庭の水やりで身近なIoTを体験、自動水やりシステムの構築　～水分センサーの取り付け～（2/2 ページ）

公開 2021年04月30日 11時59分

著者

岩泉茂

[ITmedia]

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土中が乾いているかどうかを測定する

　ではSEN0193を使っていきましょう。ラズパイとの接続ですが、SPIを使います。以前I2Cでの接続について、大気の温度、湿度、気圧を測る「BME280」を例に解説したことがありますが、ラズパイと何かのデバイスをつなげて使うためにはこのI2Cと、今回紹介するSPIを通じてやりとりすることになります。

　SPIはSerial Peripheral Interfaceの略で、I2Cのようにいくつものデバイスをぶら下げて使えますが、I2Cと違うのは「マスター」と「スレーブ」という形式でやりとりをすることです。ラズパイで使うときはもちろんラズパイがマスター、デバイスがスレーブです。そして以下の4線を通じてのやりとりとなります。

クロック（SPI CLK、SCLK）
チップ・セレクト（CS）
マスター出力／スレーブ入力（MOSI）
マスター入力／スレーブ出力（MISO）

　ラズパイでは、SCLKはGPIO 11（23番ピン）、CSはGPIO 8（24番ピン）、MOSIはGPIO 10（19番ピン）、MISOはGPIO 9（21番ピン）です。

　ではまずSEN0193とMCP3002、ラズパイをつなげていきましょう。MCP3002のピンアサインは以下の画像の通りですので、VDDを3.3Vに、DOUTをGPIO 9（21番ピン）に、DINをGPIO 10（19番ピン）に、CS／SHDNをGPIO 8（24番ピン）に、VssをGND（25番ピン）につなぎます。

MCP3002のピンアサイン（データシートより）

ラズパイのピンアサイン（ラズベリー財団のWebサイトより）

　そしてSEN0193ですが、赤、黒、青の3本の線が出ています。赤は3.3Vに、黒はGNDに、青はMCP3002のCH0（2番ピン）につなぎます。全てつないだ状態が以下の写真です。

全てつないだ状態

図で表すとこのような形に

　つなぎ終わったらテストとして、以下のプログラムを走らせてみましょう。これはSEN0193で測定される値の上限と下限を見るためのものです。「spitest.py」のようにファイル名を付けておきましょう。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import subprocess
from gpiozero import MCP3002
Vref = 3.3
try:
    while True:
        sen0193 = MCP3002(channel=0)
        hum = round(sen0193.value * Vref * 100,2)
        print(str(hum))
        time.sleep(1)
except: KeyboardInterrupt
subprocess.call('clear')

spitest.py

　このプログラムを起動したら、SEN0193を水につけてみます。水につける限界ですが、チップなどがついている下に白線が引いてありますので、そこが限界線です。すると以下のような表示が出たかと思います。

$ python spitest.py
254.88
254.88
255.2
254.88
255.2
255.2
255.2
255.2
127.84
127.2
127.52
148.48
154.28
154.28
250.68
254.55
254.88
255.2
255.2
…………（以下無限ループ）

spitest.pyを動かしたときの表示

　水につけていない状態の値が255、たっぷりと水につけた状態が127ということが分かります。そこで255に近ければ「Dry」、127に近ければ「VeryWet」と表示するようにしてみましょう。またこの中間点あたりであれば「Wet」と表示させることにします。

　これを踏まえて以下のプログラムを作りました。GPIOの値ですが、以前解説したときは「RPi.GPIO」ライブラリを使いましたが、今回はGPIOを扱えるもうひとつのライブラリ「gpiozero」を使います。理由はMCP3002のライブラリが用意されているためです。なお、値の判定はif文を使って分岐させています。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import subprocess
from gpiozero import MCP3002
Vref = 3.3
# 値の最大値と最小値
dry = 270
water = 119
interval = (dry - water) / 3
wet = water + interval
lbdry = dry - interval
try:
    while True:
        pot = MCP3002(channel=0)
        hum = round(pot.value * Vref * 100,1)
        if (hum > water and hum < wet):
            print("very Wet")
        elif (hum > wet and hum < lbdry):
            print("Wet")
        elif (hum < dry and hum > lbdry):
            print("Dry")
        time.sleep(1)
except: KeyboardInterrupt
subprocess.call('clear')

spitokutei.py

　これで土の中の状態が分かるようになりました。次回はLEDやLCD（液晶ディスプレイ）などを取り付けて、状態をもっと分かりやすくしてみます。

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