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 〜LEDやLCDで水分量を表示〜：名刺サイズの超小型PC「ラズパイ」で遊ぶ（第41回）

[岩泉茂，ITmedia]

　前回は地中の水分を測定してコンソールに表示させてみました。しかしコンソール画面だけでは何となく物足りない気がします。そこで今回はそれまでのプログラムを元に、状態に応じてLEDを点灯させたり、LCD（液晶ディスプレイ）に情報を表示させる仕組みを作ります。

状態に応じてLEDを点滅

　まずはブレッドボード上にLEDを取り付けて、Dryの場合は点灯、Wetなら点滅、VeryWetなら消灯としてみましょう。LEDをつなげるためには抵抗が必要ですが、抵抗値は以下の式で求められます。

　抵抗値（Ω）＝（電源電圧−順電圧値）÷電流値（A）

　今回使ったのは手元にあった秋月電子通商で発売されている5mmピンク色LEDですが、このLEDは順電圧値が3.1V、電流値が20mAなので、今流しているラズパイの電圧は3.3Vですから、

　（3.3−3.1）÷0.02＝10（Ω）

　となり、10Ω以上であれば大丈夫です。ただし10Ωだとさすがに明るすぎたので、100Ωの抵抗を取り付けました。

　そして動かすプログラムは以下のようになります。gpiozeroでは、LEDのライブラリは「LED」になりますので、それをimportしておきます。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import subprocess
from gpiozero import MCP3002
from gpiozero import LED
Vref = 3.3 # 基準となるラズパイの電圧
led = LED(25) # LEDをGPIO 25（22番ピン）に接続
# 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 < dry and hum > lbdry):
            print("Dry")
            led.on()
        elif (hum > wet and hum < lbdry):
            print("Wet")
            led.on()
            time.sleep(0.1)
            led.off()
            time.sleep(0.1)
        elif (hum > water and hum < wet):
            print("very Wet")
            led.off()
        time.sleep(0.2)
except: KeyboardInterrupt
subprocess.call('clear')

spiled.py

LEDを取り付けた。Dryの時には点灯する

完全にぬれた状態だとLEDは消える

接続図

　特にコンソールでの表示はいらないという場合であれば、上記のprint文を全て＃でコメントアウトしてください。

　ここまで来ると何となく測定器っぽいなと思えてきます。次回はこれを踏まえて、実際に水やりをする機構を作り上げていきます。

LCDに表示させる

　ラズパイで使えるLCDはさまざまな種類がありますが、一番簡単なのはセンサーでも使っているSPI接続で使えるものと、I2Cで使えるものの2種類です。I2Cは2つの線でつなげて使えるので簡単です。そこでLCDはI2Cで使えるものの中から選択します。

　そしてこれまたI2Cで使えるLCDはさまざまな種類があるのですが、ラズパイとの相性などを考えて「AQM0802A-RN-GBW」を使うことにしました。8W×2Lの表示ができる“AE-AQM0802”という名前で販売されているLCDは何種類かありますが、こちらはバックライト付きで、L2Cの通信を安定させるバスリピーター「PCA9515」が基板に搭載されているモデルです。ほかに16W×2Lという「1602」のLCDもありますが、今回は情報量が少ないので、8×2で十分です。

I2C接続で使えるLCD「AQM0802」

　AQM0802を使うためのプログラムのポイントは、まず初期化のコマンドを送ってLCDを初期状態にして、それから表示させる必要があることです。AQM0802の初期化コマンドはデータシートから「0x38」「0x39」「0x14」「0x73」「0x56」「0x6c」「0x38」ですので、これを送る関数を設定しておきます。

　これを踏まえたプログラムは以下のようになります。ここでは「wetmon.py」として保存します。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
import subprocess
import smbus
from gpiozero import MCP3002
from gpiozero import LED
Vref = 3.3 # 基準となるラズパイの電圧
led = LED(25) # LEDをGPIO 25（22番ピン）に接続
i2c = smbus.SMBus(1)
addr = 0x3e # AQM0802のアドレス
# AQM0802の初期化
def_command = 0x00
def_data = 0x40
def_clear = 0x01
display_On = 0x0f
LCD_2ndline = 0x40 + 0x80
# 値の最大値と最小値
dry = 270
water = 119
interval = (dry - water) / 3
wet = water + interval
lbdry = dry - interval
# AQM0802の関数
def command( code ):
        i2c.write_byte_data(addr, def_command, code)
        time.sleep(0.1)
  
def writeLCD( message ):
        mojilist=[]
        for moji in message:
            mojilist.append(ord(moji)) 
        i2c.write_i2c_block_data(addr, def_data, mojilist)
        #time.sleep(0.5)
 
def init_lcd ():
        command(0x38)
        command(0x39)
        command(0x14)
        command(0x73)
        command(0x56)
        command(0x6c)
        command(0x38)
        command(def_clear)
        command(display_On)
init_lcd()
writeLCD("Joutai:")
try:
    while True:
        pot = MCP3002(channel=0)
        hum = round(pot.value * Vref * 100,1)
        if (hum < dry and hum > lbdry):
            command(LCD_2ndline)
            print("Dry")
            writeLCD("Dry     ")
            led.on()
        elif (hum > wet and hum < lbdry):
            command(LCD_2ndline)
            print("Wet")
            writeLCD("Wet     ")
            led.on()
            time.sleep(0.5)
            led.off()
            time.sleep(0.5)
        elif (hum > water and hum < wet):
            command(LCD_2ndline)
            print("very Wet")
            writeLCD("very Wet")
            led.off()
        time.sleep(1)
except: KeyboardInterrupt
command(def_clear)
subprocess.call('clear')

wetmon.py

　nanoなどで記述して保存したら、実行してみましょう。

$ python wetmon.py

画面に今の状態が表示される

LCDを拡大してみた

　AQM0802とコンソール画面に「Dry」などと表示されればOKです。次回は実際の水やりシステムを構築していきます。