO22 Pin15 3 22 GPIO23 Pin16 4 23 GPIO24 Pin18 5 24 SDA1 Pin 3 SCL1 Pin 5 ============ ======== ======== === .. image:: img/Schematic_three_one8.png :align: center 実験手順 ----------------------------- **手順1:** 回路を組み立てます。 .. image:: img/july24_3.1.8_overheat_monitor_mcp3008.png **C言語利用者向け** ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ **手順2:** コードのあるフォルダに移動します。 .. code-block:: cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/3.1.8-2/ **手順3:** コードをコンパイルします。 .. code-block:: gcc 3.1.8_OverheatMonitor.c -lm -lwiringPi **手順4:** 実行ファイルを実行します。 .. code-block:: sudo ./a.out コードが実行されると、現在の温度と高温しきい値 **40** が **I2C LCD1602** に表示されます。現在の温度がしきい値を超えると、ブザーとLEDが動作して警告します。 **ジョイスティック** はしきい値を調整するために使用します。ジョイスティックをX軸またはY軸方向に倒すと、高温しきい値を上下に調整できます。ジョイスティックを再度押すと、しきい値は初期値にリセットされます。 .. note:: * ``wiringPi.h: No such file or directory`` というエラーが出る場合は、:ref:`install_wiringpi` を参照してください。 * ``Unable to open I2C device: No such file or directory`` というエラーが出る場合は、:ref:`i2c_config` を参照し、I2Cを有効化し配線が正しいか確認してください。 * コードと配線に問題がないのにLCDが表示されない場合は、背面のポテンショメータを回してコントラストを上げてください。 コード ---------------------- .. code-block:: c #include #include #include #include #include #include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; #define Joy_BtnPin 3 // GPIO22 -> WiringPi 3 #define buzzPin 4 // GPIO23 -> WiringPi 4 #define LedPin 5 // GPIO24 -> WiringPi 5 #define SPI_CHANNEL 0 #define SPI_SPEED 1000000 int LCDAddr = 0x27; int BLEN = 1; int fd; int upperTem = 40; // Global variable to store the last joystick change int lastJoystickChange = 0; int read_ADC(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); return ((buffer[1] & 0x03) << 8) | buffer[2]; } void write_word(int data){ int temp = data; if (BLEN) temp |= 0x08; else temp &= 0xF7; wiringPiI2CWrite(fd, temp); } void send_command(int comm){ int buf = comm & 0xF0; buf |= 0x04; write_word(buf); delay(2); buf &= 0xFB; write_word(buf); buf = (comm & 0x0F) << 4; buf |= 0x04; write_word(buf); delay(2); buf &= 0xFB; write_word(buf); } void send_data(int data){ int buf = data & 0xF0; buf |= 0x05; write_word(buf); delay(2); buf &= 0xFB; write_word(buf); buf = (data & 0x0F) << 4; buf |= 0x05; write_word(buf); delay(2); buf &= 0xFB; write_word(buf); } void lcd_init(){ send_command(0x33); delay(5); send_command(0x32); delay(5); send_command(0x28); delay(5); send_command(0x0C); delay(5); send_command(0x01); wiringPiI2CWrite(fd, 0x08); } void lcd_clear(){ send_command(0x01); } void write_lcd(int x, int y, const char data[]){ int addr = 0x80 + 0x40 * y + x; send_command(addr); for (int i = 0; i < (int)strlen(data); i++) send_data(data[i]); } int get_joystick_value(){ int x = read_ADC(1); int y = read_ADC(2); // Dead-band filtering to reduce small fluctuations if (x > 900) return 1; // else if (x < 100) return -1; // else if (y > 900) return -10; // else if (y < 100) return 10; // else return 0; } void upper_tem_setting(){ write_lcd(0,0, "Upper Adjust:"); int change = get_joystick_value(); // Only respond to actual direction change if (change != 0 && change != lastJoystickChange) { upperTem += change; lastJoystickChange = change; } else if (change == 0) { // Allow next change after returning to center lastJoystickChange = 0; } // Display current upperTem char str[6]; snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem); write_lcd(0,1, str); // Clear remaining LCD characters write_lcd(strlen(str),1, " "); delay(100); } double