注釈
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4.1.8 電池残量表示器 (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
このプロジェクトでは、電池の残量をLEDバーグラフで視覚的に表示する電池残量表示器を製作します。
警告
3.3V を超える電池部品を使用しないでください。過負荷によりチップや Raspberry Pi が損傷する可能性があります。
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。
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 |
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 |
|---|---|
- |
|
- |
回路図
T-Board 名 |
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 |
実験手順
ステップ 1: 回路を組み立てます。
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 4.1.11-2_Battery_indicator_zero.py
プログラム実行後、MCP3008 の3番ピンとGNDにそれぞれ導線をつなぎ、電池の正極と負極に接続します。 LEDバーグラフ上で対応するLEDが点灯し、電池残量（測定範囲: 0〜5V）が表示されます。
警告
RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address というエラーが出る場合は 「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。
#!/usr/bin/env python3
import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import spidev
import time
import math
# Initialize joystick button, buzzer, and LED
Joy_BtnPin = Button(22) # GPIO22, Pin15
buzzPin = Buzzer(23) # GPIO23, Pin16
ledPin = LED(24) # GPIO24, Pin18
# Set initial upper temperature threshold
upperTem = 40
# Initialize SPI for MCP3008 (Bus 0, CE0 -> GPIO8 / Pin24)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz
# Initialize LCD (I2C address 0x27, backlight on)
LCD1602.init(0x27, 1)
def read_adc(channel):
"""
Read analog value from MCP3008
"""
if channel < 0 or channel > 7:
return -1
adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
return value
def get_joystick_value():
"""
Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
"""
x_val = read_adc(1)
y_val = read_adc(2)
if x_val > 800:
return 1
elif x_val < 200:
return -1
elif y_val > 800:
return -10
elif y_val < 200:
return 10
else:
return 0
def upper_tem_setting():
"""
Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
"""
global upperTem
LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
change = int(get_joystick_value())
upperTem += change
strUpperTem = str(upperTem)
LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ')
time.sleep(0.1)
def temperature():
"""
Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
"""
analogVal = read_adc(0)
Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # Voltage across the fixed resistor
if Vr == 0:
return 0 # Prevent division by zero
Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr # Adjusted formula: thermistor voltage is (3.3 - Vr)
temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
Cel = temp - 273.15
return round(Cel, 2)
def monitoring_temp():
"""
Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
"""
global upperTem
Cel = temperature()
LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
time.sleep(0.1)
if Cel >= upperTem:
buzzPin.on()
ledPin.on()
else:
buzzPin.off()
ledPin.off()
# Main execution loop
try:
lastState = 1
stage = 0
while True:
currentState = Joy_BtnPin.value
if currentState == 1 and lastState == 0:
stage = (stage + 1) % 2
time.sleep(0.1)
LCD1602.clear()
lastState = currentState
if stage == 1:
upper_tem_setting()
else:
monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
LCD1602.clear()
spi.close()
コード解説
必要ライブラリの読み込み
gpiozeroでボタン・ブザー・LED を制御し、spidevでMCP3008とのSPI通信を行います。mathは温度計算、LCD1602は液晶表示用です。
#!/usr/bin/env python3 import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time import math import LCD1602
GPIO設定
ジョイスティックボタン、ブザー、LED のピンを BCM 番号で指定し、入力・出力を設定します。
JOY_BTN_PIN = 22 BUZZER_PIN = 23 LED_PIN = 24 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
SPIとLCDの初期化
SPI通信をバス0、デバイス0 (CE0) で開き、LCD1602 をアドレス
0x27で初期化します。upperTem = 40 # Default temperature threshold spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz LCD1602.init(0x27, 1)
ADC値読み取り
read_adc(channel)で MCP3008 の指定チャンネル（0〜7）から10ビット値（0〜1023）を取得します。def read_adc(channel): if channel < 0 or channel > 7: return -1 adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2] return value
ジョイスティック入力処理
get_joystick_value()によりジョイスティックのX/Y軸値を読み取り、 上下で±10、左右で±1 の閾値変更値として返します。def get_joystick_value(): x_val = read_adc(1) y_val = read_adc(2) if x_val > 800: return 1 elif x_val < 200: return -1 elif y_val > 800: return -10 elif y_val < 200: return 10 else: return 0
温度しきい値の変更
upper_tem_setting()はジョイスティック操作で温度上限値を調整し、LCDに表示します。def upper_tem_setting(): global upperTem LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ') change = int(get_joystick_value()) upperTem += change strUpperTem = str(upperTem) LCD1602.write(0, 1, strUpperTem) LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ') time.sleep(0.1)
温度計算
temperature()はアナログ値を電圧に変換し、抵抗値を計算、 スティンハート・ハート式を用いて摂氏温度を算出します。def temperature(): analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 if Vr == 0: return 0 Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0))) Cel = tempK - 273.15 return round(Cel, 2)
監視モード
monitoring_temp()は現在温度としきい値をLCDに表示し、 温度が上限を超えた場合にLEDとブザーを動作させます。def monitoring_temp(): global upperTem Cel = temperature() LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ') LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ') LCD1602.write(6, 0, str(Cel)) LCD1602.write(7, 1, str(upperTem)) time.sleep(0.1) if Cel >= upperTem: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH) else: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
メインループ
ジョイスティックボタン押下でモードを切り替え、 温度監視モードとしきい値設定モードを交互に実行します。
try: lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) stage = 0 while True: currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp()
終了処理
KeyboardInterrupt(Ctrl+C) で終了するとLCDとGPIOをリセットし、SPIを閉じます。
except KeyboardInterrupt: pass finally: LCD1602.clear() GPIO.cleanup() spi.close()