頭にアナログセンサーつけてみる

ここではべゼリーにアナログセンサーの値を入力する例として、べゼリーの頭に光センサーをつけてみます。

・べゼリーの頭頂の穴は、アナログの光センサーをとりつけることを想定しています。光センサーをつけることで、部屋が明るくなったり暗くなったりしたときにべゼリーを反応させることができますが、明るい場所でべゼリーの頭を撫ぜたときにも反応させることができます。

・今回は「CdSセル」とも呼ばれる光センサーを使います。CdSとは硫化カドミウムのことで、明るい場所ほど抵抗値が小さくなる性質があります。１個１００円以下で買えます。（共立エレショップ）

・本当かどうか、テスターをもっている人は、CdSセルの抵抗値を測ってみましょう。てのひらで覆うなどして明るさを変えると、抵抗値が変化することがわかります。

・残念ながらラズベリーパイのGPIO（汎用入出力ピン）に接続できるセンサーは基本的に、結果をデジタル値で返すデジタルセンサーだけです。なのでCdSセルのようなアナログセンサーをラズパイにつなぐ際には、アナログ値をデジタル値に変換する、ADC（アナログ・デジタル・コンバーター）が必要になります。

・今回は４チャンネル１２ビットのADC「MCP3204」を使います。秋月電子通商で３６０円で買いました。これには７対の足が生えており、４つのアナログセンサーから値を入力することができます。ちなみにMCP3208は８対の足が生えており、８つまでのアナログ値を入力できます。

・取扱説明書にピン配置が書いてあります。ラズパイとの接続は電源２本とシリアル（SPI＝Serial Peripheral Interface）４本。合計６本のケーブルで接続します。

・MCP3204をブレッドボードに差し込みます。写真だとわかりにくいですが、きりかきが左に向いています。配線をコンパクトにするため硬いジャンパー線を３本使ってますが、もちろん柔らかいジャンパー線でも構いません。プルアップ抵抗として抵抗値の大きな抵抗をCdSの回路に入れます。ここでは１０ｋΩを使っています。

・写真を参考にしながら、ブレッドボードとラズパイをジャンパーケーブル（オス・メス）でつないでください。

・Vdd＝Vref＝ラズパイの3.3v電源に接続。
・DGND＝AGND＝ラズパイのGNDに接続
・CLK＝ラズパイのSPI SCLKに接続
・Dout＝ラズパイのSPI MISOに接続
・Din＝ラズパイのSPI MOSIに接続
・CS/SHDN＝ラズパイのSPI CE0に接続
・CH０＝CｄSセルに接続

・こんな感じになったでしょうか？

・べゼリーの頭部パーツにCdSセルを固定します。ゼリー状の瞬間接着剤やパテでも良いかもしれませんが、筆者の場合は裏側からグルーガン（ホットボンド）で固定しました。

・べゼリーの後頭部の切れ目は、ケーブルを固定するためのものです。

・台座の中にすべてを収めてフタをしめたら完成です。

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サンプルプログラム１

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
# Bezelie Sample Code for Raspberry Pi : アナログ入力のサンプル
# ラズパイにADコンバータとアナログセンサーを接続しておいてください。

# ライブラリの読み込み
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

# MCP3204からSPI通信で12ビットのデジタル値を取得。4チャンネル使用可
def readadc(adcnum, clockpin, mosipin, misopin, cspin):
    if adcnum > 7 or adcnum < 0:
        return -1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    GPIO.output(cspin, GPIO.LOW)

    commandout = adcnum
    commandout |= 0x18  # スタートビット＋シングルエンドビット
    commandout <<= 3    # LSBから8ビット目を送信するようにする
    for i in range(5):
        # LSBから数えて8ビット目から4ビット目までを送信
        if commandout & 0x80:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.LOW)
        commandout <<= 1
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    adcout = 0
    # 13ビット読む（ヌルビット＋12ビットデータ）
    for i in range(13):
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
        adcout <<= 1
        if i>0 and GPIO.input(misopin)==GPIO.HIGH:
            adcout |= 0x1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    return adcout

# 初期設定
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 変数
SPICLK = 11
SPIMOSI = 10
SPIMISO = 9
SPICS = 8

# SPI通信用の入出力を定義
GPIO.setup(SPICLK, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPIMOSI, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPIMISO, GPIO.IN)
GPIO.setup(SPICS, GPIO.OUT)

