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raspberry pi と I2C

Raspberry Pi では
GPIO 2 が SDA
GPIO 3 が SCL
となっている

このため I2C デバイスの
SDA
SCL
へそれぞれ接続する

注意点は
Raspberry Pi の GPIO ポートは 3.3V なので
3.3V 対応デバイスであること

もし 5V デバイスを使うのなら
間にレベルコンバータなどをいれて
電圧を変換する必要がある

部品の調達にまだ時間がかかるため
さきにRTCモジュールを実験

I2Cデバイスと raspberry Pi

I2C
Inter Integrated Circuit
はシリアルパスで
SDA と SCLという2本の信号線だけでデバイスを制御できる

Raspberry Pi のGPIOポートは
I2Cデバイス対応なのでさまざまなデバイスを扱うことができる

ちなみに
GPIO 2 が SDA
GPIO 3 が SCL
となる

I2C も 1-wire みたいに個々のデバイスにIDが振られているので複数のデバイスを並列に接続し
同時に使うことができる

I２C対応デバイスとしては
温度センサー
湿度センサー
気圧センサー
不揮発メモリ
RTCモジュール
LCD液晶ディスプレイ
I/Oポートエキスパンダ
D/Aコンバータ
A/Dコンバータ

などがある

ちなみに、今回インストールしている OS
Raspbian では
初期状態では I2C が無効化されている

このため

sudo vim /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf 

で設定ファイルを編集

blacklist i2c-bcm2708

の先頭に＃をつけて

#blacklist i2c-bcm2708

とする

次に

 sudo vim /etc/modules 

でファイルを編集

最終行に

i2c-dev

を追記

ここまでできたら
端末からI2C 制御のためのユーティリティ
i2c-tools をインストールする

sudo apt-get install i2c-tools libi2c-dev 

これで設定ができたので再起動すれば使えるようになる

次回、配線と実行

Raspberry Pi と 1-wireデバイス

1-wire は非同期シリアルインターフェースで
1本の信号線を使ってデータの送受信ができるインターフェース

信号線が1本でも
複数デバイスを接続することができ
電源を信号機からとることもできる

通信速度は 15.4kbps
125kbps となっていて
I２C　SPIに比べると低速

個々の 1-wire デバイスには
ROM ID
という重複しない固有IDが振られているので
同じ種類のデバイスを
同じ 1-wire 上のパス上に複数接続できる

これはIPで振り分けている複数のパソコンが
インターネットに接続できる
ように
複数の接続が可能

例えば２０個の温度の監視をするときにも
使用する Raspberry Pi のGPIOポートは
１つで済む

まずは実践したほうがわかりやすいので実験

使うものは
1-wire デバイスの温度センサーDS18B20

カーボン抵抗（炭素皮膜抵抗）　１／４Ｗ　２．２ｋΩ

ジャンパーワイヤー　3本

そしてブレッドボードと raspberry Pi 本体

Amazon で調べたけどみあたらないので
今回も秋月電子でネットで購入

複数の抵抗をかったためわかりにくいので

カラー抵抗値の写真早読み表！

をみて
一番右の金色以外すべて赤が 2,2 kΩなので
これを使う

そして配線
3.3V 左下１1番め
GPIO 4 左下４番め
GND　左上3番め
から
ブレッドボードにさす
さすときに、これらを縦に同じ列にする

そして
3.3V と GPIO 4 のピンの部分へまたぐように
2.2KΩの抵抗をさす

そして、
GPIO 4
3.3V
GND
のそれぞれの横の列と同じようになるように
温度センサーDS18B20
をさす

センサーには向きがあるので注意
今回、反応しなかったので
検索したところ

[コラム] 第9回『1-wire温度センサーで部屋の温度を測定しよう』

に
接続例がでていたので、それを参考にさせてもらいました
どうやら文字がかかれていて
1番左がGND
真ん中が GPIO 4
一番右が 3.3V
なるようです

GND側に抵抗を入れるのがプルダウン
で
＋のほうに抵抗を入れるのがプルアップ

今回はプルアップを行う

配線ができても、そのままだと Raspberry Pi は
1-wire が有効になっていないので使えない

sudo vim /etc/modules 

でファイルを開いて編集する

最終行に

w1-gpio
w1-therm

を追記する

編集が終わったら再起動することで
設定が有効になり
1-wire デバイスを使えるようになる

一時的に使うのなら

sudo modprobe w1-gpio 
sudo modprobe w1-therm

を実行することで使えるようになる

ただしこれだけだと再起動すると使えない状態に戻る

設定ができたら、次に 1-wire デバイスのIDを調べる
1-wire デバイスには ROM ID というIDが振られているので
1-wireデバイスを配線したら

