Raspberry Pi 3でエアコン一体型パソコン「airpi」を作る!

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はじめに

「優しいIT」という理念の基、ITコンサルタントをしている亀井亮介と申します!

現在、仕事では要求分析・要件定義を中心に上流工程をしていますが、プログラムも書きます!

優しいIT活動の一環として「教育用ようにプログラミング可能なPCを安価に提供する」理念の「Raspberry Pi 3(通称ラズパイ)」 で製作したモノ・サービス・プログラムを紹介します!


仕様

ラズパイコンテスト2016年に参加しよう!

と、娘に持ちかけ企画書を書いてもらいました〜

その名も「エアコン一体型パソコン airpi」です!


出来上がり

モーターが非力で風があまり出ませんでした(笑)

筐体を変えたり、電圧上げてファンを強力にすれば実用的になるかもしれません。


外観

エアコン一体型パソコンairberry.png

(ラズパイだし、tux paintで書きました。)


仕様

センサー付きエアコン 部屋を自動で涼しくする

温度設定27℃(ラズパイで温度設定が可能)

暑い時

1. 温度が上がる

2. センサーがキャッチ

3. ラズベリーパイが読み込む

4. 部屋を27℃にする              

寒い時

1. 温度が下がる

2. センサーがキャッチ

3. ラズベリーパイが読み込む

4. 一回止める

アピール

パソコンを使っているとき、風が出て涼しくなる。


実装

本当は、娘に全てやらせたかったのですが、離れて住んでいるために、ここからは父が引き取ります。


参考

ラズパイマガジン-2016年6月号 特集1 アキバの人気パーツ 配線図ベスト17

ラズパイマガジン-2016年8月号 特集1 電子工作12の基本パターン


手順

デジタル温度センサー「ADT7410」とモータードライバーを利用します。

1. 【準備】 libi2c-devをインストール

2. 【準備】 設定ファイルに書き込み

3. 【準備】 I2Cを使えるように設定

4. 【準備】 I2Cが使えるか確認

5. デジタル温度センサーの回路図

6. デジタル温度センサーの値を取得 digital_temperature_sensor.py

7. デジタル温度センサーのプログラムを動かす

8. モータードライバーとモーターを加えた回路図

9. 設定温度により、エアコンのオンオフを制御するプログラム airpi.py

10. airpiを動かす


1. 【準備】 libi2c-devをインストール

デジタル温度センサー「ADT7410」を利用するには、libi2c-devのインストールが必要です!

bash:libi2c-devをインストール

$ sudo apt-get install libi2c-dev


2. 【準備】 設定ファイルに書き込み


/etc/modprobe.d/i2c.confに設定書き込み

$ sudo sh -c 'echo "options i2c_bcm2708 combined=1" >> /etc/modprobe.d/i2c.conf'



3. 【準備】 I2Cを使えるように設定

Menu

→設定

→Raspberryの設定

→インターフェースタブ

→I2Cを「有効」

→「OK」をクリック

I2Cの設定動画解説クリック→


4. 【準備】 I2Cが使えるか確認


i2cdetectで確認(1の部分バージョンによって0らしい)

$ sudo /usr/sbin/i2cdetect -y 1


I2Cを使えるかどうかの確認.png


5. デジタル温度センサーの回路図

circuit.png


6. デジタル温度センサーの値を取得 digital_temperature_sensor.py

プログラムはラズパイマガジン-2016年6月号 特集1 アキバの人気パーツ 配線図ベスト17 ⑥デジタル温度センサーを参考にしました。

GitHubにソースをアップしているので、お好きにお使いください。


gitでcloneする

$ git clone https://github.com/RyosukeKamei/raspberrypi3.git



digital_temperature_sensor.py

# 準備

# $ sudo apt-get install libi2c-dev
# $ sudo sh -c 'echo "options i2c_bcm2708 combined=1" >> /etc/modprobe.d/i2c.conf'

# GPIOを制御するライブラリ
import wiringpi
# タイマーのライブラリ
import time
# I2Cデバイスからの読み取りに必要なライブラリを呼び出す
import os
import struct
# 引数取得
import sys