# 関数
def main():
  try:
    print "開始します"
    while True:
      inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)
      print(inputVal0)
      sleep(0.2)

  except KeyboardInterrupt:
    print "終了しました"
    GPIO.cleanup()                     # ポートをクリア

# 直接実行された場合の処理
if __name__ == "__main__":
    main()

・アナログセンサから取得した数値を0.2秒おきに表示するプログラムです。

・アナログセンサー（今回はCdSセンサー）の値をいろいろ変えてみて、べゼリーを動かすきっかけとしてちょうどよい数字を探しましょう。

・筆者の場合は室内でCdSセンサーの上に手をかざすと、だいたい１０００よりも小さな値になることがわかりましたので、「しきい値」は１０００にしました。

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サンプルプログラム２

・sample_aInput1.pyとほとんど同じですが、CdSセンサーの値が１０００よりも小さかったらべゼリーが体を動かし、声を発するように処理が追記されています。

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
# Bezelie Sample Code for Raspberry Pi : アナログ入力のサンプル
# 事前にsample_aInput1.pyを実行し、しきい値を決めておいてください。

# ライブラリの読み込み
import RPi.GPIO as GPIO
import subprocess                     # 外部プロセスを実行するモジュール
import bezelie
from time import sleep

# 準備
bez = bezelie.Control()               # べゼリー操作インスタンスの生成
bez.moveCenter()                      # サーボをセンタリング
sleep(0.5)

# MCP3204からSPI通信で12ビットのデジタル値を取得。4チャンネル使用可
def readadc(adcnum, clockpin, mosipin, misopin, cspin):
    if adcnum > 7 or adcnum < 0:
        return -1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    GPIO.output(cspin, GPIO.LOW)

    commandout = adcnum
    commandout |= 0x18  # スタートビット＋シングルエンドビット
    commandout <<= 3    # LSBから8ビット目を送信するようにする
    for i in range(5):
        # LSBから数えて8ビット目から4ビット目までを送信
        if commandout & 0x80:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(mosipin, GPIO.LOW)
        commandout <<= 1
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
    adcout = 0
    # 13ビット読む（ヌルビット＋12ビットデータ）
    for i in range(13):
        GPIO.output(clockpin, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(clockpin, GPIO.LOW)
        adcout <<= 1
        if i>0 and GPIO.input(misopin)==GPIO.HIGH:
            adcout |= 0x1
    GPIO.output(cspin, GPIO.HIGH)
    return adcout

# 初期設定
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 変数
ttsFile = "/home/pi/bezelie/edgar/exec_openJTalk.sh" # 発話シェルスクリプトのファイル名
SPICLK = 11
SPIMOSI = 10
SPIMISO = 9
SPICS = 8

# SPI通信用の入出力を定義
GPIO.setup(SPICLK, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPIMOSI, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPIMISO, GPIO.IN)

# 関数
def main():
  try:
    print "開始します"
    while True:
      inputVal0 = readadc(0, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS)
      print(inputVal0)
      if inputVal0 < 1000:              # しきい値は条件によって変えてください。
        bez.moveAct("happy")            # しあわせアクション
        subprocess.call("sh "+ttsFile+" "+"にゃ", shell=True)
        bez.stop()                      # サーボ停止命令
      sleep(1)

  except KeyboardInterrupt:
    print "終了しました"
    GPIO.cleanup()                     # ポートをクリア

# 直接実行された場合の処理
if __name__ == "__main__":
    main()

・以下が実行結果です。頭が暗くなったら体を動かして声を出しているだけなのですが、まるで撫でられたから反応したように見えますよね。

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応用

べゼリーに接続できるアナログセンサーとしては、ジョイスティックやボリュームもあります。

・これはジョイスティックの上下左右でべゼリーの頭部を動かし、ボリュームでべゼリーの体を回転できるようにした例です。さらに肩に乗せるウェアラブルロボットとして作ってみました。

・ショルダーバッグ（虫かご）についているジョイスティックとボリュームで、肩の上のべゼリーをコントロールすることができます。

・２０１８年３月、ラズベリーパイの誕生日イベントで展示した際の映像です。黄色とオレンジのボタンを押すと、発話するようにしました。

・２０１８年３月、アメリカのテキサス州オースチンで行われた音楽と映画とテクノロジーの祭典「サウス・バイ・サウスウエスト」では、多くのかたに肩乗せべゼリーを体験していただきました。写真を見ればお分かりの通り、国籍を問わず、みんな笑顔です。

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