Raspberry Pi 3とArduino間の通信方法まとめ

管理人

7年前

Raspberry Pi 3とArduino間の通信方法としては、SPI、I2C、UARTの３種類がある。
(1-Wireもあるけどここでは割愛)

3種類の接続方法をまとめておく。

SPI

spidevというライブラリを使う方法を紹介。

接続方法

Arduino	Raspberry Pi
MISO	SPI_MISO(GPIO9)
MOSI	SPI_MOSI(GPIO10)
CS	SPI_CLK(GPIO11)
SS	SPI_CE0_N(GPIO8)
GND	GND

事前準備

spidevをインストール

pipでインストール。

$ pip install spidev

1	$ pip install spidev

コード例

Arduino側のスケッチ

#include <SPI.h>
 
void setup (void) {
  pinMode(MISO, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
 
  SPI.setBitOrder(MSBFIRST);
  SPI.setDataMode(SPI_MODE1 );
  SPCR |= _BV(SPE);
  pinMode(SS, INPUT);
  SPI.attachInterrupt();
}
 
// SPI割り込み
ISR (SPI_STC_vect) {
  byte cc = SPDR; //SPDRレジスタにデータが送られてくる
  cc++;
  SPDR = cc;//SPDRレジスタにあるデータが送信される
  Serial.println(cc);
}

void loop (void) {
}

#include <SPI.h>

void setup (void) {

pinMode(MISO, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

SPI.setBitOrder(MSBFIRST);

SPI.setDataMode(SPI_MODE1 );

SPCR |= _BV(SPE);

pinMode(SS, INPUT);

SPI.attachInterrupt();

}

// SPI割り込み

ISR (SPI_STC_vect) {

byte cc = SPDR; //SPDRレジスタにデータが送られてくる

cc++;

SPDR = cc;//SPDRレジスタにあるデータが送信される

Serial.println(cc);

}

void loop (void) {

}

Raspberry Pi側のPythonスクリプト

# -*- coding: utf-8 -*-

import time
import sys
import spidev

CE = 0
count = 0
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, CE)
spi.mode = 0b01
spi.max_speed_hz = 9600

def getdata(channel):
  global count
  result = spi.xfer([count])
  data = result[0]
  count += 1
  return data

if __name__ == '__main__':
  try:
    while True:
      print(getdata(0))
      time.sleep(1)
  except KeyboardInterrupt:
    spi.close()
    sys.exit(0)

# -*- coding: utf-8 -*-

import time

import sys

import spidev

CE = 0

count = 0

spi = spidev.SpiDev()

spi.open(0, CE)

spi.mode = 0b01

spi.max_speed_hz = 9600

def getdata(channel):

global count

result = spi.xfer([count])

data = result[0]

count += 1

return data

if __name__ == '__main__':

try:

while True:

print(getdata(0))

time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:

spi.close()

sys.exit(0)

Raspberry PI ZeroをSPI Master Arduiono UNO をSPI Sleveとして…
Raspi と ArduinoでSPI通信 - 半田付け日記

I2C

smbusというライブラリを使う。
ただし、smbusのインストール方法は、システムのPythonを使うかpyenv上のpythonを使うかで変わってくる。
システムのPythonにただインストールするだけならapt-getで十分だが、その場合pyenv上のPythonからはsmbusが使えない。
かといってこのライブラリはpipでは見つからない。
そこでpyenvを使う場合はsmbus-cffiというライブラリを使う。

自分はpyenv上でPythonを動かしているので、pyenvを使っている前提で説明する。 (とはいえシステムのpythonだとしても、こっちの方法で動くとは思う)

接続方法

Arduino	Raspberry Pi
SDA	SDA1(GPIO2)
SCL	SCL1(GPIO3)
GND	GND

事前準備

sudoersにパスを追記

$ sudo nano /etc/sudoers

1	$ sudo nano /etc/sudoers

開いたら、次のように修正する。

Before
Default secure_path="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin"
After
Default secure_path="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/home/pi/.pyenv/shims:/home/pi/.pyenv/bin"

色々とインストール

$ sudo apt-get install libi2c-dev libffi-dev
$ pip install cffi
$ pip install smbus-cffi

$ sudo apt-get install libi2c-dev libffi-dev

$ pip install cffi

$ pip install smbus-cffi

さっきの記事「RasPiで室温を計測する」の最後に書きましたが、通常pyenvを使っている人の環境ではシステム側のpythonと、pyenv側のpythonが入っていると思います。このとき何もせずpyenvをインストールしているとsudo python hoge.pyしたとき、勝手にシステム側のpythonが呼ばれてしまいます。 sudoしたときにどうやってpyenv側のpythonを呼び出すかですが、/etc/sudoersのDefaultにpyenvディレクトリのパスを追加してやることで可能になります。 su -してrootにログインしてから以下の操作を行ってください。 $ vim /e…
sudoとpyenv - ぽよメモ - ぽよメモ

modulesの修正

$ sudo nano /etc/modules

1	$ sudo nano /etc/modules

末尾に下記を追記。

i2c-bcm2708
i2c-dev

raspi-blacklist.confの修正

$ sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

1	$ sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

もしこのファイルに「blacklist i2c-bcm2708」をいう記述があったら、行頭に#をつけてコメントアウトする。

コード例

Arduino側のスケッチ

#include <Wire.h>

int SLAVE_ADDRESS = 0x04; //I2Cのアドレスを0x04に設定
int ledPin = 13;
int analogPin = A0;

boolean ledOn = false; //LEDの点灯制御用

void setup(){
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);

