.. note::

    こんにちは、SunFounderのRaspberry Pi & Arduino & ESP32愛好家コミュニティへようこそ！Facebook上でRaspberry Pi、Arduino、ESP32についてもっと深く掘り下げ、他の愛好家と交流しましょう。

    **参加する理由は？**

    - **エキスパートサポート**：コミュニティやチームの助けを借りて、販売後の問題や技術的な課題を解決します。
    - **学び＆共有**：ヒントやチュートリアルを交換してスキルを向上させましょう。
    - **独占的なプレビュー**：新製品の発表や先行プレビューに早期アクセスしましょう。
    - **特別割引**：最新製品の独占割引をお楽しみください。
    - **祭りのプロモーションとギフト**：ギフトや祝日のプロモーションに参加しましょう。

    👉 私たちと一緒に探索し、創造する準備はできていますか？[|link_sf_facebook|]をクリックして今すぐ参加しましょう！

.. _4.1.3_py:

4.1.3 音声時計
======================

はじめに
--------------------

このプロジェクトでは、スピーカーと4桁の7セグメントディスプレイを用いて音声時計を作成しましょう。4桁の7セグメントディスプレイで時間を表示し、スピーカーで毎時時間をアナウンスします。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトには以下のコンポーネントが必要です。

.. image:: ../img/3.1.17components.png
  :width: 800
  :align: center

一式をまとめて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

    *   - 名前	
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから個別に購入することも可能です。

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

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :ref:`cpn_gpio_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_audio_speaker`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|

回路図
--------------------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/4.1.3_speechclock_schematic.png
  :width: 700
  :align: center

.. image:: ../img/3.1.17_schematic.png
  :width: 400
  :align: center

実験手順
------------------------------

**ステップ1：** 回路を作成する。

.. image:: ../img/3.1.17fritzing.png
  :width: 900
  :align: center

このプロジェクトに取り組む前に、 :ref:`3.1.4_py` を完了している必要があります。

**ステップ2：** ``date`` コマンドでローカル時間を確認する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    date

ローカル時間が実際の時間と異なる場合、以下のコマンドを使用してタイムゾーンを設定します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo dpkg-reconfigure tzdata

タイムゾーンを選択します。

.. image:: ../img/tzdata.png

**ステップ3：** コードのフォルダに移動する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**ステップ4：** 実行する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    python3 4.1.3_SpeechClock.py

コードが実行されると、次の動作が行われます：

- 音声で「時計システムを起動しました。ようこそ！」という歓迎メッセージが再生されます。
- 4 桁のディスプレイには、現在時刻が HH:MM 形式で表示されます。
- 毎正時（分が 0 のとき）に、システムがその時刻を 1 回アナウンスします。
- ``Ctrl+C`` が押されるまでディスプレイは継続的に更新され、終了時には GPIO リソースが適切に解放されます。

**コード**

.. note::
    下記のコードは **修正/リセット/コピー/実行/停止** が可能です。ただし、その前にソースコードのパス、例えば ``raphael-kit/python`` に移動する必要があります。コードを修正した後、直接実行して効果を確認することができます。

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    from tts import TTS
    import time

    # Initialize TTS
    tts = TTS(engine="espeak")
    tts.lang('en-US')

    # GPIO pins
    SDI = 24
    RCLK = 23
    SRCLK = 25

    placePin = (10, 22, 27, 17)

    # Seven-segment encoding
    number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

    def setup():
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(SDI, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(RCLK, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(SRCLK, GPIO.OUT)
        for pin in placePin:
            GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

    def clearDisplay():
        for _ in range(8):
            GPIO.output(SDI, 1)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def hc595_shift(data):
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, (0x80 & (data << i)))
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def pickDigit(digit):
        # Turn all digits off
        for pin in placePin:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
        # Turn selected digit ON
        GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

    def loop():
        status = 0

        while True:
            now = time.localtime()
            hour = now.tm_hour
            minute = now.tm_min

            # Display minute (unit)
            clearDisplay()
            pickDigit(0)
            hc595_shift(number[minute % 10])

            # Display minute (tens)
            clearDisplay()
            pickDigit(1)
            hc595_shift(number[(minute // 10) % 10])

            # Display hour (unit)
            clearDisplay()
            pickDigit(2)
            hc595_shift(number[hour % 10])

            # Display hour (tens)
            clearDisplay()
            pickDigit(3)
            hc595_shift(number[(hour // 10) % 10])

            # Speak once every hour (at minute == 0)
            if minute == 0 and status == 0:
                tts.say(f'The time is now {hour} hours and {minute} minutes')
                time.sleep(3)   # Give time to finish speaking
                status = 1
            elif minute != 0:
                status = 0

            time.sleep(0.005)  # Prevent CPU overload

    def destroy():
        GPIO.cleanup()

    if __name__ == '__main__':
        setup()

        # ★ Welcome message at startup
        tts.say("Clock system started. Welcome!")
        time.sleep(3)

        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:
            destroy()

**コード説明**

#. ``espeak`` を使用して音声合成エンジンを初期化し、言語を英語に設定します。

   .. code-block:: python

       tts = TTS(engine="espeak")
       tts.lang('en-US')

#. シフトレジスタ（74HC595）と 4 桁表示用の各桁選択ピンに使用する GPIO ピンを定義します。

   .. code-block:: python

       SDI = 24
       RCLK = 23
       SRCLK = 25
       placePin = (10, 22, 27, 17)

#. 7 セグメントディスプレイで数字 0〜9 を表示するためのセグメントエンコード値を保存します。

   .. code-block:: python

       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. シフトレジスタに「1」のビットを 8 回送り、ディスプレイをクリアします。

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           for _ in range(8):
               GPIO.output(SDI, 1)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

#. 現在表示する数字を更新するため、1 バイト分のセグメントデータを 74HC595 に送信します。

   .. code-block:: python

       def hc595_shift(data):
           for i in range(8):
               GPIO.output(SDI, (0x80 & (data << i)))
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
               GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
           GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

#. 4 桁表示のうち、千の位・百の位・十の位・一の位のいずれかを選択して表示する桁を切り替えます（多重化処理）。

   .. code-block:: python

       def pickDigit(digit):
           for pin in placePin:
               GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
           GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

#. システムクロックから現在時刻を読み取ります。

   .. code-block:: python

       now = time.localtime()
       hour = now.tm_hour
       minute = now.tm_min

#. HH:MM 形式で現在時刻を表示するため、7 セグメントディスプレイの各桁を更新します。

   .. code-block:: python

       hc595_shift(number[minute % 10])
       hc595_shift(number[(minute // 10) % 10])
       hc595_shift(number[hour % 10])
       hc595_shift(number[(hour // 10) % 10])

#. 毎正時（minute が 0 のとき）に、現在時刻を音声で 1 回読み上げます。

   .. code-block:: python

       if minute == 0 and status == 0:
           tts.say(f'The time is now {hour} hours and {minute} minutes')
           status = 1
       elif minute != 0:
           status = 0

#. プログラム起動時にウェルカムメッセージを再生します。

   .. code-block:: python

       tts.say("Clock system started. Welcome!")

#. ``Ctrl+C`` が押されたとき、すべての GPIO ピンを解放し、後処理を行います。

   .. code-block:: python

       GPIO.cleanup()

現象の画像
------------------------

.. image:: ../img/4.1.3speech_clock.JPG
   :align: center