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ノーコードIoT開発 ラズパイでセンサを読む


NodeRedでスピード・プログラミング

マイコンの機能アップの鍵はI2C

図1　SDA（データ）とSCL（クロック）の2本線を用いるシリアル通信プロトコルI$^2$Cを備えるICは多い．マイコンの機能拡張の初めの1歩はI$^2$Cの習得．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］後閑 哲也
詳細：［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Node-REDで作ろう！IoTアプリ開発入門

Node-REDを活用したノーコードIoT開発

Node-REDを活用することで，プログラミングなしでラズパイを用いたIoTシステムを構築できます．I$^2$C通信を利用すれば，センサやLCDといった周辺デバイスの制御が容易になります．

I$^2$C通信を用いたセンサとLCDの制御

ラズパイを使用したIoT開発では，I$^2$C通信を利用することで，センサやLCDなどのデバイスを簡単に制御できます．

I$^2$C通信の基礎

I$^2$C通信は，SDA（データ）とSCL（クロック）の2本の信号線を用いるシリアル通信プロトコルです．ラズパイではGPIO 2（SDA），GPIO 3（SCL）がI$^2$C通信に割り当てられています．

  1. ラズパイ内蔵のI$^2$Cプルアップ抵抗（1.8k$\Omega$）を使用
  2. 複数のデバイスをバスに接続可能
  3. 各デバイスは固有のアドレスをもつ

LCD（アドレス:0x3e）とDHT11センサは，I$^2$Cバッファで駆動能力を補強することで，安定した通信が可能になります．

Node-REDを用いたLCD表示

Node-REDでは，LCD_Lib.pyをexecノードを介して呼び出し，ペイロードとしてメッセージを送信することでLCDに表示できます．

  1. 起動時の初期化:画面クリア（``0''を送信）
  2. 1行目だけ表示:``1xxxxxxxx''
  3. 2行目だけ表示:``2yyyyyyyy''
  4. 1,2行同時表示:``1xxxxxxxx2yyyyyyyy''

LCDの表示には，温湿度センサのデータを利用できます．例として，10秒ごとに温湿度データを取得し，次のフォーマットでLCDに表示します．

``` T=xx_°C_ H=xx_$\%$RH ```

「°」はLCDの拡張文字を利用し，「_」には拡張の0xA0を用います．

DHT11温湿度センサのデータ取得

DHT11は，温度・湿度の計測が可能なセンサで，単線シリアル通信を用いてデータを送受信します．

DHT11の仕様

  1. 電源：DC_3.3～5.5V
  2. 計測周期：2秒以上
  3. データ・フォーマット：40ビット（温度・湿度 各16ビット＋チェックサム）
  4. 湿度センサ：有機ポリマ（精度 ±3%RH）
  5. 温度センサ：NTCサーミスタ（精度 ±2℃）

Node-REDには，DHT11用のノード「node-red-contrib-dht-sensor」が用意されており，パレットの管理から追加できます．トリガ入力を与えることで，温度・湿度データがJSON形式で出力されます．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 1971年　東北大学　工学部卒　大手通信機メーカにて制御機器開発に従事
  • 1996年　ホームページ「電子工作の実験室」を開設
  • 2003年　有限会社マイクロチップ・デザインラボ設立　代表取締役 計測制御システムコンサルタント，書籍執筆　セミナ講師
  • 2012年　神奈川工科大学　工学部　客員教授

著書

  1. ［VOD/KIT/Book/data］ラズパイPico W×ChatGPT APIで学ぶ 会話型IoTエッジ開発，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］PICマイコン オールイン1日学習キット ，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/Pi KIT］ラズベリー・パイで学ぶLinux＆Pythonプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Node-REDで作ろう！IoTアプリ開発入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. 電子工作のための PIC16F1ファミリ活用ガイドブック，技術評論社．

参考文献

  1. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］M5Stack Core2付き！ESP32で学ぶPython＆Arduinoプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］STM32マイコン＆Wi-Fiモジュールで学ぶ C/C++プログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT］M5Stackで一緒に作ろう！IoTセンシング・エッジ×クラウド連携システム開発［改訂版］，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］実習キットでできる！ラズパイPicoでマイコン入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD/KIT］LabVIEW×Arduino！初めてのパソコン計測＆制御【改訂版】，ZEPエンジニアリング株式会社．