ls /sys/bus/w1/devices/

で調べると

28-000006479c5b

みたいに
28-0000　ではじまるシンボリックリンクがみつかる

これが接続しているデバイスのIDになる
ちなみに、何も接続していないと

w1_bus_master1

として表示される

これで認識しているのがわかったので
次に温度センサーの値を取得

cat /sys/bus/w1/devices/28-000006479c5b/w1_slave 

で値を得ることができる

実行結果は

c6 01 4b 46 7f ff 0a 10 17 : crc=17 YES
c6 01 4b 46 7f ff 0a 10 17 t=28375

この2行めの
t=28375
が温度になる
これは１０００倍された値のため
実際の温度は 28.375 度となる

このままだと読みにくいけど
perl とかシェルスクリプトなどを使えば
温度だけを表示できるので見やすくできる

サーボモータの配線

モータを動かすには大きな電流が必要なので
サーボモータの電源を Raspberry Pi からとることはできない

このためサーボモータ専用の電池ボックスなどをつかって電源をとることになる

今回は使用するパーツを
秋月電子通商通販

で購入

使用した部品は

ＧＷＳサーボ　ＭＩＣＲＯ／ＳＴＤ／Ｆ（フタバ）

電池ボックス　単３×４本用

そして
ハック ラズベリーパイ Raspberry Pi 電子工作入門キット。

使用する単３電池は１００均で購入

配線するときの注意点として
Raspberry Pi の 3.3V と
サーボモータ用の＋を接続しないこと

これは、Raspberry PI のほうが電圧が低いため
Raspberry Pi に電圧がかかり
Raspbery Pi が物理的に壊れるため

なお、今回購入したサーボモータは
端子がソケットになっていて
ブレッドボードにさせないので
電子工作入門キットに両方ともオスの
ジャンパケーブルがあるので、
これをつかってブレッドボードに接続する

配線は
Raspberry Pi のGND
サーボモータの　－
電池ボックスの　ー
が同じ横の列

そして
サーボモータの＋
電池ボックスの＋
が同じ横の列

Raspberry Pi のGND、つまり右から3つめと
GPIO18 つまり右から６つめ
と同じ縦の列にさす

これで配線は完了

次に、電池ボックスの電源をいれてから
ServoBlaster を起動する

起動は

sudo servod

実行結果は

Board revision:                  2
Using hardware:                PWM
Using DMA channel:              14
Idle timeout:             Disabled
Number of servos:                8
Servo cycle time:            20000us
Pulse increment step size:      10us
Minimum width value:            50 (500us)
Maximum width value:           250 (2500us)
Output levels:              Normal

Using P1 pins:               7,11,12,13,15,16,18,22
Using P5 pins:               

Servo mapping:
     0 on P1-7           GPIO-4
     1 on P1-11          GPIO-17
     2 on P1-12          GPIO-18
     3 on P1-13          GPIO-27
     4 on P1-15          GPIO-22
     5 on P1-16          GPIO-23
     6 on P1-18          GPIO-24
     7 on P1-22          GPIO-25

となる

これで次にサーボモータを制御する

サーボモータの制御は
仮想デバイスファイルの
/dev/servoblaster
にパルス幅を書き込む

パルス幅の単位はミリ秒を１００倍した値になる

もし 1,2ms のパルス幅を出力するなら
値は１２０になる

指定できる値は、初期値では
50～250 だけど
-min オプションで下限
-max オプションで上限を変えることができる

サーボモータの制御の構文は

echo サーボ番号=パルス幅  >/dev/servoblaster

となる

サーボ番号は

sudo servod

を実行したときに

Servo mapping:
     0 on P1-7           GPIO-4
     1 on P1-11          GPIO-17
     2 on P1-12          GPIO-18
     3 on P1-13          GPIO-27
     4 on P1-15          GPIO-22
     5 on P1-16          GPIO-23
     6 on P1-18          GPIO-24
     7 on P1-22          GPIO-25

