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〜：名刺サイズの超小型PC「ラズパイ」で遊ぶ（第40回）（2/2 ページ）

ラズパイを使って土中の水分量をもとにした水やりシステムを構築します。

[岩泉茂，ITmedia]

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。