3.1.1 カウンティングデバイス¶

はじめに¶

ここでは、PIRセンサーと4桁のセグメントディスプレイからなる、数値表示カウンターシステムを作成します。PIRが通行人を検出すると、4桁のセグメントディスプレイに表示される数値が1つ増えます。このカウンターを使用して、通路を通過する人数をカウントできます。

必要なコンポーネント¶

このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。

../_images/4.1.7_counting_device_list_1.png

../_images/4.1.7_counting_device_list_2.png

回路図¶

../_images/4.1.7_counting_device_schematic.png

実験手順¶

ステップ 1: 回路を組み立てます。

../_images/4.1.7_counting_device_circuit.png

ステップ 2: コードのフォルダに移動します。

cd ~/raphael-kit/python-pi5

ステップ 3: 実行可能ファイルを実行します。

sudo python3 3.1.1_CountingDevice_zero.py

コードを実行すると、PIRが通行人を検出すると、4桁のセグメントディスプレイに表示される数値が1つ増えます。

PIRモジュールには2つのポテンショメータがあります。1つは感度を調整するためのもので、もう1つは検出距離を調整するためのものです。PIRモジュールをより良く動作させるには、これらのポテンショメータを両方とも反時計回りにまわす必要があります。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 することができます。ただし、その前に raphael-kit/python-pi5 のソースコードパスに移動する必要があります。コードを変更した後、効果を確認するために直接実行できます。

#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor

# GPIO 26に接続されたPIRモーションセンサーを初期化
pir = MotionSensor(26)

# シフトレジスタのピンを初期化
SDI = OutputDevice(24)    # シリアルデータ入力
RCLK = OutputDevice(23)   # レジスタクロック入力
SRCLK = OutputDevice(18)  # シフトレジスタクロック入力

# 7セグメントディスプレイのピンを初期化
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# 7セグメントディスプレイに表示する数字のコードを定義
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

# 表示される数値のカウンター
counter = 0

def clearDisplay():
    # すべてのセグメントをオフにしてディスプレイをクリア
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    # データを74HC595シフトレジスタにシフト
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    # 7セグメントディスプレイの特定の桁をアクティブ化
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

def display():
    # 現在のカウンター値でディスプレイを更新
    global counter
    clearDisplay()
    pickDigit(0)
    hc595_shift(number[counter % 10])

    clearDisplay()
    pickDigit(1)
    hc595_shift(number[counter % 100//10])

    clearDisplay()
    pickDigit(2)
    hc595_shift(number[counter % 1000//100])

    clearDisplay()
    pickDigit(3)
    hc595_shift(number[counter % 10000//1000])

def loop():
    # ディスプレイを連続的に更新し、モーションを確認するメインループ
    global counter
    currentState = 0
    lastState = 0
    while True:
        display()
        currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
        if currentState == 1 and lastState == 0:
            counter += 1
        lastState = currentState

try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # スクリプトが中断されたときにすべてのピンをオフにする
    SDI.off()
    SRCLK.off()
    RCLK.off()
    pass

コードの説明

この行では、 gpiozero ライブラリから OutputDevice と MotionSensor クラスをインポートします。 OutputDevice はLED、モーター、または出力として制御したい任意のデバイスを指します。 MotionSensor は通常、動きを検出するために使用されるPIR（受動赤外線）センサーです。
```
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor
```
GPIOピン26に接続されたPIRモーションセンサーを初期化します。
```
# GPIO 26にPIRモーションセンサーを初期化
pir = MotionSensor(26)
```

シフトレジスタのシリアルデータ入力（SDI）、レジスタクロック入力（RCLK）、シフトレジスタクロック入力（SRCLK）に接続されたGPIOピンを初期化します。

# シフトレジスタピンを初期化
SDI = OutputDevice(24)    # シリアルデータ入力
RCLK = OutputDevice(23)   # レジスタクロック入力
SRCLK = OutputDevice(18)  # シフトレジスタクロック入力

7セグメント表示の各桁用のピンを初期化し、0-9の数字を表示するためのバイナリコードを定義します。

# 7セグメント表示用ピンを初期化
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# 7セグメント表示の数字コードを定義
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

次の数字を表示する前にすべてのセグメントをオフに設定して、7セグメント表示をクリアします。

def clearDisplay():
    # すべてのセグメントをオフに設定して表示をクリアする
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

74HC595シフトレジスタに1バイトのデータをシフトし、表示セグメントを制御します。

def hc595_shift(data):
    # 74HC595シフトレジスタにデータをシフトする
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

7セグメント表示のどの桁をアクティブにするかを選択します。各桁は別々のGPIOピンによって制御されます。

def pickDigit(digit):
    # 7セグメント表示の特定の桁をアクティブにする
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

最初に単位の桁の表示を開始し、次に十の桁の表示をアクティブにします。その後、百と千の桁の表示を順に行います。この高速なアクティベーションの連続は、連続した4桁の表示の錯覚を作り出します。

def display():
    # 現在のカウンター値で表示を更新する
    global counter
    clearDisplay()
    pickDigit(0)
    hc595_shift(number[counter % 10])

    clearDisplay()
    pickDigit(1)
    hc595_shift(number[counter % 100//10])

    clearDisplay()
    pickDigit(2)
    hc595_shift(number[counter % 1000//100])

    clearDisplay()
    pickDigit(3)
    hc595_shift(number[counter % 10000//1000])

メインループを定義し、表示を継続的に更新し、PIRセンサーの状態をチェックします。動きが検出されると、カウンターが増加します。

def loop():
    # 表示を更新し、動きをチェックするメインループ
    global counter
    currentState = 0
    lastState = 0
    while True:
        display()
        currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
        if currentState == 1 and lastState == 0:
            counter += 1
        lastState = currentState

メインループを実行し、キーボードコマンド（Ctrl+C）で中断できるようにします。クリーンな終了のためにすべてのピンをオフにします。

try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # スクリプトが中断されたときにすべてのピンをオフにする
    SDI.off()
    SRCLK.off()
    RCLK.off()
    pass