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Reviewed-on: #44

content/labs/electronics/2021-04-04-raspberrypi-electronics.md

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+title = "RaspberryPIで電子工作を始めてみました"
+date = 2021-04-04T13:47:22+09:00
+description = "なかなか外出できないので、おうちでRaspberryPIをいじってみた結果をまとめました。"
+tags = ["electronics"]
+categories = ["Labs"]
+author = "kazu634"
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+
+日本に帰国し、リモートワークが徹底されていることに気がついたため、自宅内でCO2濃度を計測してみたいと思い立って、手を動かしています。そのメモになります。
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+## RaspberryPIとは
+RaspberryPIとは、GPIOと呼ばれる入出力端子を持つLinuxボックス…という言い方ができそうです。GPIOというのを経由して、センサーなどの機器とLinuxボックスであるRaspberryPIがやりとりできる仕組みのようです。
+
+お手軽で安価に、センサーなどの電子機器とやりとりして、電子機器の情報をITの世界に持ってこれるというのが、RaspberryPIのすごいところ…というのが今の理解です。
+
+## ラズパイと繋げてみます
+[『ラズパイ4対応 カラー図解 最新 Raspberry Piで学ぶ電子工作 作る、動かす、しくみがわかる! (ブルーバックス)』](https://www.amazon.co.jp/%E3%83%A9%E3%82%BA%E3%83%91%E3%82%A44%E5%AF%BE%E5%BF%9C-Raspberry-Pi%E3%81%A7%E5%AD%A6%E3%81%B6%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%B7%A5%E4%BD%9C-%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%80%81%E5%8B%95%E3%81%8B%E3%81%99%E3%80%81%E3%81%97%E3%81%8F%E3%81%BF%E3%81%8C%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9/dp/4065193397)を参考書籍としてラズパイと繋げていきます。
+
+この書籍のすごいところは、扱われている部品一式もセットで提供されているところです。[ラズパイ４対応　Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ　Ｐｉで学ぶ電子工作（書籍＋パーツセット）](https://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-15352/)です。このセットを購入しました。
+
+ちなみに、この時点でラズパイは全く触ったことなしでした。。上のパーツセットにはラズパイOSイメージ書き込み済みのSDカードが入っていたので、それを繋げて起動させることができました。ラズパイは起動さえしてしまえば、Linuxが動作するため、すんなり入っていけました。
+
+#### LEDの点灯
+まずは第一歩ということで、ラズパイとブレッドボードを単純に繋げて、LEDを光らせてみました:
+
+![Image](https://farm66.staticflickr.com/65535/51058486767_857ab12b88_c.jpg)
+
+GPIOと呼ばれる端子から電源を取って、LEDを点灯させています。ただ、これだと乾電池から電流を流しているのと何も変わらなくて、面白みはないですね。。
+
+学んだこと:
+
+- ラズパイは小さなLinux box + 「`GPIO` (General Purpose Input/Output)」と呼ばれる電子機器とのインターフェースを備えている
+- `GPIO`の中には「電源 (3.3 V と 5.0 V)」と「GND」と呼ばれるピンがあって、電源→GNDの方向に繋げると、電流が流れていく
+
+#### GPIOでLEDを制御してみた
+上の例だと、乾電池をラズパイに変えただけです。これだけではつまらないので、ラズパイでLEDの制御をしてみます。ラズパイの`GPIO`はプログラム的に制御ができるようです。ソースはこちら:
+
+```python
+#!/usr/bin/python3
+
+import RPi.GPIO as GPIO
+from time import sleep
+
+GPIO.setmode(GPIO.BCM)
+GPIO.setup(25, GPIO.OUT)
+
+try:
+        while True:
+                GPIO.output(25, GPIO.HIGH)
+                sleep(0.5)
+                GPIO.output(25, GPIO.LOW)
+                sleep (0.5)
+
+except KeyboardInterrupt:
+        pass
