Raspberry Pi で GPIO ボタンを使って OLED 表示モードを切り替える

📝 はじめに

前回作成した OLED ディスプレイ表示機能に、GPIO ボタンによるモード切り替え機能を追加します。ボタンを押すとセンサーデータ表示とシステム情報表示を切り替えられるようになります。

対象読者

• Raspberry Pi で GPIO を使った入力制御をしたい人
• 物理ボタンで IoT デバイスを操作したい人

前提条件

• 前回の記事（OLED ディスプレイ表示）が完了していること
• GPIO の基本を理解している

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🎯 背景・動機

OLED ディスプレイにセンサーデータを表示できるようになりましたが、IP アドレスやホスト名も確認したい場面があります。物理ボタンを追加して表示モードを切り替えられるようにしました。

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🛠️ 手順

1. ハードウェア接続

タクトスイッチを GPIO 21 に接続します。

タクトスイッチ	Raspberry Pi
片側	GPIO 21
反対側	GND

2. GPIO ボタン制御の実装

import RPi.GPIO as GPIO

class SensorClient:
    def __init__(self, button_pin=21):
        self.button_pin = button_pin
        self.display_mode = 0  # 0: センサーデータ, 1: システム情報
        self.button_available = False
        self.last_button_state = GPIO.HIGH

    def init_button(self):
        """GPIO ボタンを初期化（ポーリング方式）"""
        try:
            GPIO.setwarnings(False)
            GPIO.setmode(GPIO.BCM)
            GPIO.setup(self.button_pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
            self.button_available = True
            return True
        except Exception as e:
            print(f'GPIO 初期化失敗: {e}')
            return False

    def check_button(self):
        """ボタン状態をチェック（ポーリング）"""
        if not self.button_available:
            return

        current_state = GPIO.input(self.button_pin)

        # HIGH → LOW の遷移を検出（ボタン押下）
        if self.last_button_state == GPIO.HIGH and current_state == GPIO.LOW:
            self.toggle_display()

        self.last_button_state = current_state

    def toggle_display(self):
        """ディスプレイモードを切り替え"""
        self.display_mode = 1 - self.display_mode  # 0 ↔ 1 を切り替え
        print(f'表示モード変更: {self.display_mode}')

ポーリング方式を選んだ理由: 割り込み方式より安定動作し、デバッグが容易。100ms 間隔のチェックで十分な応答性が得られます。

3. メインループへの統合

def run(self):
    """メインループ"""
    # 初期化
    self.oled.init_display()
    self.init_button()

    loop_count = 0
    while True:
        # ボタンをチェック（100ms 間隔）
        self.check_button()

        # 10秒ごとにセンサーデータを更新
        if loop_count >= 100:  # 100ms × 100 = 10秒
            data = self.read_sensor_data()
            if data:
                self.send_sensor_data(data)
                self.update_display(data)
            loop_count = 0

        time.sleep(0.1)
        loop_count += 1

def update_display(self, data):
    """表示モードに応じてディスプレイを更新"""
    if self.display_mode == 0:
        self.oled.show_sensor_data(data['temperature'], data['humidity'])
    else:
        self.oled.show_system_info(self.hostname, self.get_ip_address())

4. IP アドレス取得

import socket

def get_ip_address(self):
    """自身の IP アドレスを取得"""
    try:
        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
        s.connect(("8.8.8.8", 80))
        ip = s.getsockname()[0]
        s.close()
        return ip
    except:
        return "No IP"

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🚨 つまずきポイント

チャタリング対策

機械式スイッチは押下時に信号が振動します。ポーリング間隔を 100ms に設定することで、追加のデバウンス処理なしでも安定動作します。

Docker コンテナでの GPIO 使用

compose.yml で /dev/gpiomem をマウントし、privileged: true を設定する必要があります。

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📈 まとめ

• ポーリング方式で安定動作: 割り込みよりもシンプルで信頼性が高い
• 状態遷移の検出: HIGH → LOW の変化を検出してボタン押下を判定
• メインループとの統合: センサー読み取りと並行してボタンをチェック