なんで作ったの？
毎朝、バスでいくか、それとも電車にするか、バスの待ち時間と混雑具合で決めたい、という娘のために作りました。そんなのケータイアプリがあるじゃん、と思われる方もおられるでしょうが、朝の忙しい時間に、常に表示されているのが便利なのです。また、バス情報がいらない時間には、ほかの情報も表示して遊びたいと思ったのです。
なにをするもの？
指定したバス停と、その前後二つのバス停（すぐ隣でなくても指定できる）のバス到着時間を表示します。色でバスの混み具合を表し、同じバスを表す数字は、線でつなぐようにしました。
| 色 | コード | 意味 | 意味 |
| 緑 | SEA | SEats Available | 座れるよ |
| 黄色 | SDA | StanDing Available | 立ってなら乗れる |
| 赤 | LSD | Limited StanDing | 立つ場所もないかも |
どういう仕組み？
バスの到着時刻のデータをインターネットから取ってきます。シンガポールの場合、Land Transport DataMallというところからデータを取得することができます。（簡単なユーザー登録が必要。無料。どんどんデータを活用して便利なアプリなどを作ってね、というノリで提供されているので、やる気もでます）データは、httpリクエスト(GET)のレスポンスとしてjson形式で得られます。あとはその中から必要な部分を抜き出して、少々加工して、LED matrixに表示させるという仕組みです。
Raspberry pi zero w（二号機）がデータを取得して加工し、シリアル通信に表示に関するデータを流します。Arduino（Adafruit METRO M0 Express）がシリアル通信の内容を受けてLED matrixに表示します。ってわけです。
使っている技（わざ）
興味のある方は、ここに出てくる文や単語をGoogle検索してさらに調べてみてください。
- Raspberry piで
- LEDをon-offする
- ボタンスイッチ(tactile switch button）が押されたことを検出する
- Raspberry piからArduinoにシリアル通信で情報を送る
- Python3でhttp request (GET)をしてjsonレスポンスを受け取る
- Python3, Arduinoでのjsonデータの取り扱い
作り方
材料
- Raspberry pi zero w
じゃなくてもいいですけど、これが安い。 - Adafruit METRO M0 Express (Arduino)
64×32 matrix(32×32より大きいもの)をコントロールするにはRAMが大きめじゃないとだめですよ、とあって、これにした。（Adafruitのページ） - Adafruit RGB Matrix Shield for Arduino
ArduinoとLED matrixをつなぐためのシールド。なくてもいいのですが、やたらケーブルが必要で、まとまりが悪い（最初のテストでそうしたのでわかります。下の写真参照） - Adafruit 64×32 RGB LED Matrix – 4mm pitch
表示板がないとはじまりません。 - 9V, 1A 電源
- あとは、LEDと330オームぐらいの抵抗、ボタンスイッチ（tactile switch button）、ジャンパーケーブルとブレッドボードです。
- できあがって面白がっている自分を想像する力と、途中でやめられないあきらめの悪さ（粘り強さともいいます）が必須です。
コンピューター環境
- Raspberry pi zero wはいわゆるheadless、モニタもマウスもキーボードもなし、という状態で使うので、ssh接続できるように準備しておく必要があります。
myToDo: Raspberry piのセットアップメモを記事にする - python codeを書いたりRaspberry piに接続してコードファイルを転送するためのPC
- python3
- Arduino IDE
接続
- Raspberry piの電源は5V USB電源から。
- METRO M0には9V電源をつなぎました。のせているシールドに5Vの出力があり、そこからLED matrixへの電源を取っています
- Raspberry piのUSB (mini)と、METRO M0のUSB (mini)とをUSBケーブルでつなぎます。ここをシリアル通信が流れます。
- LED、 ボタンスイッチ、 抵抗とRaspberry pi GPIOへの接続は以下の通りです。
- ボタン押しの検出は、GPIOをpulled-upにしておき、High to Low (falling)をとるようにします。
code
難しかったところや、あとで見たときに役に立ちそうなところだけについて書きます。
Raspberry pi側