の部分でみることができる

今回なら GPIO 18 は２番になっている

これをつかってパルス幅を 1.2ms にするなら

echo 2=120 > /dev/servoblaster

となる

2回実行してもすでにその角度に動いている後なので
変化しない

簡単な操作なら、スクリプトにすることもできる

Raspberry PiのPWM出力を使ってサーボモーターを動かす！

を参考に角度を動かすなら

vim servo..sh

でファイルを作成して

#!/bin/bash
echo 2=150 >/dev/servoblaster
sleep 0.5

echo 2=60 >/dev/servoblaster
sleep 0.5

echo 2=240 >/dev/servoblaster

で保存

chmod 755 servo.sh 

で権限を与えて

./servo.sh

で実行すると回転を始める

あと ServoBlaster デーモン起動中は
GPIO 4
GPIO 17
GPIO 18
GPIO 27
GPIO 22
GPIO 23
GPIO 24
GPIO 25
は ServoBlaster 専用になる

もし、特定のポートだけServoBlaster にするなら
–p1pins=基盤のピン番号
とする
GPIOポート番号ではないので注意

sudo servod --p1pins=12

とすれば

Servo mapping:
     0 on P1-12          GPIO-18

となり１８ポートだけ ServoBlaster 対応になる

ServoBlaster 終了は

sudo killall servod 

で終了となる

raspberry Pi でサーボモータ制御

サーボモーターは、回転軸の角度、速度が制御できる特殊なモーターのこと

ホビー用としては
ラジコンとかロボットで使われるRCサーボがある

RCサーボは3本のケーブルを持ち
2本は電源用
１本は制御信号用
となっている

サーボモータに送る制御信号で
モーターの角度を変化させることができるので
ロボットの手足の関節部分に使われる

制御信号の送りかたは
信号のパルス幅でサーボモータの角度が変化する
というもの
これはPWMが使われている

サーボモータの種類により異なるけど
20ms 単位の周期で
1～2ms 程度のパルス幅を与えると
そのパルス幅を与えた角度に移動する

Raspberry Pi のPWM回路は
数百KHz の周期でパルスを発生できるけど
サーボモータで発生する周期は
50Hz 程度のため
Raspberry Pi のPWM回路で生成するのは困難なので
サーボモータの制御に特価した ServiBlaster
もしくは
WiringPi の softServiWrute'( で制御する

ServoBlaster はサーボモータの制御に特化している
これは、仮想デバイスファイルにアクセスすることで
簡単にサーボモータの角度を制御できる
また
デーモンとして起動し
ソフトウェアでPWM信号を出力するため
複数のGPIOポートに接続したサーボモータを制御できる

ServoBlaster を起動すると
初期設定では
GPIO 4
GPIO 17
GPIO 18
GPIO 27
GPIO 22
GPIO 23
GPIO 24
GPIO 25
がサーボモータ用のポートになる

とりあえずまずは実験したほうがわかりやすいので
実際に ServoBlaster をインストール

インストールには git が必要なので

sudo apt-get install git-core 

でインストール

次に
ServoBlaster のソースをダウンロード

 git clone git://github.com/richardghirst/PiBits.git

ダウンロード完了したらコンパイル

cd PiBits/ServoBlaster/user/
make
sudo make install

ServoBlaster をインストールすると
自動起動する

自動起動しないようにするには

sudo update-rc.d servoblaster remove 

とする

ServoBaster を自動起動させたいのなら

sudo update-rc.d servoblaster defaults 

とする

これでソフトのインストールはできたので次回配線

WiringPi の SoftPWM機能

Raspberry PI でPWM機能を使えるのは
GPIO１８だけだけど
SoftPWM() を使うことで
ソフトウェアでON/OFF させることで
擬似的に他のGPIOポートでPWMを行える

