.. note:: こんにちは、SunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32 愛好家コミュニティ（Facebook）へようこそ！ Raspberry Pi、Arduino、ESP32 を仲間と一緒にさらに深く探求しましょう。 **参加する理由** - **専門的なサポート**: 購入後の問題や技術的課題を、コミュニティとチームがサポートします。 - **学びと共有**: ヒントやチュートリアルを交換してスキルを向上できます。 - **限定プレビュー**: 新製品の発表やプレビューに早くアクセスできます。 - **特別割引**: 最新製品を会員限定の割引価格で購入できます。 - **季節イベントと景品企画**: プレゼントや季節ごとのイベントに参加できます。 👉 一緒に探求と創造を始めましょう。[|link_sf_facebook|] をクリックして今すぐ参加！ .. _3.1.4_py_pi5_mcp3008: 3.1.4 スマートファン(MCP3008) ========================================== .. note:: .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg :width: 25% :align: left キットのバージョンにより、 **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。 該当するセクションを参照してください。 はじめに -------- このプロジェクトでは、モーター、ボタン、サーミスタを使って、手動＋自動の風速調整機能を持つスマートファンを作ります。 必要な部品 ---------- このプロジェクトで使用する部品は以下の通りです。 .. image:: ../python_pi5/img/list2_Smart_Fan.png :width: 800 :align: center 回路図 ------ ============ ======== ======== === T-Board 名 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 Pin 15 3 22 GPIO5 Pin 29 21 5 GPIO6 Pin 31 22 6 GPIO13 Pin 33 23 13 ============ ======== ======== === .. image:: ../python_pi5/img/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png :align: center :width: 800 実験手順 -------- **手順1:** 回路を組み立てます。 .. image:: ../python_pi5/img/july24_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png :width: 800 .. note:: 電源モジュールは、キットに付属の9V電池スナップを使って9V電池を接続できます。 .. image:: ../python_pi5/img/4.1.10_smart_fan_battery.jpeg :align: center **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）。すでに設定済みの場合は省略できます。 **手順3:** コードのフォルダに移動します。 .. code-block:: cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5 **手順4:** 実行します。 .. code-block:: sudo python3 3.1.4-2_SmartFan_zero.py コードが実行されると、ボタンを押してファンを起動します。押すたびに風速レベルが1段階ずつ上がり、 **0～4** の5段階で調整されます。 4段階目でさらに押すと、ファンは停止して風速は **0** になります。 温度が2℃以上上昇または下降すると、自動的に風速レベルが1段階上がるか下がります。 コード ------ .. code-block:: python #!/usr/bin/env python3 from gpiozero import Motor, Button from time import sleep import spidev import math # MCP3008 用 SPI 初期化 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) # バス 0、CE0 (GPIO8 / 物理ピン 24) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz # ボタンとモーター制御用 GPIO ピン初期化 BtnPin = Button(22) # GPIO22 (物理ピン 15) motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13) # GPIO5, GPIO6, GPIO13 # モーター速度レベルと温度管理用変数 level = 0 currentTemp = 0 markTemp = 0 def read_adc(channel): """ MCP3008 チャンネル (0–7) からアナログ値を読み取る """ 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 temperature(): """ サーミスタから温度を読み取り、摂氏で返す """ analogVal = read_adc(0) # CH0 に接続されていると仮定 Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # 3.3V 基準 Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr) temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0))) Cel = temp - 273.15 return Cel def motor_run(level): """ レベルに応じてモーター速度を調整 """ if level == 0: motor.stop() return 0 if level >= 4: level = 4 motor.forward(speed=float(level / 4)) return level def changeLevel(): """ ボタンが押されたときに風速レベルを変更し、基準温度を更新 """ global level, currentTemp, markTemp print("Button pressed") level = (level + 1) % 5 markTemp = currentTemp # ボタンイベントを関数にバインド BtnPin.when_pressed = changeLevel def main(): """ 温度変化を監視し、自動的に風速を調整 """ global level, currentTemp, markTemp markTemp = temperature() while True: currentTemp = temperature() if level != 0: if currentTemp - markTemp <= -2: level -= 1 markTemp = currentTemp elif currentTemp - markTemp >= 2: if level < 4: level += 1 markTemp = currentTemp level = motor_run(level) sleep(0.2) try: main() except KeyboardInterrupt: motor.stop() spi.close() コード解説 ---------- #. モーター・ボタン制御、MCP3008 との SPI 通信、温度計算用のライブラリを読み込みます。 ``gpiozero`` は GPIO 制御、 ``spidev`` は SPI 通信、 ``math`` は温度計算に使用します。 .. code-block:: python #!/usr/bin/env python3 from gpiozero import Motor, Button from time import sleep import spidev import math #. バス 0、デバイス 0 (CE0) で SPI を初期化し、MCP3008 と通信します。 .. code-block:: python # Initialize SPI for MCP3008 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) # Bus 0, CE0 (GPIO8 / physical pin 24) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz #. GPIO22 をボタン入力に設定し、モーターを GPIO5（正転）、GPIO6（逆転）、GPIO13（有効化）で制御します。速度レベルや温度の追跡用変数も初期化します。 .. code-block:: python # Initialize GPIO pins for the button and motor control BtnPin = Button(22) # GPIO22 (physical pin 15) motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13) # GPIO5, GPIO6, GPIO13 # Initialize variables to track the motor speed level and temperatures level = 0 currentTemp = 0 markTemp = 0 #. ``read_adc()`` 関数で指定チャンネル（0–7）のアナログ値を読み取り、10ビットの整数（0–1023）を返します。 .. code-block:: python def read_adc(channel): """ Reads analog value from MCP3008 channel (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 #. ``temperature()`` 関数でサーミスタの値を電圧に変換し、抵抗値を算出して Steinhart–Hart 式で摂氏温度を計算します。 .. code-block:: python def temperature(): """ Reads and calculates the current temperature from the sensor. Returns: float: The current temperature in Celsius. """ analogVal = read_adc(0) # Assuming thermistor connected to CH0 Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # For 3.3V system Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr) temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0))) Cel = temp - 273.15 return Cel #. ``motor_run()`` 関数でレベルに応じたモーター速度を設定します。0なら停止、1～4ではPWM制御で比例的に速度を設定します。 .. code-block:: python def motor_run(level): """ Adjusts the motor speed based on the specified level. Args: level (int): Desired motor speed level. Returns: int: Adjusted motor speed level. """ if level == 0: motor.stop() return 0 if level >= 4: level = 4 motor.forward(speed=float(level / 4)) return level #. ``changeLevel()`` 関数でボタンが押された際にレベルを1段階変更し、基準温度を更新します。 .. code-block:: python def changeLevel(): """ Changes the motor speed level when the button is pressed and updates the reference temperature. """ global level, currentTemp, markTemp print("Button pressed") level = (level + 1) % 5 markTemp = currentTemp # Bind the button press event to changeLevel function BtnPin.when_pressed = changeLevel #. ``main()`` 関数で温度変化を監視し、±2℃以上の変化があれば自動的に風速を1段階上げ下げします。短い待機時間を挟みつつ繰り返します。 .. code-block:: python def main(): """ Main function to continuously monitor and respond to temperature changes. """ global level, currentTemp, markTemp markTemp = temperature() while True: currentTemp = temperature() if level != 0: if currentTemp - markTemp <= -2: level -= 1 markTemp = currentTemp elif currentTemp - markTemp >= 2: if level < 4: level += 1 markTemp = currentTemp level = motor_run(level) sleep(0.2) #. Ctrl+C 割り込みを検出すると、モーターを停止し SPI 接続を閉じて安全に終了します。 .. code-block:: python # Run the main function and handle KeyboardInterrupt try: main() except KeyboardInterrupt: motor.stop() spi.close()