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Arduino単独では、センサーで得られた情報を表示できない。DSCN4665-600.JPG
センサーを付けて、その値を小さなLCDで良いから表示ししたいものである。
Raspberry Pi の時に使ったものでも表示できるのだが、今回はもっと見やすいバックライト付きのにした。

とりあえず、結果をお見せしよう。

1行目は、"Hi,Arduino."と表示し、次に起動時からの経過時間を秒単位で表示している。

2行目は、この文字ディスプレイデバイスが持っているCharacter Generaterのパターンを表示している。単なる表示では面白くないし、全256文字を表示してみたいので、どんどんスクロールするようにしてみた。写真では、カタカナの終わりの方と、それに続くギリシャ文字の小文字の初めの方が見えている。

ディスプレイの左上の方に、丸の中に一が見えているのが10kΩの半固定抵抗であり、バックライトの調整に用いる。

このLCDの型番は、ACM1602K-NLW-BBWといい、秋月電子で400円で売っていたものだ。

バックライト付きで、サイズも大きいのに、なぜか非常に安い。よほど売れているからだろうか?

実は、このLCDは、Arduinoの公式ページ内で紹介されているライブラリの Liquid Crystal Library に対応したLCDである。

配線、プログラムは、display() and noDisplay() methodsで完全に分かると思うので、下手な解説は付けない。
実際、この解説通りに結線して、プログラムも流用しただけである。

さらに詳しいYouTubeの解説(Using LCD Displays with Arduino) があり、非常に参考になる(であろう。といのは、英語だし、かなり長いので最後までちゃんとは見ていない。

ここでは、改造して、キャラクタジェネレータの全文字をスクロールしながら表示するように手を入れたプログラムを紹介するに留める。

使用LCD:秋月電子:白色抜き文字表示 LCDモジュール 16x2行 白色バックライト付 (電流制限抵抗実装済み) データシートもあり、キャラクタジェネレータの全文字パターンも載っている。

部屋の環境、快適さを調べるには、温度、湿度、気圧、二酸化炭素の4つのデータが重要であろう。

前回、二酸化炭素濃度センサーについて書いたので、今回は残りの3つをまとめて計測してみよう。

世の中、この3つを同時に計測してくれる、とても小さなセンサーがあるので、入手してみた。

AE-BME280-AKIZUKI.JPG

画像は、秋月電子のサイト「BME280使用 温湿度・気圧センサモジュールキット」より拝借

秋月のサイトには、マニュアルとデータシートが用意されている。
Bosch Sensortecには、BME280 Integrated Environmental Unit のページが用意されている

そして、ちょっとネットで検索したら、とても懇切丁寧に使い方を書いているページ How to Hookup BME280 Sensor to Arduino using I2C があったので、参考にした。
英語のページだが、英語を読まなくても全てが分かるような素晴らしいページだった。

そして出来上がったのが次図である。
左右の電源を除くと、たった2本でArduinoに繋いでいるだけだ。

DSCN4648−600.JPG1pinと3pinをジャンパ線で結んで、I2Cの接続方法にしてある。

MH-Z19 という二酸化炭素濃度センサーを入手した。

気体センサーの専門メーカのようで、各種センサーがあり、ドキュメントもきちんと用意されてる。

MH-Z19 のWEBページ

5000ppmまでの濃度を計測できるのを入手した。

Arduinoとの結線は実に簡単だ。

5VとGNDの2本で電源を与え、残りの1本で情報を取得する。

DSCN4609-600.JPG

このセンサーは中国のZhengzhou Winsen Electronics Technology Co., Ltdというセンサーの会社の製品のようだ。

このセンサーの詳しい説明のPDFが用意されているので、詳しく知りたい場合は読むと良いだろう。

超簡単に説明すると、センサーからの出力が、HIGHとLOWを二酸化炭素濃度に従って変化するのだ。

次の図のようにHIGTの時の時間幅(th)とLOWの時の時間幅が延々と繰り返し出力され、それぞれの幅(tl)をArduinoで計測し、簡単な計算で二酸化炭素濃度をppmの単位で求めることができるのだ。

CO2-Sensor-Timing.JPG

プログラムも、とても簡単で、ライブラリなど使う必要もない。

超小型のPCとして、Raspberry Pi と Arduinoの国産版の Marduino を入手し、さらに各種センサなどを集めている。

DSCN4544-600.JPG

センサ類は、ブレッドボードを使ってちょこちょこと動作確認している。

何しろ、センサは多種多様であり、普通に入手可能なものだけでも何十種類もあり、とてもではないが調べ尽くせない。

Raspberry Pi に繋ぐのと、Arduino に繋ぐ場合、回路が異なることが多い。

Raspberry Pi はデジタル(HIGH,LOW)だけで、アナログが扱えないのだが、かなりのセンサーはアナログ値で測定値を伝えてくる。

そういう場合は、DAコンバータ(デジタル・アナログ変換器)というICを使うことになり、周辺の回路が増えてくることが多い。

Arduinoの場合は、デジタルだけでなくアナログも扱えるので、DAコンバーターが不要となり、配線が楽になる。

センサは種類によってかなりの価格差があり、下は数十円から数千円までと幅が広い。

さらに、測定結果の精度を問題にしだすとどんどん価格が上昇する。

非常に安く買おうとすると、中国から品物が送られてくる確率が高くなり、説明書はもちろん、箱にすら入ってなくて、スーパーのポリ袋の不透明版にいきなり賞品が入っていて驚くことがある。