+
+GPIO.cleanup()
+```
+
+こちらは`GPIO`の25番目のピンを0.5秒ごとに電源オン (`GPIO.HIGH`)・オフ (`GPIO.LOW`)しているイメージのようです。動作させるとこうなります:
+
+{{< youtube U0vWhKOWksQ >}}
+
+学んだこと:
+
+- `GPIO`の制御を`Python`を用いてできることがわかりました
+
+#### ボタンスイッチでLEDのオン・オフを制御する
+こちらはボタンを押すと、LEDを光らせ、もう一度押すとLEDを消す例です。プログラム的に状態を持たせて制御している感じです。
+
+{{< youtube m8tjJlKoqkk >}}
+
+学んだこと:
+
+- プログラム的に制御できるのだから、状態をプログラムで持たせて制御することも当然ながらできる！
+
+### 電子機器とのインターフェース
+これまでの例だと、電流を流す流さないだけを制御していました。これからは、電子機器からの情報を取得していきます。
+
+電子機器の情報はどうやら以下の2つのパターンで提供されているみたいです:
+
+1. 「アナログ」と呼ばれる形式で、ラズパイがそのままだと識別できない
+2. 「デジタル」と呼ばれる形式で、ラズパイがそのまま識別できる
+
+1.の場合には、A/Dコンバーターと呼ばれる電子機器を間に挟むことになるようです。
+
+### A/Dコンバーターを利用する (SPI通信を利用する)
+A/Dコンバーターというのは、要するに流れてくる電圧を測るもののようで、それをデジタルに変換するようです。A/DコンバーターをSPI通信と呼ばれる方式で利用してみます。
+
+#### 半固定抵抗の電圧をA/Dコンバーターで取得する
+最初の例では、「半固定抵抗」というもので、手動で抵抗の値を変えて、流れてくる電圧を変えられるようにして、その値を読み取ります:
+
+![Image](https://farm66.staticflickr.com/65535/51058488412_496ab3a90f_c.jpg)
+
+青のつまみを回すと、抵抗の値が変わっていき、流れてくる電圧を変更できます。それをA/Dコンバーターが読み取って、ラズパイのコンソールに出力します。
+
+#### 照度センサーの値をA/Dコンバーター経由で取得する
+同じようにして、照度センサーの値をA/Dコンバーター経由で取得してみます。
+
+![Image](https://farm66.staticflickr.com/65535/51058403726_03e95d6766_c.jpg)
+
+#### 照度センサーの値に応じてLEDを点灯する
+発展形として、照度センサーの値に応じてLEDを点灯させます:
+
+{{< youtube 8m0BwBY4jEs >}}
+
+学んだこと:
+
+- A/Dコンバーターがデリケートすぎるようで、何個か壊していたようで、書籍通りにやってもうまく動かないことが多々ありました。トライアンドエラーが必要でした。。
+
+### デジタル値を取得する (I2C通信を利用する)
+ここからはデジタル値を取得していきます。取得する例として、I2C通信で温度センサーから値を取得してみます。
+
+#### 温度センサーの値を取得する
+このような形で、温度センサーを取り付けて、ラズパイと繋げました。
+
+![Image](https://farm66.staticflickr.com/65535/51057680893_2f634d2f01_c.jpg)
+
+学んだこと:
+
+- A/Dコンバーターが間に挟まらないので、シンプルに値を取得できました
+
+### LEDディスプレイと連動させる
+上の例で取得した温度センサーの値をLEDディスプレイに表示されます。このようにLEDディスプレイを接続してみました:
+
+![Image](https://farm66.staticflickr.com/65535/51057679453_f5343ea29e_c.jpg)
+
+
+実際の動作はこのようになります:
+
+{{< youtube wL9cgpSBSng >}}
+
+学んだこと:
+
+- LEDもI2C接続でやりとりすることで表示していることが理解できました。
+
+## ここまでの振り返り
+CO2センサーをRaspberryPIで値を取得するために、まずはRaspberryPIでセンサーの値を取得する方法まで駆け足で学んでみました。細かな原理原則は理解できていないですが、一通り何をすればいいのか、何を準備しとかなきゃいけないのかを、実際に手を動かす中で理解することができました。
+
+<div class="krb-amzlt-box" style="margin-bottom:0px;"><div class="krb-amzlt-image" style="float:left;margin:0px 12px 1px 0px;"><a href="https://www.amazon.co.jp/%E3%83%A9%E3%82%BA%E3%83%91%E3%82%A44%E5%AF%BE%E5%BF%9C-Raspberry-Pi%E3%81%A7%E5%AD%A6%E3%81%B6%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%B7%A5%E4%BD%9C-%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%80%81%E5%8B%95%E3%81%8B%E3%81%99%E3%80%81%E3%81%97%E3%81%8F%E3%81%BF%E3%81%8C%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9/dp/4065193397?