# 引数指定
param = sys.argv
set_temperture = int(param[1])
print("設定温度 ", set_temperture)

# I2Cのインスタンスを作成
wiringpi.wiringPiSetup()
i2c = wiringpi.I2C()

# I2Cの設定
# 通信する機器のI2Cアドレスを指定
temperture_dev = i2c.setup(0x48)

# 温度を16ビットのデータ取得
# その他めレジスタ0x03に設定
i2c.writeReg8(temperture_dev, 0x03, 0x80)

while True:
# 温度センサーの2バイト分を読み取る
temperture_data = struct.unpack('2B', os.read(temperture_dev, 2))

# 値が2バイトずつ分かれるので1つにまとめる
temperture = ( ( temperture_data[0] << 8 ) + temperture_data[1] )

# 負の値の場合は数値を変換
if ( temperture_data[0] >= 0x80 ):
temperture = temperture - 65536

# 取得した値を128で割って温度を算出
temperture = temperture / 128

# 温度表示
print ( "温度 " , temperture , "C" )

if ( temperture > set_temperture ):
print ( "設定温度より室温が高いのでエアコンをつける" )
else:
print ( "設定温度より室温が低いのでエアコンを消す" )

# 1秒ごと
time.sleep(1)



7. デジタル温度センサーのプログラムを動かす


設定温度を28℃に設定

$ sudo python3 digital_temperature_sensor.py 28


ラズパイ温度計.png


8. モータードライバーとモーターを加えた回路図

先ほどの回路図(ブレッドボードですが)に、モータを制御するためのモータードライバー(TA7291P)とモーターを回路図に加えました。

circuit_final.png


9. 設定温度により、エアコンのオンオフを制御するプログラム airpi.py


airpi.py

# 準備

# $ sudo apt-get install libi2c-dev
# $ sudo sh -c 'echo "options i2c_bcm2708 combined=1" >> /etc/modprobe.d/i2c.conf'

# GPIOを制御するライブラリ
import wiringpi
# タイマーのライブラリ
import time
# I2Cデバイスからの読み取りに必要なライブラリを呼び出す
import os
import struct
# 引数取得
import sys

# GPIO端子の設定
motor1_pin = 23
motor2_pin = 24

# GPIO出力モードを1に設定する
wiringpi.wiringPiSetupGpio()
wiringpi.pinMode( motor1_pin, 1 )
wiringpi.pinMode( motor2_pin, 1 )

# 引数指定
param = sys.argv
set_temperture = int(param[1])
print("設定温度 ", set_temperture)

# I2Cのインスタンスを作成
i2c = wiringpi.I2C()

# I2Cの設定
# 通信する機器のI2Cアドレスを指定
temperture_dev = i2c.setup(0x48)

# 温度を16ビットのデータ取得
# その他めレジスタ0x03に設定
i2c.writeReg8(temperture_dev, 0x03, 0x80)

while True:
# 温度センサーの2バイト分を読み取る
temperture_data = struct.unpack('2B', os.read(temperture_dev, 2))

# 値が2バイトずつ分かれるので1つにまとめる
temperture = ( ( temperture_data[0] << 8 ) + temperture_data[1] )

# 負の値の場合は数値を変換
if ( temperture_data[0] >= 0x80 ):
temperture = temperture - 65536

# 取得した値を128で割って温度を算出
temperture = temperture / 128

# 温度表示
print ( "温度 " , temperture , "C" )

if ( temperture > set_temperture ):
print ( "設定温度より室温が高いのでエアコンをつける" )
wiringpi.digitalWrite( motor1_pin, 1 )
wiringpi.digitalWrite( motor2_pin, 0 )
else:
print ( "設定温度より室温が低いのでエアコンを消す" )
wiringpi.digitalWrite( motor1_pin, 0 )
wiringpi.digitalWrite( motor2_pin, 0 )
# 1秒ごと
time.sleep(1)



10. airpiを動かす


設定温度は28℃

$ sudo python3 airpi.py 28


動いている様子


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