まずはGPIOを使うための部分。selfのついた変数があるのは、CallBackクラスの変数として使っているから。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | import RPi.GPIO as GPIO### 初期設定たち ###GPIO.setwarnings(False)GPIO.setmode(GPIO.BCM) # GPIO pin numberで指定するため## ボタン読み取りたち# pull upしておいて、ボタンでground touchさせる。GPIO.setup(self.gray_btn_pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)# fallingを検出するGPIO.add_event_detect(self.gray_btn_pin, GPIO.FALLING, bouncetime=1000)# callbackを指定するGPIO.add_event_callback(self.gray_btn_pin, self.setProgramStatus)# setProgramStatusの中で、どのプログラムがactiveなのかを設定している## LED点灯用GPIO.setup(self.gray_LED_pin, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW) |
次にループ。ここが難しかった。手こずった。機械系のひとなら特になんでもない話かもしれないのだが、やりたいことをなんと表現したらいいのやらよくわからず、検索しても、 ちがうんだよ、そうじゃなくて、というページばかりにあたってしまい苦労した。最終的にlambdaで変数をcallableなものとして内側のループに持ち込むことで解決できた。
外側無限ループ：ボタンが押されるのを監視している。押されたボタンに応じてプログラムを呼び出す。呼び出されたプログラムも無限ループをもつ。（内側ループ）
内側無限ループ：今のところbus表示プログラム（ねずみ色ボタン）のみ。1分おきにbus statusをとりにいく。ほかの色のボタンが押されたとき、このループを止めなければならない。また、このループを回しつつ、外側ループにも制御が戻らなければならない。どうやる？
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Bus表示プログラム。あまり難しいことはしていない。bytesの取り扱いがpython3とpython（version2）とで違う。webで検索して試すと思いがけないエラーがでて混乱します。python3で動くコードなのか、python2じゃなきゃだめなのかをよく確認して採用しましょう。
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Arduino側
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使ってみて
なんでもない表示といってしまえばそれまでなのですが、よくよく注意してみていると、次のバス停までの時間が伸びたり縮んだり、道路の込み具合が反映されるようですし、どの時間帯が最も混みやすいのかは、おおよそ把握できました。
電源が少し不安定で、同じコンセントから特にモーター系（コーヒーミル）などを使うと、突然プログラムが停止したりします。（コンセントの取り方を少し変えたらよくなりましたが、観察中）
このあとの予定
まだ、青と緑のボタンからの関数を作っていません。青ボタンは、はやぶさ２の地球までの距離(このページからweb scrapingできた)を表示させるために使おうと思ったのですが、Raspberry pi zero wではjava scriptの実行が遅いのかなんなのか、web scrapingがうまくいかず (Raspberry pi 3Bではできるんです) 、どうしようかと思案中です。別のRaspberry pi (3B)に取らせてpi zero wに送り込むか、あるいはpi zeroを3Bに置き換えるか。
家族からは
- ニュースの見出しを流す（新幹線みたいに）
- 覚えられない単語を繰り返し表示する（入力用webアプリかケータイアプリもつくってほしい）
- 雨、雷情報（そういうのがSMSでくるんです）をアラート音とともに表示
- パパの帰宅時、パパの家までの距離を表示（味噌汁温め開始タイミングをみはからう、ホント？）
などの意見が出ていますが（自分のも入ってます）、まだ決心がついていません。
うらばなし
実はこのバージョンの前に、Raspberry pi 3Bの上にLED matrix用のシールドをのせて試していました。（バス停表示はひとつのみ）LED matrixはpythonで動かしていたのですが、どうもノイズっぽい表示が消えず、またcrontabで起動直後に走るべきpythonスクリプトがうまくいったりエラーを出したり、再現性のあるエラー原因がつかめず、結局しばらく休業状態がつづいていました。やっぱり、こういう表示なんかはArduinoにまかせたほうが得意なんじゃない？データの取得と加工はRaspberry piでやろう、と思い立って作ったのが今回のバージョンです。ノイズも消え、ボタンもつけて、いろいろ表示できる（まだ作ってませんが）ようにもできたし、気に入ってます。
