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 Wを使って リードスイッチ を使用し、磁場の存在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単純な電気的スイッチです。磁石がスイッチに近づくと、その内部の接点が閉じ、電気回路が完成します。

リードスイッチ

必要な部品

このプロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

全ての部品がセットになったキットを購入するのが便利です。こちらのリンクをご覧ください：

名前	このキットのアイテム	リンク
Pico 2 Wスターターキット	450+	Pico 2 W Kit

また、以下のリンクから部品を個別に購入することもできます。

SN	コンポーネント	数量	リンク
1	Pico 2 Wの概要	1
2	マイクロUSBケーブル	1
3	ブレッドボード	1	買う
4	ジャンパーワイヤー	数本	買う
5	抵抗器	1(10KΩ)	買う
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密閉された2本の細い金属のリードで構成されています。これらのリードは強磁性の素材でできており、わずかに離れた位置に配置されています。磁場がない場合、リードは離れており、スイッチは オープン の状態です。磁石がスイッチに近づくと、リードが磁化され、互いに引き寄せられて回路を閉じます。

近くに磁石がない場合: スイッチは オープン で、回路は未完成です。
磁石が近くにある場合: スイッチは クローズド で、回路は完成します。

img_reed_sche

回路図

sch_reed

デフォルトでは、GP14は低い状態で、磁石がリードスイッチの近くにあるとGP14は高い状態に変わります。

10KΩの抵抗は、磁石が近くにない場合にGP14を一定の低レベルに保つ役割を果たします。

近くに磁石がない場合:
- リードスイッチは オープン です。
- GP14 はプルダウン抵抗を通じて GND に接続されます。
- 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 クローズド です。
- GP14 はリードスイッチを通じて 3.3V に接続されます。
- GPIOピンは HIGH （1）を読み取ります。

配線

wiring_reed

コードの記述

磁石がリードスイッチの近くにあると検出し、それに応じてメッセージを表示するMicroPythonプログラムを記述します。

注釈

pico-2w-kit-main/micropython から 2.9_feel_the_magnetism.py ファイルを開くか、以下のコードをThonnyにコピーして、「実行」をクリックするか、F5を押して実行します。
正しいインタープリター「MicroPython（Raspberry Pi Pico）」が右下に選択されていることを確認してください。

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)  # 複数回検出されないように遅延を挿入

コードを実行すると、次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: 「磁石が検出されました！」というメッセージがコンソールに表示されます。
磁石を遠ざけると: メッセージは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: ハードウェア関連の関数にアクセスします。
- import utime: 時間関連の関数を提供します。
リードスイッチのピンの初期化：
- 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確認します（GPIOピンがHIGHを読み取る）。
- print("Magnet detected!"): メッセージを表示します。
- utime.sleep(1): メッセージが連続して表示されないよう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の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すぐにハンドラ関数を呼び出すことで、応答性が向上します。

割り込みを使用したコードの修正。磁石をリードスイッチに近づけると、「磁石が検出されました！」というメッセージが表示されます。メインプログラムは他のタスクを実行し続けます。

import machine

# GP14を入力ピンとして内部プルダウン抵抗を使用して初期化
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): この関数は、割り込みがトリガーされたときに自動的に呼び出されます。
- print("Magnet detected!"): 磁石が検出された時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: 上昇エッジで割り込みがトリガーされます（ピンの値がLOWからHIGHに変わるとき）。
- 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。

実践的な応用

セキュリティシステム: ドアや窓が開いたときの検出。
位置検出: 機械の移動部品の位置を判定する。
近接検出: 磁性の物体が近づいたときにイベントをトリガーする。

さらなる実験

LEDを制御する：

他の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変更して、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:
    # 磁石がないときにLEDを消灯
    if reed_switch.value() == 0:
        led.value(0)
    machine.sleep(100)

磁石の取り外しを検出：

磁石が離れたときに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 Wでリードスイッチを使用することにより、磁場の存在を検出できるようになり、セキュリティシステムやインタラクティブなプロジェクトなど、幅広い用途に活用できます。リードスイッチを接続し、割り込みを活用する方法を理解することで、効率的で反応の速いプログラムを作成できるようになります。

参考文献

machine.Pin.irq