RaspberryPiでGPIOを使う方法【RPi.GPIO】

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プログラム概要

今回のプログラムの概要は以下の通りです。

GPIOの番号指定の設定をする。
GPIOピンの入出力設定をする。
タクトスイッチが押されたら、LEDを点灯させる。

実行結果

後述のプログラムを実行してタクトスイッチを押すと、以下のようにLEDが点灯します。

プログラムを実行して、タクトスイッチを押すとLEDが点灯する様子を解説する画像 — タクトスイッチを押した時

プログラム開始後、タクトスイッチを押さないとLEDがつかないことを説明する画像 — タクトスイッチを押さない時

全体コード

全体コードは以下の通りです。各コードの詳細は、後述する「コードのポイント」で解説します。

# GPIOという名前でRPi.GPIOのライブラリを使います
import RPi.GPIO as GPIO
import time

# GPIOのピン番号指定を「BCM」に設定します
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 設定を確認します
mode = GPIO.getmode()

# BCMの場合は「11」が返ります
print(mode)

# GPIO番号に名前をつけます
LED    = 23
TactSw = 24

# タクトスイッチ用のピンを
# 「In」+ 「プルダウン」に設定します
GPIO.setup(TactSw, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

# LED用のピンを「Out」に設定します
GPIO.setup(LED,GPIO.OUT)

# スタートの表示です
print("Start")


# 1000回繰り返します
for i in range(1000):

    # タクトスイッチが押された状態を取得します
    isOn = GPIO.input(TactSw)

    # 押されたら、LEDを点けます
    if isOn == True:
        GPIO.output( LED,True )

    # 押されていない場合は消します
    else :
        GPIO.output( LED,False )

    # 0.1秒待機します
    time.sleep(0.1)

print("done.")

# GPIOの設定を解除します
GPIO.cleanup(LED)
GPIO.cleanup(TactSw)

実行方法

上述した全体コードを保存したディレクトリで、以下のコマンドを実行します。

sudo python simpleGpio.py

コードのポイント

ピン番号の指定方法の設定

ピン番号の指定方法をsetmode関数で設定します。

種類は「GPIO〇〇の番号を指定する”BCM”」「物理的なピン番号を指定する”BOARD”」の二種類があります。今回は「GPIO〇〇を指定する、BCMの方式」を使います。

# GPIOのピン番号指定を「BCM」に設定します
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# 設定を確認します
mode = GPIO.getmode()

# BCMの場合は「11」が返ります
print(mode)

設定した指定方式はgetmode関数で確認できます。未設定の場合は「-1」が返ります。

名称	指定	設定	getmode()
BCM	RPi.GPIO.BCM	GPIO〇〇と記載のある番号	11
BOARD	RPi.GPIO.BOARD	基板のピン番号(1~40)	10
未設定	—	—	-1

GPIOの設定(入力)

GPIOピンは入力/出力のどちらにも使えるので、setup関数で入力/出力のどちらで使うかを設定します。

# GPIO番号に名前をつけます
LED    = 23
TactSw = 24

# タクトスイッチ用のピンを
# 「In」+ 「プルダウン」に設定します
GPIO.setup(TactSw, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

setup関数では「GPIOの番号」「入出力の指定」「プルアップ/プルダウン設定」などが指定できます。今回は以下のように設定して、タクトスイッチの入力検知に使います。

GPIOの番号は「24」などのように直接記載してしまうこともできますが、一旦変数に入れておくと便利です。

回路の修正などで使うピンを変える場合に、プログラムの変更箇所が1か所で済むようになります。

内容	設定	説明
GPIO番号	24	GPIO24の指定 (BCM形式)
入出力指定	RPi.GPIO.IN	入力用に設定
プルアップ	RPi.GPIO.PUD_DOWN	スイッチOFFの場合は、OFF側に設定

プルアップ/プルダウンはざっくり言うと、スイッチが押されていない場合のピンの状態をを設定するのに使います。

プルアップ

　別のところからピンに電気を流しておく方式です。

プルダウン

　GNDとつなげて、ピンに電気が流さない方式です。

プルダウン/プルアップ引数を設定をすると、ピンの回路が自動的に上記状態に切り替わります。

「GPIO2」「GPIO3」は、電気的に「常にプルアップ」になるように内部回路が組まれています。S/Wでの変更はできないので別のピンを使ってください。

GPIOの設定(出力)

出力もsetup関数を使って設定します。プルアップ/ダウンも設定できますが、今回の回路では不要なので設定していません。

# LED用のピンを「Out」に設定します
GPIO.setup(LED,GPIO.OUT)

内容	設定	説明
GPIO番号	23	GPIO23 (BCM形式)
入出力指定	RPi.GPIO.OUT	出力用に設定

タクトスイッチの状態取得(GPIO入力)

input関数を使ってタクトスイッチ(入力のGPIO)の状態を取得します。引数には「取得したいGPIOピンの番号」を指定します。

    # タクトスイッチが押された状態を取得します
    isOn = GPIO.input(TactSw)

input関数は「ピンに電気が流れているか？」を返す関数です。

今回の回路は、「タクトスイッチが押されている間」、電源(3V3)からGP23に電気が流れるようにしています。

そのため、input関数はタクトスイッチを押している間、「True(電気が流れている)」を返します。

反対に、タクトスイッチが「押されていない」場合は、GP23に電気は流れません。そのためinput関数は「False(電気が流れていない)」を返します。

上記仕組みを利用することで、GPIOでタクトスイッチの状態を確認しています。

LEDの点灯操作(GPIO出力)

output関数を使って、LEDの点灯/消灯を行います。引数には「出力操作したいピン番号」「出力のON/OFF)」を指定します。

下のコードでは、前述したタクトスイッチが押されている時は、LEDへの出力をON(True)、押されていない場合は、LEDへの出力をOFF(False)にしています。

    # 押されたら、LEDを点けます
    if isOn == True:
        GPIO.output( LED,True )

    # 押されていない場合は消します
    else :
        GPIO.output( LED,False )

GPIOの解放

cleanup関数で使用したピンの後片づけをします。

引数で指定されたピンは、強制的に「入力」で使う設定になり、内部のプルアップ/プルダウン設定も解除されます。

# GPIOの設定を解除します
GPIO.cleanup(LED)
GPIO.cleanup(TactSw)

まとめ

RaspberryPiでGPIOを使う方法を解説しました。

GPIOはシンプルですが、いろいろな回路やデバイスに使えます。今回の回路でも、タクトスイッチの代わりに、ドア(マグネット)センサを繋げると、同じ回路・プログラムで開閉検知ができるようになります。

ぜひいろいろなセンサーをつなげて、遊んでみてください。参考になればうれしいです。

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