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4.1.3 ようこそ

はじめに

このプロジェクトでは、歩行者の動きを検出するためにPIRを使用し、 センサー付きコンビニエンスストアの扉の動作を模倣するためにサーボ、LED、ブザーを使用します。歩行者がPIRの感知範囲内に現れると、インジケーターライトが点灯し、扉が開き、ブザーが開店ベルを演奏します。

必要な部品

このプロジェクトには、次のコンポーネントが必要です。

一式を購入するのが便利です、こちらがリンクです：

名前	このキットのアイテム	リンク
Raphael Kit	337	Raphael Kit

以下のリンクから別々に購入することもできます。

コンポーネントの紹介	購入リンク
GPIO拡張ボード	BUY
ブレッドボード	BUY
ジャンパーワイヤー	BUY
抵抗器	BUY
LED	BUY
PIRモーションセンサーモジュール	-
サーボ	BUY
ブザー	BUY
トランジスタ	BUY

回路図

T-Board Name	physical	wiringPi	BCM
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO22	Pin 15	3	22

実験手順

ステップ 1: 回路を組み立てます。

ステップ 2: ディレクトリを変更します。

cd ~/raphael-kit/python-pi5

ステップ 3: 実行します。

sudo python3 3.1.2_Welcome_zero.py

コードが実行されると、PIRセンサーが通行人を検出した場合、扉は自動的に開き（サーボで模倣）、インジケーターライトが点灯し、開店ベルの音楽が再生されます。ドアベルの音楽が再生された後、システムは自動的に扉を閉じ、インジケーターライトを消灯し、次回の通行人を待機します。

PIRモジュールには2つのポテンショメータがあります。1つは感度を調整するためのもので、もう1つは検出距離を調整するためのものです。PIRモジュールをより良く動作させるには、これらのポテンショメータを両方とも反時計回りにまわす必要があります。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 することができます。ただし、その前に raphael-kit/python-pi5 のソースコードパスに移動する必要があります。コードを変更した後、効果を確認するために直接実行できます。

#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import LED, MotionSensor, Servo, TonalBuzzer
import time

# GPIO pin setup for LED, motion sensor (PIR), and buzzer
ledPin = LED(6)
pirPin = MotionSensor(21)
buzPin = TonalBuzzer(27)

# Servo motor pulse width correction factor and calculation
myCorrection = 0.45
maxPW = (2.0 + myCorrection) / 1000  # Maximum pulse width
minPW = (1.0 - myCorrection) / 1000  # Minimum pulse width

# Initialize servo with custom pulse widths
servoPin = Servo(25, min_pulse_width=minPW, max_pulse_width=maxPW)

# Musical tune for buzzer, with notes and durations
tune = [('C#4', 0.2), ('D4', 0.2), (None, 0.2),
        ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.6),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.6),
        ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.2),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
        ('C4', 0.2), ('B4', 0.2), (None, 0.2),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
        ('B4', 0.2), ('Bb4', 0.5), (None, 0.6),
        ('A4', 0.2), ('G4', 0.2), ('E4', 0.2),
        ('D4', 0.2), ('E4', 0.2)]

def setAngle(angle):
    """
    Move the servo to a specified angle.
    :param angle: Angle in degrees (0-180).
    """
    value = float(angle / 180)  # Convert angle to servo value
    servoPin.value = value      # Set servo position
    time.sleep(0.001)           # Short delay for servo movement

def doorbell():
    """
    Play a musical tune using the buzzer.
    """
    for note, duration in tune:
        buzPin.play(note)       # Play the note
        time.sleep(float(duration))  # Duration of the note
    buzPin.stop()               # Stop buzzer after playing the tune

def closedoor():
    # Turn off LED and move servo to close door
    ledPin.off()
    for i in range(180, -1, -1):
        setAngle(i)             # Move servo from 180 to 0 degrees
        time.sleep(0.001)       # Short delay for smooth movement
    time.sleep(1)               # Wait after closing door

def opendoor():
    # Turn on LED, open door (move servo), play tune, close door
    ledPin.on()
    for i in range(0, 181):
        setAngle(i)             # Move servo from 0 to 180 degrees
        time.sleep(0.001)       # Short delay for smooth movement
    time.sleep(1)               # Wait before playing the tune
    doorbell()                  # Play the doorbell tune
    closedoor()                 # Close the door after the tune

def loop():
    # Main loop to check for motion and operate door
    while True:
        if pirPin.motion_detected:
            opendoor()               # Open door if motion detected
        time.sleep(0.1)              # Short delay in loop

try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # Clean up GPIO on user interrupt (e.g., Ctrl+C)
    buzPin.stop()
    ledPin.off()