//I2C接続を開始する
  Wire.begin(SLAVE_ADDRESS);

//Raspberry Piから何かを受け取るたび、processMessage関数を呼び出す
  Wire.onReceive(processMessage);

//Raspberry Piから要求された場合に、sendAnalogReading関数を呼び出す
  Wire.onRequest(sendAnalogReading);
}

void loop(){
	digitalWrite(ledPin, ledOn);
	Serial.println(ledOn);
	delay(500);
}

void processMessage(int n){
	char ch = Wire.read();
	if (ch == '1'){
	ledOn = !ledOn;
	}
	Wire.read();
}

//LEDの点灯・消灯用の関数
void toggleLED(){
  ledOn = !ledOn; //trueとfalseの入れ替え
  digitalWrite(ledPin, ledOn);
}

//Analogピンの数値を読み、Raspberry Piに送る
void sendAnalogReading(){
  int reading = analogRead(analogPin);
  Wire.write(reading >> 2); //ビットを2つ右にずらした数値を送る（4で割った数値）
}

#include <Wire.h>

int SLAVE_ADDRESS = 0x04; //I2Cのアドレスを0x04に設定

int ledPin = 13;

int analogPin = A0;

boolean ledOn = false; //LEDの点灯制御用

void setup(){

pinMode(ledPin, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

//I2C接続を開始する

Wire.begin(SLAVE_ADDRESS);

//Raspberry Piから何かを受け取るたび、processMessage関数を呼び出す

Wire.onReceive(processMessage);

//Raspberry Piから要求された場合に、sendAnalogReading関数を呼び出す

Wire.onRequest(sendAnalogReading);

}

void loop(){

digitalWrite(ledPin, ledOn);

Serial.println(ledOn);

delay(500);

}

void processMessage(int n){

char ch = Wire.read();

if (ch == '1'){

ledOn = !ledOn;

}

Wire.read();

}

//LEDの点灯・消灯用の関数

void toggleLED(){

ledOn = !ledOn; //trueとfalseの入れ替え

digitalWrite(ledPin, ledOn);

}

//Analogピンの数値を読み、Raspberry Piに送る

void sendAnalogReading(){

int reading = analogRead(analogPin);

Wire.write(reading >> 2); //ビットを2つ右にずらした数値を送る（4で割った数値）

}

Raspberry Pi側のPythonスクリプト

import smbus

bus = smbus.SMBus(1)

SLAVE_ADDRESS = 0x04

def request_reading():
    reading = int(bus.read_byte(SLAVE_ADDRESS))
    print(reading)

while True:
    command = input("Enter command: 1-Toggle LED, r-read A0:")
    if command == '1':
        bus.write_byte(SLAVE_ADDRESS, ord('1'))
    elif command == 'r':
        request_reading()

import smbus

bus = smbus.SMBus(1)

SLAVE_ADDRESS = 0x04

def request_reading():

reading = int(bus.read_byte(SLAVE_ADDRESS))

print(reading)

while True:

command = input("Enter command: 1-Toggle LED, r-read A0:")

if command == '1':

bus.write_byte(SLAVE_ADDRESS, ord('1'))

elif command == 'r':

request_reading()

ArduinoをADコンバータやサーボドライバとして働いてもらうには、I2C接続がよいと考えた。実際やってみると、いろいろと下準備が必要だったので、整理してみる。下準備Arduinoのプログラミング回路Raspberry PiのI2CセットアップRaspberry PiのパッケージのインストールRaspb
Raspberry PiとArduinoをI2Cで接続する : 電子工作と3DCAD - 電子工作と3DCAD

UART

PySerialというライブラリを使う方法を紹介。

接続方法

Arduino	Raspberry Pi
TX	RXD0(GPIO15)
RX	TXD0(GPIO14)
GND	GND

事前準備

cmdline.txtの編集

$ sudo nano /boot/cmdline.txt

1	$ sudo nano /boot/cmdline.txt

開いたら、「console=ttyAMA0,115200」とか「kgdboc=ttyAMA0,115200」という文字列を消す。115200とか書いてある奴は消す。

ttyサービスの無効化

次のコマンドを実行。
RPi3の場合はttyS0に割り当てられてるとか海外のサイトにしか書いてなかったぞ・・・
もちっとみんなバージョンの差異に目を向けようよ・・・
困ってる人がいるんだよ・・・

$ sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
$ sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service

1 2	$ sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service $ sudo systemctl disable serial-getty@ttyS0.service

config.txtの編集

$ sudo nano /boot/config.txt

1	$ sudo nano /boot/config.txt

ファイルの一番最後に以下を追記する。

enable_uart=1

1	enable_uart=1

再起動

再起動すると、今までの変更が有効になる。

$ sudo reboot

1	$ sudo reboot

PySerialをインストール

pipでインストール。

$ pip install pyserial

1	$ pip install pyserial

Adding GPS tracking to your Pi-based projects
Adafruit Ultimate GPS on the Raspberry Pi -

コード例

Arduino側のスケッチ(簡易版)

#define LED_PIN 13
byte val;

void setup(){
  // Serial Setting
  Serial.begin(9600);

  // Port Setting
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}

void loop(){
  if(Serial.available() > 1){
    
    val = Serial.read();
//    Serial.println(val, BIN);
    if(val == 'B'){
      byte val2 = Serial.read();
//      Serial.println(val2, BIN);
      if(val2 == 'A'){
        digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
      }
  
      if(val2 == 'B'){
        digitalWrite(LED_PIN, LOW);
      }

      byte b[2]={val+1, val2+1};
      Serial.write(b,2);
    }
  }
}

#define LED_PIN 13

byte val;

void setup(){

// Serial Setting

Serial.begin(9600);

// Port Setting

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

digitalWrite(LED_PIN, LOW);

}

void loop(){

if(Serial.available() > 1){

val = Serial.read();

// Serial.println(val, BIN);

if(val == 'B'){

byte val2 = Serial.read();

// Serial.println(val2, BIN);

if(val2 == 'A'){

digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

}

if(val2 == 'B'){

digitalWrite(LED_PIN, LOW);

}

byte b[2]={val+1, val2+1};

Serial.write(b,2);

}

Arduino側のスケッチ(serialEvent対応版)

Arduino側でUARTの割り込み受信用のメソッドを探しているのなら、serialEvent()という関数が使える。
しかし見つけた時はびっくりした。まさか存在しているとは…
日本語リファレンスは全部を網羅しているわけじゃなかったんだね。

#define LED_PIN 13
byte val;

void setup(){
  // Serial Setting
  Serial.begin(9600);

  // Port Setting
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}

void serialEvent(){
  val = Serial.read();
//    Serial.println(val, BIN);
  if(val == 'B'){
    byte val2 = Serial.read();
//      Serial.println(val2, BIN);
    if(val2 == 'A'){
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    }

    if(val2 == 'B'){
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    }

    byte b[2]={val+1, val2+1};
    Serial.write(b,2);
  }
}

#define LED_PIN 13

byte val;

void setup(){

// Serial Setting

Serial.begin(9600);

// Port Setting

pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

digitalWrite(LED_PIN, LOW);

}

void serialEvent(){

val = Serial.read();

// Serial.println(val, BIN);

if(val == 'B'){

byte val2 = Serial.read();

// Serial.println(val2, BIN);

if(val2 == 'A'){

digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

}

if(val2 == 'B'){

digitalWrite(LED_PIN, LOW);

}

byte b[2]={val+1, val2+1};

Serial.write(b,2);

}

Arduinoの概要 -

Raspberry Pi側のPythonスクリプト

# -*- coding: utf-8 -*-
import serial
import time
import sys

try:
  with serial.Serial('/dev/ttyS0',9600,timeout=1) as ser:
    while True:
      print('A')
      ser.write(bytearray(b'BA'))
      time.sleep(2)
      bytes_read = ser.read(2)
      print(bytes_read)
      print('B')
      ser.write(bytearray(b'BB'))
      time.sleep(2)
      bytes_read = ser.read(2)
      print(bytes_read)

except KeyboardInterrupt:
  sys.exit(0)
  ser.close()

# -*- coding: utf-8 -*-

import serial

import time

import sys

try:

with serial.Serial('/dev/ttyS0',9600,timeout=1) as ser:

while True:

print('A')

ser.write(bytearray(b'BA'))

time.sleep(2)

bytes_read = ser.read(2)

print(bytes_read)

print('B')

ser.write(bytearray(b'BB'))

time.sleep(2)

bytes_read = ser.read(2)

print(bytes_read)

except KeyboardInterrupt:

sys.exit(0)

ser.close()

Raspberry PiとArduinoのシリアル通信いろんな事情でRaspberry PiとArduinoをUSB経由で通信させる必要が出てしまったので、ちょっと試してみました。ネットで検索すると腐るほど情報出てきますが、これまた自分へのメモに残しておきます。今回は、プログラム（通称宇宙語）ばかりなので、必要な人だけ続きを読むをクリックください。
Raspberry PiとArduino間でUSB経由のシリアル通信 - karaage. [からあげ] - karaage. [からあげ]