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ラズパイの紹介③ ラズパイの入出力


◆ラズパイは自分たちでIoT化に取り組むのに使えます。

◆ラズパイの配線とプログラミングツール

第二章 機器操作

本題に入る前にラズパイのピン配列とプログラミングツールについて紹介します。

 

①ラズパイのピン配列を図1に示します。プログラム上で使用するGPIO番号と入出力の設定を行い、配線を行います。

ラズパイの入出力配線用のピン配置です。
ラズパイの入出力配線用ピン

 

②プログラミングを行うツールとしてここでは「Thonny Pyton IDE」を採用します。

 ◆スタートメニュー/プログラミング/Thonny Pyton IDEを選択する。(図2.1)

 ◆Thonny Pyton IDEが立ち上がるのでプログラムを書いていく。

 

図2.2にThonny Pythonのインターフェイスを示します。ここでプログラムの作成、RUN/STOPを行います。

 

ラズパイでプログラミングするソフトの一つ、Thonny Pythonのインターフェイス
Thonny Python

◆ラズパイからの出力「LEDを点滅させる。」Lチカ

第一節 ラズパイからの出力 (LED点滅)

GPIOの端子1つを出力に設定し、LEDを点滅させるプログラムをパイソンで、電子回路をブレッドボード上で作成します。

GPIO4(端子番号7番)から出力を行い、LEDを点滅させることを考えます。

 

回路図は図3に示す通りでありGPIO4⇒LED⇒抵抗⇒GNDとつなぎます。

また、ブレッドボード上での実体配線図をその隣に示します。

 

 プログラム例を図4に示します。

 

 

Lチカのための回路図と配線です。
回路図と配線
Lチカのためのプログラムです。
パイソンプログラム

1~4行目までは定型文のようなものと思ってください。

 5行目でGPIO4を出力として使うことを指定します。

 7行目で以降の動作繰り返します。(while True:以下)

 8行目で出力をHIGH(LED点灯)にします。

 9行目で0.5秒待機します。

10行目で出力をLOW(LED消灯)にします。

11行目で0.5秒待機します。

 

Thonny Python上で緑の三角マークをクリックするとプログラムがRUN、LEDが点滅し赤い四角をクリックするとプログラムがSTOP、LEDが消灯します。

 

*2行目と6行目の改行は無くても問題ありません

 


◆ラズパイへの入力「タクトスイッチのON・OFF状態をモニタする。」

第二節 ラズパイへの入力 (タクトスイッチ状態モニタ)

GPIOの端子1つを入力に設定し、Lタクトスイッチの状態を0.5秒間隔でモニタするプログラムをパイソンで、電子回路をブレッドボード上で作成します。

GPIO2(端子番号3)からタクトスイッチの状態を0.5秒間隔で入力して表示させることを考えます。

 

回路図は5に示す通りで、GPIO2⇒スイッチ⇒GNDとつなぎます。

また、ブレッドボード上での実体配線図をその隣に示します。

 

 プログラム例を図6に示します。

 

 

スイッチモニタのための回路図と配線図です。
回路図と配線図
スイッチモニタのためのプログラムです。
パイソンプログラム

 

 5行目でGPIO2を入力(プルアップ抵抗*)として使うことを指定します。

 7行目でGPIO2からの入力を表示させます。

 

Thonny Python上で緑の三角マークをクリックするとプログラムがRUN、スイッチのON/OFF状態モニタが開始され、赤い四角をクリックするとプログラムがSTOP、モニタが停止します。

 

補足 プルアップ抵抗とプルダウン抵抗について

【プルアップ(図7の左)】

  回路が繋がっていないときにGPIOの値をHIGHに固定します。

  タクトスイッチを押して回路が繋がるとGPIOがLOGHになります。

 

【プルダウン(図7の右)】

  回路が繋がっていないときにGPIOの値をLOGHに固定します。

  タクトスイッチを押して回路が繋がるとGPIOがLOGHになります。

 

*プルアップもしくはプルダウンを固定しなければGPIOの状態が不安定になり誤作動あるいは故障の原因になります。

 本記事ではプルアップ抵抗で回路を組んでいるため実際にタクトスイッチの状態をモニタすると開状態で「1」、閉状態で「0」が入力されるますが、プルダウン抵抗で回路を構成すれば入力値は逆になります。

 

プルアップ抵抗とプルダウン抵抗
プルアップ抵抗とプルダウン抵抗

◆そのほか、ラズパイで出来ること。ストリーミング、ライブカメラ

第三節 その他 ラズパイでできること 紹介

 

①アナログ入力

温度、湿度などのセンサーからのアナログ値を取り込み処理することができます。

 

取り込んだアナログ値はcsvファイルとして保存することが可能です。

 

②カメラ撮影

ラズパイ専用カメラの他、USBカメラも使用可能。

静止画や動画の撮影保存、リアルタイム動画のストリーミング配信が可能です。(別端末からリアルタイム画面を確認することが可能です)

 

③アナログ出力制御

モーター用ICチップを使い、PWM方式によるモーター出力のアナログ制御が可能です。

 

ストリーミングの画像例です。
ストリーミング画像例

ちょっとしたデータを取りたい。

現場のモニタをしたい。

いくつかの機器を遠隔で操作したい。

 

ラズパイを使えばこのような要望を、既存設備の制御系をいじることなく実現することもできます。

 

お問い合わせはこちらまで ✉haruyama@hauyama-ce.com