写真に写っているセンサは、受光、人感、距離、加速度、二酸化炭素濃度、温度=湿度=気圧センサである。

これからはIoTの時代。ソフトだけではなく、実世界の情報をセンサで集収し、分析し、通知はもちろん、さまざまな機器を動かすことになる。

ということで、次回から、このようなセンサ類についての扱いについて色々書いて行こうと思っている。

MIDIでは、音色というか楽器を非常に多数用意している。
何もしなければ、ピアノの音が出るようだが、次のように楽器の名前を指定すれば、その楽器で演奏してくれる。

Sound[SoundNote["C", 10, "Violin"]]

楽器の種類はMIDIなので、128種類ある。
以下が、指定可能な名称である。



"Accordion" "Agogo" "AltoSax" "Applause"
"Atmosphere" "Bagpipe" "Bandoneon" "Banjo"
"BaritoneSax" "Bass" "BassAndLead" "Bassoon"
"Bird" "BlownBottle" "Bowed" "BrassSection"
"Breath" "Brightness" "BrightPiano" "Calliope"
"Celesta" "Cello" "Charang" "Chiff"
"Choir" "Clarinet" "Clavi" "Contrabass"
"Crystal" "DrawbarOrgan" "Dulcimer" "Echoes"
"ElectricBass" "ElectricGrandPiano" "ElectricGuitar" "ElectricPiano"
"ElectricPiano2" "EnglishHorn" "Fiddle" "Fifths"
"Flute" "FrenchHorn" "FretlessBass" "FretNoise"
"Glockenspiel" "Goblins" "Guitar" "GuitarDistorted"
"GuitarHarmonics" "GuitarMuted" "GuitarOverdriven" "Gunshot"
"Halo" "Harmonica" "Harp" "Harpsichord"
"Helicopter" "HonkyTonkPiano" "JazzGuitar" "Kalimba"
"Koto" "Marimba" "MelodicTom" "Metallic"
"MusicBox" "MutedTrumpet" "NewAge" "Oboe"
"Ocarina" "OrchestraHit" "Organ" "PanFlute"
"PercussiveOrgan" "Piano" "Piccolo" "PickedBass"
"PizzicatoStrings" "Polysynth" "Rain" "Recorder"
"ReedOrgan" "ReverseCymbal" "RockOrgan" "Sawtooth"
"SciFi" "Seashore" "Shakuhachi" "Shamisen"
"Shanai" "Sitar" "SlapBass" "SlapBass2"
"SopranoSax" "Soundtrack" "Square" "Steeldrums"
"SteelGuitar" "Strings" "Strings2" "Sweep"
"SynthBass" "SynthBass2" "SynthBrass" "SynthBrass2"
"SynthDrum" "SynthStrings" "SynthStrings2" "SynthVoice"
"Taiko" "Telephone" "TenorSax" "Timpani"
"Tinklebell" "TremoloStrings" "Trombone" "Trumpet"
"Tuba" "TubularBells" "Vibraphone" "Viola"
"Violin" "Voice" "VoiceAahs" "VoiceOohs"
"Warm" "Whistle" "Woodblock" "Xylophone"

もうちょっと分かりやすいもとのしては、WikipediaのMIDIの説明がある。

これによると、琴、尺八、三味線、和太鼓が入っている。

Raspberry Piには、MIDIの音源チップが載っているようだ。
そして、多くの人は、Sonic Pi というRaspberry Pi にプレインストールされているソフトで遊ぶのが普通かもしれない。
しかし、ここでは別の方法でMIDIを操ってみよう。

せっかく Wolfram/Mathematica について書いてきたので、WolframでMIDIを操ってみよう。

音は、HDMIのディスプレイからでも、ラズパイのイアホンジャックからでも音は出せる。
どこから出すかの切り替えは、公式マニュアル(訳)のオーディオ設定を見て欲しい。

さて、Wolframで「ド」の音を出してみよう。実際には、"C"と書く。

Sound[SoundNote["C"]]