ただし、あくまで擬似的なので
実際に出力されるパルス幅が安定しないし
CPUに負荷がかかるとパルス幅がずれる

LEDを光らせる程度ならわからないレベルのずれ

正確に制御するならGPIO１８で制御することになる

試しに
まず

sudo shutdown -h now

で電源を切って配列を変える

＋のほうをGPIO４に接続
そして抵抗を２７０Ωでつけて
LEDの＋になるアノードにつなげる

そして
－になるカノードを
GPIOのGNDに接続

これで制御してみる

今回使う　WiringPi のメソッドは
wiringPiSetupGpio()
wiringPi の初期化

softPwmCreate(GPIOポート番号, 初期値, 最大値)
初期値はPWMの初期値
LEDとかなら０にする
最大値はパルス幅の最大値で
定数にしておくとメンテしやすい

softPwmWrite(GPIOポート番号, 値)
値は０から設定した最大値になる
これも最大値を定数にするとメンテが楽

基本的には PWM のときのソースと変わらないので

cp pwm_led.c soft_pwm.c

でコピーして改造する

まず、ポートを変えるので

#define LED_PORT 18

を

#define LED_PORT 4

次に softPwmCreate() でポートや初期値
最大値を設定するので

        //GPIO 18 を PWM
        pinMode(LED_PORT, PWM_OUTPUT);

を

        //softPWM設定
        softPwmCreate(LED_PORT,0,RANGE);

さらに定数を宣言しておく

#define RANGE 100

次に、繰り返す幅も変えるので

for(pw=0;pw<1024;pw++){

を

for(pw=0;pw<RANGE;pw++){

にして

for(pw=1023;pw>=0;pw--){

を

for(pw=RANGE;pw>=0;pw--){

にする

値の変更がsoftPwm を使うので

pwmWrite(LED_PORT,pw);

を

softPwmWrite(LED_PORT,pw);

に変える

そして待ち時間も変更
現在は 0.3ms なので
3ms にする

 delayMicroseconds(300);

を

 delay(3);

に書き換える

ここまでできたら

cc -o softpwm soft_pwm.c -lwiringPi

でコンパイルして

sudo ./softpwm 

とすると
GPIO４でも　PWMが行えることが確認できる

C言語でLED調光

WiringPi のC言語ライブラリにある
pwmWrite()
を使うことで　PWMのデューティー比を指定できる

今回、使用するメソッドとしては
wiringPiSetupGpio()
wiringPi の初期化

pinMode(GPIOポート番号,モード)
指定したGPIOポートのモードを設定
PWMにするのなら
PWM_OUTPUT
でPWM出力になる

pwmWrite(GPIOポート番号, 値)
指定したGPIOポートのPWM値を設定
１～１０２３　で設定

delayMicroSeconds()
マイクロ秒単位の dekay()

vim pwm_led.c

でファイル作成

ソースは

#include<wiringPi.h>

#define LED_PORT 18

int main(void){
        int pw, i;

        //初期化
        if(wiringPiSetupGpio() == -1) return 1;

        //GPIO 18 を PWM
        pinMode(LED_PORT, PWM_OUTPUT);

        for(i=1;i<10;i++){
                //fade in
                for(pw=0;pw<1024;pw++){
                        //PWM の値変更
                        pwmWrite(LED_PORT,pw);
                        //03ms 待つ
                        delayMicroseconds(300);
                }
                //fade out
                for(pw=1023;pw>=0;pw--){
                        //PWMの値を変更
                        pwmWrite(LED_PORT,pw);
                        delayMicroseconds(300);
                }
        }
        return 0;
}

