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2.2.1 フォトレジスタ (MCP3008)

注釈

キットのバージョンに応じて ADC0834 または MCP3008 が含まれています。お手持ちのバージョンに対応する章をご参照ください。

概要

フォトレジスタは周囲光の強さを検知するために広く使われる部品です。これを用いることで、コントローラは昼夜を識別し、ナイトランプのような光制御機能を実現できます。このプロジェクトは可変抵抗器の実験と非常によく似ており、電圧を変化させることで光を検知します。

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。

../_images/list2_2.2.1_photoresistor1.png

キット一式で購入すると便利です。リンクはこちら：

名称	キット内数量	リンク
Raphael Kit	337	Raphael Kit

個別に購入することもできます。以下のリンクをご参照ください。

部品紹介	購入リンク
GPIO拡張ボード	購入
ブレッドボード	購入
ジャンパーワイヤー	購入
抵抗器	購入
LED	購入
MCP3008	-
フォトレジスタ	購入

回路図

T-Board 名	physical	WiringPi	BCM
SPICE0	pin24	10	8
SPIMOSI	pin19	12	10
SPIMISO	pin21	13	9
SPISCLK	pin23	14	11
GPIO22	pin15	3	22

../_images/schematic_2.2.1_photoresistor_mcp30081.png

実験手順

ステップ 1: 回路を組み立てます。

../_images/july24_2.2.1_photoresistor_mcp30081.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 SPI 設定を参照）。すでに設定済みの場合は省略可能です。

ステップ 3: コードがあるフォルダに移動します。

cd ~/raphael-kit/python-pi5

ステップ 4: 実行します。

sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

コード実行中、フォトレジスタが検知した光の強さに応じて LED の明るさが変化します。

警告

RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address エラーが表示された場合は「gpiozero」が動作しない場合。を参照してください。

コード

注釈

以下のコードは 修正／リセット／コピー／実行／停止 が可能です。その前に raphael-kit/python-pi5 のソースコードパスに移動してください。変更後、直接実行して結果を確認できます。

（コード部分は原文のまま保持）

コード解説

gpiozero の PWMLED クラスで LED の輝度を制御、 spidev で MCP3008 との SPI 通信、 time で待機処理を行います。
```
#!/usr/bin/env python3
import spidev
import time
from gpiozero import PWMLED
```

GPIO ピン 22 に接続された PWM LED を初期化し、MCP3008 用 SPI インターフェース (バス 0, CE0) を 1 MHz で設定します。

# Initialize a PWM LED on GPIO pin 22
led = PWMLED(22)

# Initialize SPI communication (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

指定した MCP3008 チャンネル (0～7) からアナログ値を読み取る関数 read_adc() を定義しています。SPI により 3 バイトを送信し、応答から 10 ビットの値 (0～1023) を得ます。

# Function to read from MCP3008 channel (0–7)
def read_adc(channel):
    """
    Read analog value from MCP3008 (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    # MCP3008 protocol: Start bit, Single-ended mode, Channel (3 bits), filler
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

MAP() 関数は数値をある範囲から別の範囲に変換します。ADC 値を LED の PWM 出力範囲に合わせるために利用します。

# Define a function for mapping values from one range to another
def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

メインループでは、MCP3008 のチャンネル 0 からアナログ値を取得し、PWM 輝度値 (0.0〜1.0) に変換して LED の明るさを制御します。0.2 秒ごとに更新します。

# Main loop for reading ADC value and controlling LED brightness
def loop():
    while True:
        # Read analog value from channel 0 of MCP3008
        analogVal = read_adc(0)
        print('value = %d' % analogVal)

        # Map 0–1023 to PWM range 0.0–1.0
        led.value = analogVal / 1023.0

        # Wait for 0.2 seconds
        time.sleep(0.2)

KeyboardInterrupt (Ctrl+C) を検知するとループを終了し、LED を消灯してプログラムを終了します。

# Run the main loop and handle KeyboardInterrupt for graceful shutdown
try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # Turn off LED before exiting
    led.value = 0