&linkCode=li2&tag=simsnes-22&linkId=cb661ca1b13f63a10af0e7c8fc29a61a&language=ja_JP&ref_=as_li_ss_il" target="_blank" rel="nofollow" rel="nofollow"><img border="0" src="//ws-fe.amazon-adsystem.com/widgets/q?_encoding=UTF8&ASIN=4065193397&Format= _SL250_&ID=AsinImage&MarketPlace=JP&ServiceVersion=20070822&WS=1&tag=simsnes-22&language=ja_JP" ></a><img src="https://ir-jp.amazon-adsystem.com/e/ir?t=simsnes-22&language=ja_JP&l=li2&o=9&a=4065193397" width="1" height="1" border="0" alt="" style="border:none !important; margin:0px !important;" /></div><div class="krb-amzlt-info" style="line-height:120%; margin-bottom: 10px"><div class="krb-amzlt-name" style="margin-bottom:10px;line-height:120%"><a href="https://www.amazon.co.jp/%E3%83%A9%E3%82%BA%E3%83%91%E3%82%A44%E5%AF%BE%E5%BF%9C-Raspberry-Pi%E3%81%A7%E5%AD%A6%E3%81%B6%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%B7%A5%E4%BD%9C-%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%80%81%E5%8B%95%E3%81%8B%E3%81%99%E3%80%81%E3%81%97%E3%81%8F%E3%81%BF%E3%81%8C%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9/dp/4065193397?&linkCode=li2&tag=simsnes-22&linkId=cb661ca1b13f63a10af0e7c8fc29a61a&language=ja_JP&ref_=as_li_ss_il" name="amazletlink" target="_blank" rel="nofollow" rel="nofollow">ラズパイ4対応 カラー図解 最新 Raspberry Piで学ぶ電子工作 作る、動かす、しくみがわかる! (ブルーバックス) 新書 – 2020/6/18</a><div class="krb-amzlt-powered-date" style="font-size:80%;margin-top:5px;line-height:120%">posted with <a href="https://kaereba.com/wind/" title="amazlet" target="_blank" rel="nofollow" rel="nofollow">カエレバ</a></div></div><div class="krb-amzlt-detail"></div><div class="krb-amzlt-sub-info" style="float: left;"><div class="krb-amzlt-link" style="margin-top: 5px"><a href="https://www.amazon.co.jp/%E3%83%A9%E3%82%BA%E3%83%91%E3%82%A44%E5%AF%BE%E5%BF%9C-Raspberry-Pi%E3%81%A7%E5%AD%A6%E3%81%B6%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%B7%A5%E4%BD%9C-%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%80%81%E5%8B%95%E3%81%8B%E3%81%99%E3%80%81%E3%81%97%E3%81%8F%E3%81%BF%E3%81%8C%E3%82%8F%E3%81%8B%E3%82%8B-%E3%83%96%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%90%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9/dp/4065193397?&linkCode=li2&tag=simsnes-22&linkId=cb661ca1b13f63a10af0e7c8fc29a61a&language=ja_JP&ref_=as_li_ss_il" name="amazletlink" target="_blank" rel="nofollow" rel="nofollow">Amazon.co.jpで詳細を見る</a></div></div></div><div class="krb-amzlt-footer" style="clear: left"></div></div>