これで

cc -o pwmled pwm_led.c -lwiringPi

でコンパイル

そして

sudo ./pwmled 

とするとLEDが点滅を10回繰り替えして消灯する

WiringPi でLED調光

raspberry Pi のPWMでLEDの明るさ変更

で配線の汲み上げが終わったので続き

WiringPi 付属の gpio ユーティリティを使えば
簡単にPWMの出力ができる

初期設定状態だと
デューティー比を 1024 段階で調整可能

０～１０２３の値で指定できる

１出力の幅が５０％で
０出力の幅が５０％なら
中間となるので
指定する値は 511 になる

出力幅が２５％なら 255
この半分なら 127 になる

実際に行うにはGPIO１８を出力モードで宣言する

gpio -g mode 18 pwm

次に明るさを指定する
構文は

gpio -g pwm 18 値

となる

値を
１０２３
２５５
１２７
で行うのなら

gpio -g pwm 18 1023
gpio -g pwm 18 255
gpio -g pwm 18 127
gpio -g pwm 18 0

とすればいい

最後の０は消灯

値を連続して変化させれば
ゆっくり光らせることもできる

raspberry Pi のPWMでLEDの明るさ変更

GPIOの出力は
０ つまり 0V
１ つまり 3.3V
だけなので
これだとLEDをつけるか消すしかできない

しかしPWMを使えば明るさの変更ができるようになる

デジタル信号は
０
１
だけだけど
高速で信号をON/OFF させることで
明るさを調整していかのように錯覚させることができる

これはLEDを人間では分からないくらいの早さで
ON/OFF にしていることで錯覚させている

この原理でONの状態が長いと明るく感じて
ONの状態が短いと暗く感じる

このON/OFF のパルスの幅を変える仕組みのことを
PWM
Pulse Width Modulation
といい
パルス幅変調とも言われる

そしてPWMの ON/OFF の長さの比率のことを
デューティー幅という

PWMは様々なところで使われていて
PCのファンの回転数のコントロールにも使われている

Raspberry Pi ではGPIO１８だけ
PWM出力可能で
他のGPIOではできない

プログラムを組んで
他のポートでも擬似的にできるけど
CPU処理などで微妙な待ち時間ができるため
不安定な動作になってしまう

とりあえずLEDを使って実験

ハック ラズベリーパイ Raspberry Pi 電子工作入門キット。

の中から
赤のLED
ジャンパワイヤーのメスオスx2本
ブレッドボード
２７０Ωの抵抗
を使うことに

抵抗は色で判断するしかないので
http://part.freelab.jp/s_regi_list.html
を参考に

見分けの方法ですが
金色の線をを右側にして
左側から3番めの線が橙色なのが 10KΩです

入っている部品は
１０KΩ　が4本
２７０Ω　が4本
となっているので消去法で２７０Ωをみつけました

さらに、LEDにも極性
つまり＋と－があります

LEDは足の長いほうが＋で
アノードと呼ばれ
足の短いほうがーで
カノードと呼ばれます

ちなみに、抵抗には極性がないらしいです

これでブレッドボードを実践します

今回はGPIO１８の部分を＋にするので
Raspberry Pi の　
Pin1 右上から６番めのところへ＋の抵抗とつけたジャンパケーブルをさして

Pin 6 右上から3番めがGNDになるので
ここへLEDの－部分にさしたジャンパケーブルをさします

これで配線準備は完了

URL中の特定の文字列の抽出

これは、表示中のページからJavascriptコードを使うときに利用する

URL文字列を使っていると
ホスト部分や
クエリパラメーター部分だけ切り出して利用することがある

PHPのマッシュアップではおなじみのもの

これを実現するには
Uriクラスを使う

まずほ、Uriインスタンスの取得

Uriクラスの
parse()を使うことで、Uriインスタンスを取得する

Uri uri = Uri.parse("http://www.example.com/");

次に、取得したインスタンスのメソッドを取得
もし、ホスト部分を取得したいのなら
getHost()
を使う

String scheme = uri.getHost();

ほかのメソッドを使えば
様々な部分の値の取得が可能

例えばURLが
https://user:pass@www.example.com:8080/path/to/index.html?parameter1=value1&parameter2=value2#fragment

だったなら
getScheme()で
http:// とかhttps:// の判別

getSchemeSpecificPart()は
URL全部

getUserInfo()では
user:pass
みたいなユーザ名、パスワード

getAuthority()で
user:pass@www.example.com:8080
みたいに、
ユーザ名:パスワード@ドメイン:ポート番号

getHost()で
www.example.comというようにドメイン
取得

getPort()で8080というように、ポート番号の取得　

getPathSegment()で
ファイルまでのパス取得
今回なら
path/to/index.htmlを
配列で [path, to, index.html]と扱う

getLastPathSegment()で
パスの最後を取得
今回なら index.html

getQuery()で
URLの ? 以降のパラメーターを取得
今回なら
parameter1=value1&parameter2=value2

getFragment()で
fragmentの取得