.. note::

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.. _4.1.11_py_mcp3008:

4.1.11 バッテリーインジケーター (MCP3008)
===========================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    

   キットのバージョンにより **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   使用するキットに応じたセクションをご参照ください。

概要
------

このプロジェクトでは、LED バーグラフを使ってバッテリー残量を視覚的に表示するバッテリーインジケーターを作成します。

.. warning::

    3.3V を超えるバッテリーを使用しないでください。過電圧によりチップや Raspberry Pi が破損する恐れがあります。

必要な部品
------------

本プロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

.. image:: ../img/list2_Battery_Indicator.png
    :align: center

キット一式で購入するのが便利です。リンクはこちら：

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - 名称  
        - キット内の数量  
        - リンク  
    *   - Raphael Kit  
        - 337  
        - |link_Raphael_kit|

個別に購入する場合は以下のリンクをご参照ください。

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - 部品名  
        - 購入リンク  

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_board`  
        - |link_gpio_board_buy|  
    *   - :ref:`cpn_breadboard`  
        - |link_breadboard_buy|  
    *   - :ref:`cpn_wires`  
        - |link_wires_buy|  
    *   - :ref:`cpn_resistor`  
        - |link_resistor_buy|  
    *   - :ref:`cpn_bar_graph`  
        - \-  
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`  
        - \-  

回路図
-------

============ ======== ======== ===  
T‑Board Name physical wiringPi BCM  
SPICE0       Pin 24   10       8  
SPIMOSI      Pin 19   12       10  
SPIMISO      Pin 21   13       9  
SPISCLK      Pin 23   14       11  
GPIO25       Pin 22   6        25  
GPIO12       Pin 32   26       12  
GPIO16       Pin 36   27       16  
GPIO20       Pin 38   28       20  
GPIO21       Pin 40   29       21  
GPIO5        Pin 29   21       5  
GPIO6        Pin 31   22       6  
GPIO13       Pin 33   23       13  
GPIO19       Pin 35   24       19  
GPIO26       Pin 37   25       26  
============ ======== ======== ===  

.. image:: ../img/schematic_battery_indicator_mcp3008.png  
   :align: center  

実験手順
---------

**ステップ 1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png  

**ステップ 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` 参照）。すでに完了している場合は省略可。

**ステップ 3:** コードを配置したフォルダに移動します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

**ステップ 4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.11-2_BatteryIndicator.py

プログラム実行後、ADC0834 の 3 番ピンと GND から導線を出し、それぞれバッテリーの正負極に接続してください。  
LED バーグラフに対応する LED が点灯し、電圧レベル（測定範囲: 0〜5V）が表示されます。

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` と表示された場合は、:ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. note::
    コードの **修正／リセット／コピー／実行／停止** が可能です。事前に ``raphael-kit/python`` に移動してください。変更後すぐに動作確認できます。

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import spidev
    import time

    # 左から右へ 10 個の LED に接続された GPIO ピン
    led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM 番号

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    for pin in led_pins:
        GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # バス0, CE0
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    def read_adc(channel):
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        return ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]

    def led_bar_graph(level):
        for i, pin in enumerate(led_pins):
            GPIO.output(pin, GPIO.HIGH if i < level else GPIO.LOW)

    try:
        while True:
            analog_val = read_adc(0)
            level = int(analog_val * 10 / 1023)
            led_bar_graph(level)
            print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
            time.sleep(0.2)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        for pin in led_pins:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
        GPIO.cleanup()
        spi.close()

コード解説
-----------

1. **モジュールのインポート**  

   - ``RPi.GPIO``: Raspberry Pi の GPIO 制御  
   - ``spidev``: MCP3008 と SPI 通信  
   - ``time``: 遅延処理  

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import RPi.GPIO as GPIO
       import spidev
       import time


2. **GPIO LED 設定**  

   10 個の LED を制御する GPIO ピンリストを定義し、出力モードに設定して初期値 LOW にします。

   .. code-block:: python

       # GPIO pins connected to 10 LEDs, ordered from left to right
       led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM numbering

       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       for pin in led_pins:
           GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
           GPIO.output(pin, GPIO.LOW)


3. **SPI 初期化**  

   バス0、チップイネーブル0 (CE0) を使用して MCP3008 と通信、通信速度は 1 MHz。

   .. code-block:: python

       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

4. **ADC 読み取り関数**  

   指定された MCP3008 チャンネル（0〜7）からアナログ値を読み取る。10ビット値（0〜1023）を返します。

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
           return value


5. **LED バーグラフ制御関数**  

   レベル値に応じて LED を点灯（例: レベル7なら左から7個点灯）。

   .. code-block:: python

       def led_bar_graph(level):
           for i, pin in enumerate(led_pins):
               if i < level:
                   GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
               else:
                   GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

6. **メインループ**  

   チャンネル0 から連続的に電圧を読み取り、0〜10 にスケーリングして LED 表示を更新。ADC 値とレベルを出力。

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               analog_val = read_adc(0)
               level = int(analog_val * 10 / 1023)
               led_bar_graph(level)
               print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
               time.sleep(0.2)


7. **終了処理**  

   Ctrl+C で終了時、全 LED を消灯し、GPIO 設定をリセットし、SPI 接続を閉じます。

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           pass

       finally:
           for pin in led_pins:
               GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
           GPIO.cleanup()
           spi.close()