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3.1.4 スマートファン(MCP3008)
注釈
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。
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 |
実験手順
手順1: 回路を組み立てます。
注釈
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。
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 SPI 設定 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。
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5
手順4: 実行します。
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
#!/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。#!/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。
# 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。
# 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。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。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。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。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。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。
# Run the main function and handle KeyboardInterrupt try: main() except KeyboardInterrupt: motor.stop() spi.close()