Raspberry Pi のピン配置
| 名称 | RaspberryPi のセットアップとデバイス接続 |
|---|---|
| 番号 | MIRSMG4D-SYST-0004 |
| 版数 | 最終更新日 | 作成 | 承認 | 改訂記事 |
|---|---|---|---|---|
| A01 | 2017.04.18 | 牛丸真司 | 牛丸真司 | 初版 |
| A02 | 2020.07.31 | 牛丸真司 | 牛丸真司 | |
| A03 | 2021.05.25 | 牛丸真司 | 牛丸真司 | 管理台帳フォーマットへの変更、実装写真の更新 |
Raspberry Pi のインストールとセットアップにしたがって、MicroSD に Raspi の OSである Raspbian をインストールする。
MG4で使用する Raspberry Pi は 2021年度から Ver 4 ( Raspberry Pi 4 ) 4GB に変更になった。 Ver3 以降のモデルでは CPU が 64bit対応となり処理能力が増強され、 Wi-Fi、Bluetooth 機能が内臓された。 （参考：Raspberry Pi （Wikipedia））
システム構成図で示されているように、MG4では Raspi に、I2C通信で制御可能な超音波センサを接続する。また、GPIOピンにタッチセンサ等の ON/OFF 信号デバイスを取り付け、そのデバイスの状態を監視する。
Raspberry Pi には 40 ピンの IO ピンがあるが、このうち 26本が GPIO ピンであり、デジタル入出力に利用可能である。 またこのうちGPIO2、GPIO3が I2C シリアル通信のポートとして利用できる。
なお、Raspberry Pi 3 から Pi 4 に移行した際に、内蔵抵抗でプルアップできる GPIO が 2～8と15（番号はGPIO番号）に限定されたので、注意する必要がある。（Raspberry Pi 4 の GPIO のプルアップについて"参照）
Raspberry Pi のピン配置
GPIO2(ピン番号3）、GPIO3（ピン番号5）がそれぞれI2C通信のSDA, SDC信号ピンとなる。
Raspberry Pi の I2C通信は 3.3V で動作するが、MG4で使用する超音波センサ Devantech SRF02
は5V動作であるため、3.3V-5V の I2C レベル変換器を介して、双方向の電圧変換を行う必要ある。
レベル変換器にはDevantech I2C-LVL01を用いる（Technical Documentation）。
このレベル変換器を介して、RaspberryPi のピンと超音波センサを次のように接続する。
超音波センサは I2C のバス接続なので、設定可能なアドレスの範囲で何台でも接続できる。
RaspberryPi GPIOピンと超音波センサの接続回路図
RaspberryPi GPIOピンと超音波センサの接続イメージ図
タッチセンサ等の ON/OFF IOデバイスの接続するGPIO ピンに対して、インプットモード指定およびプルアップ設定を行う。
この設定を行うことにより、タッチセンサの一方を Raspi IO のグランド側、もう一方をプルアップ設定したピンに接続する
だけでよい。
下に示す実装写真では、GPIO の 15, 7 ピンとそれぞれの隣のGNDピンとのペアで、MOLEX 2ピンコネクタをマウントしている。
標準プログラムの IOテストプログラムでは GPIO 18番ピンを foward、GPIO 25番ピンを left、GPIO 26番ピンを right としているが、標準機で使用するのは前方バンパ接触を検知するタッチセンサ１つなので、実際に取り付けたポートに変更する。
Raspiとデバイスとの接続にはRaspberryPi用シールド基板UB-RPI02を用いる。 超音波センサ接続に必要なI2Cレベル変換器もこのシールド基板上に実装する。
シールド基板に付属の20ピンx2列のピンソケットをシールド基板に半田付けする。 このときシールド基板の SideA が上になるよに SideB側にソケットセットし、SideA側で 半田付けする。
ピンソケットのハンダ付け
信号線、ハウジング、ICソケット（8ピン、I2Cレベル変換チップ取付用）を基板実装（表面）、（裏面）のように取り回してハンダ付け実装する。
シールド基板実装（表面）
シールド基板実装（裏面）
表面の写真の上側にある2個のの2ピンのハウジング（オス）が ON/OFF IOデバイス（タッチセンサを想定）の接続ポートである。
写真下側の４個の4ピンハウジング（オス）が超音波センサの接続ポートである。ハウジングの黒丸はグラインドピン、
赤丸はVccのピンであることを示している。
タッチセンサ取付用のポートは、プルアップ可能なポートのGNDが隣り合う 15-GND, 7-GND を使って実装している。ただし、標準機で実際に使用するポートはこのうちのどちらか１つ。
裏面の写真からわかるように、超音波センサ用の4ピンの4つの接続ポートはバス接続されている。
8ピンICソケットは、3.超音波センサの接続の RaspbeeryPi GPIOプンと超音波センサの接続回路図およびその下の接続イメージ図にあるように接続されている。（ただし、超音波センサ側のGNDとGPIOのGND接続はチップのGNDが導通しているので省略している。）
I2Cレベル変換チップの取付時には、この配線がどのようになっているかを確認する。この写真の配線では、表面の左側から Vcc, SDA, SCL, Gnd となっている。
なお、標準機で使用する超音波センサは２個であるが４個まで接続できるようにしている。
テスターを用いて、ハンダ付けを行った全ての回路系に対して、導通・非導通のチェックを行う。
シールド基板をRaspiにマウントする際は、下の写真のようにピンソケットのない2ヶ所の通しネジの間に10mmのスペーサを入れる。これを入れないと RasPi の HDMI端子の金属部と シールド基板面が接触してショートする可能性がある。
なお、Raspberry Pi のボード固定用の穴は 3mm ネジは入らないので、2.6mm径のネジを使って固定する。
シールド基板のマウント
