インストール - RPi.GPIO

概要

RPi.GPIOモジュールは、Raspberry PiのGPIOピンを制御するための基本的なPythonモジュールである。
このモジュールを使用することにより、LEDの点灯、スイッチの入力検知、センサからのデータ読み取り等、GPIO (汎用入出力) ピンを通じて外部の電子部品と通信できる。

このモジュールのメリットは、簡便な構文でありながら、デジタル入出力、PWM出力、割り込み処理等、多岐にわたる機能を提供していることである。
ビギナーでも扱いやすく、高度な制御も可能なバランスの取れたモジュールとなっている。
同時に、高度な制御も可能で、複雑なプロジェクトにも対応できる柔軟性を備えている。

また、豊富なドキュメントやサンプルコードが提供されており、ビギナーでも学習しやすい環境が整っている。

まず、重要な概念として、ピン番号の指定方法がある。
BCMモードとBOARDモードという2つの方式が存在しており、多くの開発者は理解のしやすさからBCMモードを採用している。

• BCMモード

  GPIO番号を使用

• BOARDモード

  物理的なピン番号を使用する。

GPIOピンの設定には、入力と出力の2つの基本モードがある。

• 入力モード

  スイッチの状態読み取りやセンサからのデータ取得などが可能である。

  入力ピンには、プルアップやプルダウン抵抗の設定もできる。

• 出力モード

  LEDの点灯や電子部品の制御等ができる。

実際の制御においては、出力ピンではHIGH (オン) と LOW (オフ) の2つの状態を制御できる。
入力ピンでは、接続された部品の状態 (ON / OFF) を読み取ることができる。

より高度な機能として、イベント検出機能 (割り込み検出) がある。
これは、ピンの状態変化を監視して、変化が発生した時に特定の処理を実行する機能である。
例えば、特定の物理スイッチが押下された時、特定の関数を呼び出すことが可能である。

また、PWM (パルス幅変調) 出力にも対応しており、LEDの明るさを段階的に制御したり、モータの速度を制御したりすることも可能である。

プログラム終了時には、使用したGPIOピンを適切に解放することが重要である。
これにより、次回使用時に問題が発生することを防ぐことができる。

RPi.GPIOモジュールのインストール

まず、Raspberry Pi OSのアップデートを行う。

sudo apt update
sudo apt upgrade

次に、pipのインストールを行う。

sudo apt install python3-pip

Python3のRPi.GPIOモジュールをインストールする。

sudo apt install python3-rpi.gpio
# または
sudo pip3 install RPi.GPIO

確認

Python 3を使用して、モジュールをインポートできることを確認する。
このとき、import RPi.GPIOコマンドは出力を返さなければ成功である。(モジュールが正常にインポートされたことを意味する)

python3

import RPi.GPIO

RPi.GPIOを使用したサンプルコード

 # Import necessary modules
 import RPi.GPIO as GPIO
 import time
 
 # Set up GPIO pins
 GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 GPIO.setwarnings(False)
 
 pins = [17,18]
 for pin in pins:
     GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
     GPIO.output(pin,1)
 
 # Set variables (change these to change behaviour as desired)
 runcycles = 2
 ontime = 45 # minutes
 offtime = 20 #  minutes
 
 # Convert run times from minutes to seconds for sleep function
 ontime *= 60
 offtime *= 60
 
 # Run furnace on cycle
 cycle = 0
 try:
     while cycle < runcycles:
         cycle += 1
         GPIO.output(17,0)
         print("Furnace turned on for %d seconds. Cycle %d of %d." %(ontime, cycle, runcycles))
         time.sleep(ontime)
         GPIO.output(17,1)
         if cycle == runcycles:
             break
         print("Furnace paused for %s seconds. %s heat cycles remaining." %(offtime, runcycles - cycle))
         time.sleep(offtime)
 except KeyboardInterrupt: # if Ctrl C is pressed...
     GPIO.output(17,1) # shut off the boiler
     print("Program stopped and furnace shut off.") # print a clean exit message
 
 print("Heat cycles completed.")