temperature(){ int raw = read_ADC(0); double Vr = 3.3 * ((double)raw / 1023.0); double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr); double tempK = 1.0 / ((log(Rt/10000.0)/3950.0) + 1.0/(273.15+25.0)); return tempK - 273.15; } void monitoring_temp(){ char str[6]; double cel = temperature(); snprintf(str, sizeof(str), "%.2f", cel); write_lcd(0,0, "Temp: "); write_lcd(6,0, str); snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem); write_lcd(0,1, "Upper: "); write_lcd(7,1, str); delay(100); if (cel >= upperTem) { digitalWrite(buzzPin, HIGH); digitalWrite(LedPin, HIGH); } else { digitalWrite(buzzPin, LOW); digitalWrite(LedPin, LOW); } } void setup_all(){ fd = wiringPiI2CSetup(LCDAddr); lcd_init(); if (wiringPiSetup() == -1 || wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) { printf("Setup failed!\n"); return; } pinMode(Joy_BtnPin, INPUT); pullUpDnControl(Joy_BtnPin, PUD_UP); pinMode(buzzPin, OUTPUT); pinMode(LedPin, OUTPUT); } int main(void){ setup_all(); int lastBtnState = HIGH; int stage = 0; while (1) { int curBtn = digitalRead(Joy_BtnPin); // Switch mode when button changes from LOW to HIGH (button released) if (curBtn == HIGH && lastBtnState == LOW) { stage = (stage + 1) % 2; lastJoystickChange = 0; // Clear debounce status delay(100); lcd_clear(); } lastBtnState = curBtn; if (stage == 1) upper_tem_setting(); else monitoring_temp(); } return 0; } コード解説 --------------------- .. code-block:: c int read_ADC(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); return ((buffer[1] & 0x03) << 8) | buffer[2]; } SPIを使ってMCP3008のチャンネル (CH0–CH7) から10ビットのアナログ値を読み取り、0〜1023の整数を返します。 .. code-block:: c int get_joystick_value() { int x = read_ADC(1); int y = read_ADC(2); if (x > 900) return 1; // 右 else if (x < 100) return -1; // 左 else if (y > 900) return -10; // 上 else if (y < 100) return 10; // 下 else return 0; } CH1とCH2からジョイスティックのX軸・Y軸のアナログ値を読み取ります。しきい値に基づき、動作方向を表す整数を返します。 .. code-block:: c void upper_tem_setting() { write_lcd(0,0, "Upper Adjust:"); int change = get_joystick_value(); if (change != 0 && change != lastJoystickChange) { upperTem += change; lastJoystickChange = change; } else if (change == 0) { lastJoystickChange = 0; } char str[6]; snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem); write_lcd(0,1, str); write_lcd(strlen(str),1, " "); delay(100); } ジョイスティックを使って高温しきい値を調整します。方向を押し続けた場合でも、繰り返し変化しないよう制御します。 .. code-block:: c double temperature() { int raw = read_ADC(0); double Vr = 3.3 * ((double)raw / 1023.0); double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr); double tempK = 1.0 / ((log(Rt/10000.0)/3950.0) + 1.0/(273.15+25.0)); return tempK - 273.15; } CH0に接続されたサーミスタのアナログ値を読み取ります。Steinhart–Hart方程式を用いて摂氏温度を計算します。 .. code-block:: c void monitoring_temp() { char str[6]; double cel = temperature(); snprintf(str, sizeof(str), "%.2f", cel); write_lcd(0,0, "Temp: "); write_lcd(6,0, str); snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem); write_lcd(0,1, "Upper: "); write_lcd(7,1, str); delay(100); if (cel >= upperTem) { digitalWrite(buzzPin, HIGH); digitalWrite(LedPin, HIGH); } else { digitalWrite(buzzPin, LOW); digitalWrite(LedPin, LOW); } } 現在の温度を継続的に読み取り、しきい値とともに表示します。温度がしきい値を超えた場合、ブザーとLEDを動作させます。 .. code-block:: c void setup_all() { fd = wiringPiI2CSetup(LCDAddr); lcd_init(); if (wiringPiSetup() == -1 || wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) { printf("Setup failed!