最終更新日: 2024年1月26日
記事公開日: 2021年8月20日

【ラズパイPico】CDS光センサーでAD変換（アナログ→デジタル変換）

Raspberry Pi Picoを使って、AD変換（アナログ→デジタル変換）をやってみました。

光センサを手でふさぐとLEDが消灯し、手を離すとまたLEDの点灯が始まります。

回路・配線図

ラズパイPicoの3.3V出力ピンをCDS（光センサー）に繋ぎ、指定した電圧以下になったタイミングで、LEDが点滅するサンプル回路になります。

プログラム（MicroPython）

# ハードウェア関連のライブラリを読み込み
import machine

# 時間関連のライブラリを読み込み
import utime

# GP17（22Pin）を出力ピンに設定、プルダウン（初期値）：0
led = machine.Pin(17, machine.Pin.OUT,machine.Pin.PULL_DOWN)

# ADC0（31Pin）をADC変換ピンに設定
cds = machine.ADC(0)

# 永久リピート
while True:
    
    # read_u16() ・・・アナログ値を読込み［0-65535］の整数を返す関数
    # 16bit・2進数の最大値：1111111111111111 ⇒ 10進数の最大値：65535
    # 3.3/65535の意味：電圧の最大値3.3Vを、65535という数値にあてはめるための計算
    adc = cds.read_u16() * (3.3 / 65535)
    
    # 2.6V以上のとき実行
    if adc > 2.6:
    
        # LEDをON
        led.value(1)
        
        # 0.2秒待機
        utime.sleep(0.2)
        
        # LEDをOFF
        led.value(0)
        
        # 0.2秒待機
        utime.sleep(0.2)
        
    else:
        
         # LEDをOFF
        led.value(0)

技術解説

ラズパイPicoには、アナログ信号をデジタル信号に変換する『A/D変換回路』が組み込まれています。

今回紹介した回路では、そのA/D変換回路が非常に重要な役目を担っています。

なぜ、A/D変換が必要なのか？

デジタル信号には、「0」と「1」しか存在していません。

例えば、「3.3V」というアナログ信号を、そのままラズパイのPinが受け取ったとき、どんなデジタル信号に変換されるでしょうか？

正解は「1」という値に変換されます。

では、「2.4V」の場合は？

正解は「1」

では、「1.2V」の場合は？

これも「1」

つまり、アナログ信号のままでは数値を読み取ることができないのです。

CDS（光センサー）とは？

今回、センサーにCDSを使用しました。

CDS（光センサー）とは、光の強さによって抵抗が変わる電子部品です。

CDSセル（5ｍｍタイプ）－秋月電子通商

フタを閉めたり、物体が目の前に移動してきたときのトリガーとして使います。

CDSに電圧をかけて、明るいとき・暗いときの電圧の違いを読み取るのが、一般的な使い方です。

明るいときの抵抗：小さい
暗いときの抵抗：大きい

例えば、3.3Vをかけた時、CDSより後の電圧はこうなります↓

明るいとき：2.9V
暗いとき：0.9V

しかし、このままではデジタル信号においては、どちらも「１」としか認識されません。

そこで、A/D変換を使います。

プログラム上のA/D変換処理

A/D変換されたデータは、「16bit」で送られてきます。

例えば、

3.3Vなら → 1111111111111111
2.4Vなら → 1011101000101101
0Vなら → 0000000000000000

という感じで、16桁の1と0だけで表現されるデータです。

プログラム上では、これを人間が理解する上で分かりやすいような数字のデータに変換しています。

adc = cds.read_u16() * (3.3 / 65535)

これでようやく電圧の値を数値として、プログラム上で扱うことができるようになります。