注釈

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2.9 磁場を感じる

このレッスンでは、Raspberry Pi Pico 2と リードスイッチ を使って、磁場の有無を検出する方法を学びます。リードスイッチは、磁場を利用して動作するシンプルな電気スイッチです。磁石がスイッチの近くに来ると、内部の接点が閉じ、電気回路が完成します。

必要なもの

このプロジェクトでは、以下の部品が必要です。

キットを購入するのが便利です。こちらのリンクからご覧いただけます：

名前	キット内の部品	リンク
Newton Lab Kit	450以上	Newton Lab Kit

以下のリンクから個別に購入することもできます。

番号	部品	数量	リンク
1	Raspberry Pi Pico 2	1	購入
2	Micro USBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	購入
4	ジャンパーワイヤー	複数	購入
5	抵抗器	1(10KΩ)	購入
6	リードスイッチ	1

リードスイッチの理解

リードスイッチは、ガラスのカプセル内に封入された2本の薄い金属リードで構成されています。これらのリードは強磁性の材料でできており、わずかに離れて配置されています。磁場がない状態では、リードは離れており、スイッチは開いた状態です。磁石がスイッチの近くに来ると、リードが磁化され、引き寄せられて接触し、回路が閉じます。

磁石が近くにない場合: スイッチは開いており、回路は未完成です。
磁石が近くにある場合: スイッチは閉じており、回路は完成します。

回路図

sch_reed

デフォルトでは、GP14は低レベルで、磁石が近くにあると高レベルに変わります。

10KΩの抵抗は、磁石が近くにない場合でも、GP14が一定の低レベルを維持できるようにするために使用されます。

磁石が近くにない場合:
- リードスイッチは開いています。
- GP14 はプルダウン抵抗を通じて GND に接続されています。
- GPIOピンは LOW （0）を読み取ります。
磁石が近くにある場合:
- リードスイッチは閉じています。
- GP14 はリードスイッチを通じて 3.3V に接続されています。
- GPIOピンは HIGH （1）を読み取ります。

配線図

wiring_reed

コードの作成

リードスイッチの近くに磁石があるかどうかを検出し、その結果を表示するMicroPythonプログラムを作成します。

注釈

2.9_feel_the_magnetism.py を newton-lab-kit/micropython から開くか、コードをThonnyにコピーして、「実行」ボタンをクリックするか、F5キーを押して実行します。
正しいインタプリタが選択されていることを確認してください：MicroPython（Raspberry Pi Pico）。COMxx。

import machine
import utime

# GP14を入力ピンとして初期化
reed_switch = machine.Pin(14, machine.Pin.IN)

while True:
    if reed_switch.value() == 1:
        print("Magnet detected!")
        utime.sleep(1)  # 複数回の検出を避けるために遅延

コードが実行されると、以下の現象が観察されます。

磁石が近くにない場合: メッセージは表示されません。
磁石を近づけると: コンソールに「磁石が検出されました！」と表示されます。
磁石を遠ざけると: メッセージが表示されなくなります。

コードの理解

モジュールのインポート：
- import machine: ハードウェア機能にアクセスします。
- import utime: 時間関連の関数を提供します。
リードスイッチピンの初期化：
- reed_switch = machine.Pin(14, machine.Pin.IN): GP14を入力ピンとして設定します。
メインループ：
- while True: 無限ループを開始します。
- if reed_switch.value() == 1: 磁石が近くにあるかどうかをチェック（GPIOピンがHIGHの場合）。
- print("Magnet detected!"): メッセージを表示します。
- utime.sleep(1): 複数回の検出を避けるために遅延を追加します。

効率的な検出のための割り込みの使用

リードスイッチの状態をループで常にポーリングする代わりに、割り込みを使用してリードスイッチの状態変化をより効率的に検出できます。

割り込みを使用すると、リードスイッチの状態を継続的にチェックする必要がなくなり、イベントが発生したときに即座にハンドラ関数が呼び出され、反応が速くなります。

割り込みを使用した修正版コード。磁石を近づけると「磁石が検出されました！」と表示され、メインプログラムは他のタスクを実行できます。

import machine

# GP14を内部プルダウン抵抗付きの入力ピンとして初期化
reed_switch = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)

def magnet_detected(pin):
    print("Magnet detected!")

# 上昇エッジ（LOWからHIGHへの遷移）で割り込みを設定
reed_switch.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=magnet_detected)

def magnet_detected(pin): 割り込みがトリガーされると自動的に呼び出される関数です。
- print("Magnet detected!"): 磁石が検出された場合にメッセージを表示します。
reed_switch.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=magnet_detected): リードスイッチピンに割り込みを設定します。
- trigger=machine.Pin.IRQ_RISING: 上昇エッジ（ピンの値がLOWからHIGHに変わる時）で割り込みが発生します。
- handler=magnet_detected: 割り込みが発生したときに呼び出す関数を指定します。

実用例

セキュリティシステム: ドアや窓が開かれたことを検出。
位置センサー: 機械の動いている部品の位置を検出。
近接検出: 磁石が近づいたときにイベントをトリガーします。

さらに実験してみる

LEDを制御する：

別のGPIOピン（例：GP15）にLEDを接続し、適切な抵抗を使用します。割り込みハンドラを修正して、磁石が検出されたときにLEDを点灯させます。

import machine

reed_switch = machine.Pin(14, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_DOWN)
led = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)

def magnet_detected(pin):
    led.value(1)  # LEDを点灯

# 上昇エッジで割り込みを設定
reed_switch.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_RISING, handler=magnet_detected)

# メインループ
while True:
    # 磁石がないときはLEDを消す
    if reed_switch.value() == 0:
        led.value(0)
    machine.sleep(100)

磁石が外れたことを検出する：

落下エッジ（磁石が外れたとき）に対する別の割り込みを設定します。

def magnet_removed(pin):
    print("Magnet removed!")

reed_switch.irq(trigger=machine.Pin.IRQ_FALLING, handler=magnet_removed)

結論

Raspberry Pi Pico 2でリードスイッチを使用すると、磁場の有無を検出でき、セキュリティシステムからインタラクティブなプロジェクトまで、さまざまな応用が可能です。リードスイッチの配線方法や割り込みの利用方法を理解することで、効率的で反応の良いプログラムを作成する能力が向上します。

参考文献

machine.Pin.irq