代码解释

1. 脚本は必要なモジュールをインポートすることから始まります。 gpiozero ライブラリは、LED、モーションセンサー、サーボモーター、音楽ブザーとのインターフェースを提供するために使用されます。 time モジュールはタイミング関連の機能を処理するために使用されます。

   #!/usr/bin/env python3
   from gpiozero import LED, MotionSensor, Servo, TonalBuzzer
   import time
   

2. LED、PIRモーションセンサー、音楽ブザーをそれぞれのGPIOピンに初期化します。

   # GPIO pin setup for LED, motion sensor (PIR), and buzzer
   ledPin = LED(6)
   pirPin = MotionSensor(21)
   buzPin = TonalBuzzer(27)
   

3. サーボモーターの最大および最小パルス幅を計算し、微調整のための補正ファクターを組み込みます。

   # Servo motor pulse width correction factor and calculation
   myCorrection = 0.45
   maxPW = (2.0 + myCorrection) / 1000  # Maximum pulse width
   minPW = (1.0 - myCorrection) / 1000  # Minimum pulse width
   

4. サーボモーターを正確な位置に配置するためにカスタムパルス幅を使用してGPIOピン25上で初期化します。

   # Initialize servo with custom pulse widths
   servoPin = Servo(25, min_pulse_width=minPW, max_pulse_width=maxPW)
   

5. ブザーで演奏するための音楽チューンを、音符（周波数）と持続時間（秒）のシーケンスとして定義します。

   # Musical tune for buzzer, with notes and durations
   tune = [('C#4', 0.2), ('D4', 0.2), (None, 0.2),
           ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.6),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.6),
           ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.2),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
           ('C4', 0.2), ('B4', 0.2), (None, 0.2),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
           ('B4', 0.2), ('Bb4', 0.5), (None, 0.6),
           ('A4', 0.2), ('G4', 0.2), ('E4', 0.2),
           ('D4', 0.2), ('E4', 0.2)]
   

6. 指定された角度にサーボを移動するための関数。角度をサーボの値に変換します。

   def setAngle(angle):
       """
       Move the servo to a specified angle.
       :param angle: Angle in degrees (0-180).
       """
       value = float(angle / 180)  # Convert angle to servo value
       servoPin.value = value      # Set servo position
       time.sleep(0.001)           # Short delay for servo movement
   

7. ブザーを使用して音楽を演奏するための関数。 tune リスト内を繰り返し、各音符を指定された持続時間で演奏します。

   def doorbell():
       """
       Play a musical tune using the buzzer.
       """
       for note, duration in tune:
           buzPin.play(note)       # Play the note
           time.sleep(float(duration))  # Duration of the note
       buzPin.stop()               # Stop buzzer after playing the tune
   

8. サーボモーターを使用してドアを開閉するための関数。 opendoor 関数はLEDを点灯させ、ドアを開け、音楽を演奏し、その後ドアを閉じます。

   def closedoor():
       # Turn off LED and move servo to close door
       ledPin.off()
       for i in range(180, -1, -1):
           setAngle(i)             # Move servo from 180 to 0 degrees
           time.sleep(0.001)       # Short delay for smooth movement
       time.sleep(1)               # Wait after closing door
   
   def opendoor():
       # Turn on LED, open door (move servo), play tune, close door
       ledPin.on()
       for i in range(0, 181):
           setAngle(i)             # Move servo from 0 to 180 degrees
           time.sleep(0.001)       # Short delay for smooth movement
       time.sleep(1)               # Wait before playing the tune
       doorbell()                  # Play the doorbell tune
       closedoor()                 # Close the door after the tune
   

9. モーション検出を常にチェックするメインループ。モーションが検出された場合、 opendoor 関数がトリガーされます。

   def loop():
       # Main loop to check for motion and operate door
       while True:
           if pirPin.motion_detected:
               opendoor()               # Open door if motion detected
           time.sleep(0.1)              # Short delay in loop
   

10. メインループを実行し、スクリプトをキーボードコマンド（Ctrl+C）で停止できるようにし、クリーンな終了のためにブザーとLEDをオフにします。

    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        # Clean up GPIO on user interrupt (e.g., Ctrl+C)
        buzPin.stop()
        ledPin.off()