\n"); return; } pinMode(Joy_BtnPin, INPUT); pullUpDnControl(Joy_BtnPin, PUD_UP); pinMode(buzzPin, OUTPUT); pinMode(LedPin, OUTPUT); } LCD、SPI、GPIOピンを初期化します。ジョイスティックのボタンにはプルアップを設定し、ブザーとLEDも出力モードにします。 .. code-block:: c int main(void) { setup_all(); int lastBtnState = HIGH; int stage = 0; while (1) { int curBtn = digitalRead(Joy_BtnPin); if (curBtn == HIGH && lastBtnState == LOW) { stage = (stage + 1) % 2; lastJoystickChange = 0; delay(100); lcd_clear(); } lastBtnState = curBtn; if (stage == 1) upper_tem_setting(); else monitoring_temp(); } return 0; } メインループは2つのモードを切り替えます： 1. 温度監視モード 2. ジョイスティックによる上限調整モード ジョイスティックボタンを離したタイミング（立ち上がりエッジ）でモードが切り替わります。 **Python言語利用者向け** ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ **手順2:** SPIインターフェースを設定し、 ``spidev`` ライブラリをインストールします（詳細は :ref:`spi_configuration` を参照）。すでに完了している場合、この手順は省略できます。 **手順3:** コードのあるフォルダに移動します。 .. code-block:: cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python **手順4:** 実行ファイルを実行します。 .. code-block:: sudo python3 3.1.8-2_OverheatMonitor.py コードが実行されると、現在の温度と高温しきい値 **40** が **I2C LCD1602** に表示されます。現在の温度がしきい値を超えると、ブザーとLEDが動作して警告します。 **ジョイスティック** は高温しきい値を調整するために使用します。X軸・Y軸方向に倒すことでしきい値を上下させられ、ボタンを押すと初期値にリセットされます。 .. note:: * ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`` が出る場合は、:ref:`i2c_config` を参照してI2Cを有効化してください。 * ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'`` が出る場合は、 ``sudo pip3 install smbus2`` を実行してください。 * ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error`` が出る場合は、モジュールの配線間違いや故障が原因です。 * コードと配線に問題がなくてもLCDが表示しない場合、背面のポテンショメータを回してコントラストを上げてください。 .. warning:: ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` が出る場合は、:ref:`faq_soc` を参照してください。 **コード** .. note:: 以下のコードは **修正 / リセット / コピー / 実行 / 停止** が可能です。ただしその前に ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python`` のソースコードパスへ移動する必要があります。コードを修正した後は、そのまま実行して動作を確認できます。 .. raw:: html .. code-block:: python #!/usr/bin/env python3 import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time import math import LCD1602 # GPIO pin definitions JOY_BTN_PIN = 22 # Button pin BUZZER_PIN = 23 # Buzzer pin LED_PIN = 24 # LED pin # Initialize GPIO GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT) # Set initial upper temperature threshold upperTem = 40 # Initialize SPI for MCP3008 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz # Initialize LCD1602 LCD1602.init(0x27, 1) def read_adc(channel): """ Read analog value from MCP3008 (0–7) """ if channel < 0 or channel > 7: return -1 adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2] return value def get_joystick_value(): """ Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position. """ x_val = read_adc(1) y_val = read_adc(2) if x_val > 800: return 1 elif x_val < 200: return -1 elif y_val > 800: return -10 elif y_val < 200: return 10 else: return 0 def upper_tem_setting(): """ Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD. """ global upperTem LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ') change = int(get_joystick_value()) upperTem += change strUpperTem = str(upperTem) LCD1602.write(0, 1, strUpperTem) LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ') time.sleep(0.1) def temperature(): """ Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius. """ analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 if Vr == 0: return 0 Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0))) Cel = tempK - 273.15 return round(Cel, 2) def monitoring_temp(): """ Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold. Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit. """ global upperTem Cel = temperature() LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ') LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ') LCD1602.write(6, 0, str(Cel)) LCD1602.write(7, 1, str(upperTem)) time.sleep(0.1) if Cel >= upperTem: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH) else: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW) # Main loop try: lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) stage = 0 while True: currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp() except KeyboardInterrupt: pass finally: LCD1602.clear() GPIO.cleanup() spi.close() コード解説 --------------------- 1. **ライブラリのインポート** GPIO、SPI、LCD表示、時間制御、数値計算に必要なライブラリを読み込みます。 .. code-block:: python #!/usr/bin/env python3 import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time import math import LCD1602 2. **GPIOとデバイス設定** ジョイスティックのボタン、ブザー、LED のGPIOピンを定義し、GPIOモードを設定します。 .. code-block:: python JOY_BTN_PIN = 22 # ボタンのピン BUZZER_PIN = 23 # ブザーのピン LED_PIN = 24 # LEDのピン GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT) 3. **SPIとLCDの初期化** MCP3008用のSPIインターフェースを開始し、I2Cアドレス 0x27 のLCD1602画面を初期化します。 .. code-block:: python upperTem = 40 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 LCD1602.init(0x27, 1) 4. **ADC値の読み取り** SPIを介してMCP3008からアナログデータを読み取ります。チャンネルは0〜7の範囲で指定します。 .. code-block:: python def read_adc(channel): if channel < 0 or channel > 7: return -1 adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2] return value 5. **ジョイスティックの動き検出** ジョイスティックのX軸・Y軸値を読み取り、しきい値の変更量を返します。 .. code-block:: python def get_joystick_value(): x_val = read_adc(1) y_val = read_adc(2) if x_val > 800: return 1 elif x_val < 200: return -1 elif y_val > 800: return -10 elif y_val < 200: return 10 else: return 0 6. **上限温度しきい値の調整** LCDに「Upper Adjust」を表示し、ジョイスティック入力でしきい値を調整します。 .. code-block:: python def upper_tem_setting(): global upperTem LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ') change = int(get_joystick_value()) upperTem += change strUpperTem = str(upperTem) LCD1602.write(0, 1, strUpperTem) LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ') time.sleep(0.1) 7. **温度計算** アナログセンサー値を電圧と抵抗に変換し、Steinhart–Hart近似式で摂氏温度を算出します。 .. code-block:: python def temperature(): analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 if Vr == 0: return 0 Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0))) Cel = tempK - 273.15 return round(Cel, 2) 8. **温度モニタリング** 現在温度としきい値を継続的に確認し表示します。温度がしきい値を超えるとブザーとLEDを点灯させます。 .. code-block:: python def monitoring_temp(): global upperTem Cel = temperature() LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ') LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ') LCD1602.write(6, 0, str(Cel)) LCD1602.write(7, 1, str(upperTem)) time.sleep(0.1) if Cel >= upperTem: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH) else: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW) 9. **メイン処理の流れ** ジョイスティックのボタンが押されたとき、温度モニタリングモードとしきい値調整モードを切り替えます。 .. code-block:: python try: lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) stage = 0 while True: currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp() 10. **終了時の後処理** Ctrl+Cで終了した際、GPIOとSPIリソースを正しく解放します。 .. code-block:: python except KeyboardInterrupt: pass finally: LCD1602.clear() GPIO.cleanup() spi.close()