.. note::

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.. _3.1.5_py_pi5_mcp3008:


3.1.5 電池残量表示器(MCP3008)
==================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    

   キットのバージョンによって **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   該当する方のセクションを進めてください。

はじめに
--------

このプロジェクトでは、LEDバーグラフでバッテリー残量を視覚的に表示できる  
バッテリーインジケーターを作成します。

.. warning::

    3.3V を超えるバッテリー部品は使用しないでください。  
    過負荷によりチップや Raspberry Pi が損傷する可能性があります。

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_Battery_Indicator.png
    :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
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO12       Pin 32   26       12
GPIO16       Pin 36   27       16
GPIO20       Pin 38   28       20
GPIO21       Pin 40   29       21
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
GPIO19       Pin 35   24       19
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_battery_indicator_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_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png
   :width: 800

**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）。すでに設定済みであれば省略できます。

**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:** 実行ファイルを起動します。

.. code-block::

    sudo python3 3.1.5-2_Battery_indicator_zero.py

プログラムが実行されたら、MCP3008 の 3 番ピンと GND にリード線を接続し、  
それぞれバッテリーのプラス極とマイナス極に接続します。  
すると、LEDバーグラフの対応する LED が点灯し、電圧レベル（測定範囲: 0-5V）が表示されます。

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` というエラーが出た場合は :ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3
    from gpiozero import LED
    import spidev
    import time

    # LED が接続されている GPIO ピンのリスト
    ledPins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]
    # 各ピンに対応する LED オブジェクトを作成
    leds = [LED(pin) for pin in ledPins]

    # MCP3008 用 SPI 設定
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)              # SPI バス 0、デバイス (CE0) を開く
    spi.max_speed_hz = 1000000  # SPI 通信速度を 1 MHz に設定

    def read_adc(channel=0):
        """
        MCP3008 の指定チャネル（デフォルト CH0）からアナログ値を読み取る。
        10ビットの値を返す。
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
        return value

    def LedBarGraph(value):
        # すべての LED を消灯
        for i in range(10):
            leds[i].off()
        # 指定された値まで LED を点灯
        for i in range(min(value, 10)):
            leds[i].on()

    try:
        # メインループ：LEDバーグラフを連続更新
        while True:
            analogVal = read_adc(0)  # CH0 から読み取り
            LedBarGraph(int(analogVal / 102.4)) 
            time.sleep(0.1)
    except KeyboardInterrupt:
        # プログラム終了時に全 LED を消灯
        for i in range(10):
            leds[i].off()
        spi.close()

コード解説
----------

この Python プログラムは Raspberry Pi 上で動作し、MCP3008 アナログ-デジタルコンバーターを用いてアナログ入力値を読み取り、その結果を GPIO ピンに接続された 10 個の LED でバーグラフ表示します。

1. **ライブラリのインポート**

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       from gpiozero import LED
       import spidev
       import time

   - ``gpiozero.LED`` : LED の制御を簡単に行うために使用
   - ``spidev`` : SPI を介して MCP3008 と通信
   - ``time`` : ループ内の遅延処理に使用

2. **LED ピン設定**

   .. code-block:: python

       ledPins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]
       leds = [LED(pin) for pin in ledPins]

   - ``ledPins`` に BCM GPIO ピン番号を格納
   - 各ピンに対応する LED オブジェクトを生成

3. **SPI 初期化**

   .. code-block:: python

       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

   - SPI バス 0、デバイス CE0 を開き、通信速度を 1 MHz に設定

4. **ADC 読み取り関数**

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel=0):
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
           return value

   - MCP3008 の指定チャネルから 0〜1023 の範囲の 10 ビット値を取得
   - デフォルトは CH0

5. **LED バーグラフ表示関数**

   .. code-block:: python

       def LedBarGraph(value):
           for i in range(10):
               leds[i].off()
           for i in range(min(value, 10)):
               leds[i].on()

   - まず全 LED を消灯
   - ``value`` の数だけ LED を点灯（最大 10）

6. **メインループ**

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               analogVal = read_adc(0)
               LedBarGraph(int(analogVal / 102.4))
               time.sleep(0.1)

   - CH0 から値を読み取り、0〜10 の範囲にスケーリングして表示
   - 更新間隔は 0.1 秒

7. **終了処理**

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           for i in range(10):
               leds[i].off()
           spi.close()

   - Ctrl+C で終了時、LED をすべて消灯し SPI を閉じる