すると、次のようなものが現れ、左下の三角マーク(Play)を押すと音が出る。

Mathe-MIDI-C.JPG

右下に"1s"とあるが、これは1秒という意味である。

Raspberry Pi にLEDをつけたり、センサーを付けたり、その他何かつけようとすると、GPIOポートに対応するピンを探さないといけない。

GPIOボートの番号順にきちんと並んでいるわけではないので、覚えるのは面倒である。

本、雑誌、ネットなどに対応表がいっぱいあって、それらを開いたり、コピーしたのを開いたりしながら導線を繋ぐのが普通だ。

でも、これって、結構面倒である。

でも、Raspberry Pi には、とても便利なコマンドが用意されている。

pinout という、機能そのままの名前のコマンドがあり、以下のような表示が得られる。

raspberry_pinout.png

それからコマンドで直接、GPIOについて調べたり、設定したりする、gpio というコマンドがある。

詳細は省略するが、 -v オプションで、製造メーカなどが分かる。

pi@raspi1:~ $ gpio -v
gpio version: 2.50
Copyright (c) 2012-2018 Gordon Henderson
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type: gpio -warranty

Raspberry Pi Details:
  Type: Pi 3B+, Revision: 03, Memory: 1024MB, Maker: Sony 
  * Device tree is enabled.
  *--> Raspberry Pi 3 Model B Plus Rev 1.3
  * This Raspberry Pi supports user-level GPIO access.
pi@raspi1:~ $ 

今使っているのは、SONY製という事が分かる。
Raspberry Pi のボードを見ると、Made in the UK とある。

英国ウェールズのPencoed(ペンコイド)のSONYの工場で作られている。

それで、探していたら、

Making your Raspberry Pi 3B+ in Wales, UK

という動画があった。

Mathematica が Raspberry Pi で動くということで、ちょっと遊んでいるというか、調べている。

Mathematicaは、本来が数式処理システムなんで、さまざまな方程式を解いたり、曲面のグラフィックス表示をしたりは得意である。

今回は数学について色々なことができる、宿題の問題だって楽勝でできるなどのさわりを紹介しようと思う。

Mathe-FuncWave-Graph3D.png

曲面を表す式と値の範囲などを指定するだけで、こんな3D表示が簡単にできる。
もちろん、Raspberry Pi3+ で表示できる。

こんな簡単な曲面でなくてもOKで、さらに複数の曲面が空間で交わっていても大丈夫。さらに曲面毎に色を変えたり、透明度なども細かく調整ができるが、そんなことを延々と書くと切りがないのでやめる。

Raspberry Piに安価なLCDを繋いで表示テストで紹介した画像のLCD部分にこんなことを書いておいたが、気がついただろうか?

Mathematica-LCD-ZeroYen.png

「Raspberry Pi ノ Mathematica ハ タダ」と表示していたのだ。

Mathematicaは数式処理システムとして良く知られているが、使いたくても高くて購入を躊躇している人、会社が多いだろう。

しかし、Raspberry Pi 用のMathematicaは、ここに書いているように無料なのだ。

Raspberry Pi 上で動く特別な機能制約版があって、ほとんど何もできないのか、あるいは太っ腹で、特別な制限は何もなく、ただただRaspberry Pi の能力上の制約でできることが限られているのだろうか。そんなことを調べてみようと思う。

数式処理システムMathematicaで使われているプログラミング言語がWolfram Languageであり、考案者がStephen Wolfram、つまり考案者の名前がそのまま言語名になっているのである。

Raspberry Pi 向けのページも用意されているので、困ったときにはそこを見れば、かなり解決する。
何しろ、驚くほどのドキュメントが完備されている。

Mathematica-RaspberryPi-home.png

さて、車側ができたので、つぎはリモコン側の製作である。

車を制御するのに、どういう方法にするかは色々ある。
本格的な制御をするなら、本格的なゲームコントローラのようにしないといけないが、以下のような簡単な方法にした。

ボタンを5つならべ、

左回転、後退、停止、前進、右回転

とすることにした。
実は、『ラズパイマガジン1018年12月号』の「リモコン自走カー」の記事のリモコン制御ボタンの並びと同じである。

DSCN4105-600.JPG

並んでいるのは安いトグルスイッチ(袋に10個まとめて入って売られていた)で、押し下げている間だけ導通する。

これをブレッドボード上に並べ、各ボタンとそれに対応させるGPIOポートを導線でつないでいる。
黒はアース(GND)である。

Raspberry Pi 側の対応ポートを全部入力に指定することで、ボタンの押し下げ状態かどうかを読み取っている。
押し下げると、GNDに繋がることでLOWになり、そうでないときHIGHになる。

プログラムはこんな感じ。

    if GPIO.input(18) == GPIO.LOW:
        # 押し下げられたボタンに対する処理

実際には、この前に、使用するポートが入力のポートになることを指定しておく必要がある。

5つのボタンの状態を読み終えたら、0.1秒sleepすることにしている。
そんなに反応の早い車ではないので、この程度で十分人間には瞬時に反応していると思えるハズ。

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