.. 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！ .. _3.1.8_py_pi5_mcp3008: 3.1.8 過熱モニター(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 -------- 工場などの環境で回路が過熱した際に、アラームを鳴らし、機械を即座に自動停止させるような 過熱監視装置を作り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 を用いて、 閾値を調整可能なスマート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使用する部品は以下の通りです。 .. image:: ../python_pi5/img/list2_Overheat_Monitor.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 Pin15 3 22 GPIO23 Pin16 4 23 GPIO24 Pin18 5 24 SDA1 Pin 3 SCL1 Pin 5 ============ ======== ======== === .. image:: ../python_pi5/img/schematic_over_monitor_mcp3008.png :align: center 実験手順 -------- **手順1:** 回路を組み立てます。 .. image:: ../python_pi5/img/july24_3.1.8_overheat_monitor_mcp3008.png **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 3.1.8-2_OverheatMonitor_zero.py プログラム実行中は、現在の温度と高温閾値 **40** が **I2C LCD1602** に表示されます。 現在の温度が閾値を超えると、ブザーと LED が作動し警告します。 **ジョイスティック** を押すことで、高温閾値の調整モードに切り替えます。 X軸・Y軸方向にジョイスティックを倒すと、閾値を上げ下げできます。 ジョイスティックを再度押すと閾値が初期値にリセットされます。 .. note:: * ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`` が表示された場合は、:ref:`i2c_config` を参照して I2C を有効にしてください。 * ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'`` エラーが出た場合は ``sudo pip3 install smbus2`` を実行してください。 * ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error`` が表示される場合は、モジュールの配線ミスまたは故障が原因です。 * 配線とコードに問題がなくても LCD に表示されない場合は、背面の可変抵抗を回してコントラストを調整してください。 .. 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 import LCD1602 from gpiozero import LED, Buzzer, Button import spidev import time import math # ジョイスティックボタン、ブザー、LED の初期化 Joy_BtnPin = Button(22) # GPIO22, Pin15 buzzPin = Buzzer(23) # GPIO23, Pin16 ledPin = LED(24) # GPIO24, Pin18 # 高温閾値の初期設定 upperTem = 40 # MCP3008 用 SPI 初期化（バス0, CE0 -> GPIO8 / Pin24） spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz # LCD 初期化（I2C アドレス 0x27, バックライト ON） LCD1602.init(0x27, 1) def read_adc(channel): """ MCP3008（0〜7チャンネル）の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 get_joystick_value(): """ ジョイスティックの値を読み取り、位置に応じた変化量を返す """ 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(): """ 高温閾値を調整し、LCD に表示 """ 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(): """ センサーから現在の温度を取得（摂氏）して返す """ analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 if Vr == 0: return 0 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 round(Cel, 2) def monitoring_temp(): """ 現在温度と閾値を表示し、閾値超過時にブザーとLEDを作動 """ 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: buzzPin.on() ledPin.on() else: buzzPin.off() ledPin.off() # メインループ try: lastState = 1 stage = 0 while True: currentState = Joy_BtnPin.value if currentState == 1 and lastState == 0: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp() except KeyboardInterrupt: LCD1602.clear() spi.close() コード解説 ---------- #. 必要なライブラリをインポート ``LCD1602`` は I2C 経由で LCD 表示に使用し、 ``gpiozero`` は LED・ブザー・ボタン制御、 ``spidev`` は MCP3008 との SPI 通信、 ``time`` と ``math`` は遅延と温度計算に使用します。 .. code-block:: python #!/usr/bin/env python3 import LCD1602 from gpiozero import LED, Buzzer, Button import spidev import time import math #. GPIO ピンに接続されたハードウェアを初期化 .. code-block:: python Joy_BtnPin = Button(22) # GPIO22, Pin15 buzzPin = Buzzer(23) # GPIO23, Pin16 ledPin = LED(24) # GPIO24, Pin18 #. 高温閾値の初期値を設定し、MCP3008 用 SPI と LCD1602 を初期化 .. code-block:: python upperTem = 40 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 LCD1602.init(0x27, 1) #. MCP3008 からアナログ値を読み取り、10ビット値を返す関数 ``read_adc`` .. 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 #. ジョイスティックの X/Y 値を読み取り、閾値調整用の変化量を返す関数 ``get_joystick_value`` .. 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 #. 閾値をジョイスティックで調整し、LCD に表示する ``upper_tem_setting`` .. 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) #. サーミスタの値から電圧・抵抗を計算し、Steinhart–Hart 式近似で摂氏温度を求める ``temperature`` .. code-block:: python def temperature(): """ Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius. """ analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # Voltage across the fixed resistor if Vr == 0: return 0 # Prevent division by zero Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr) # Adjusted formula: thermistor voltage is (3.3 - Vr) temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0))) Cel = temp - 273.15 return round(Cel, 2) #. 現在温度と閾値を LCD に表示し、超過時はブザーと LED を作動する ``monitoring_temp`` .. 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: buzzPin.on() ledPin.on() else: buzzPin.off() ledPin.off() #. ジョイスティックボタンでモードを切り替え、設定モードと監視モードを交互に実行するメインループ .. code-block:: python try: lastState = 1 stage = 0 while True: currentState = Joy_BtnPin.value if currentState == 1 and lastState == 0: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp() #. Ctrl+C 終了時に LCD をクリアし、SPI を閉じる .. code-block:: python except KeyboardInterrupt: LCD1602.clear() spi.close()