Raspberry pi คุยกับ Arduino ด้วย I2C

หากท่านค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับเรื่อง I2C (Integreated Square Circuit) [1] รับรองได้มาอ่านเป็นตันๆ และหากท่านค้นหาเรื่องราวเกี่ยวกับการสื่อสารระหว่าง Raspberry Pi กับ Arduino ท่านก็จะได้ข้อมูลอีกเป็นตัน ๆ เช่นกัน แต่หากท่านไม่มีเวลามากพอจะอ่านมันทั่งหมดก็มาอ่านตรงนี้ก็ได้ครับ สั้น ๆ อ่านง่าย ๆ

I2C เป็นวิธีการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์พัฒนาโดย Philips [1] ที่สามารถนำมาใช้สื่อสารกันระหว่าง Raspberry Pi กับ Arduino ได้ ข้อดีของการใช้ I2C คือใช้การสื่อสารบน Bus ทำให้เราสามารถสร้างระบบสื่อสารระหว่างสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ได้มากกว่า 1 คู่ที่ต่ออยู่บน Bus เดียวกัน โดยแต่ละอุปกรณ์จะแยกกันด้วย address เฉพาะ นึกถึงภาพว่าผู้โดยสารอยู่ในรถบัสคันเดียวกันก็สื่อสารกันได้ ในขณะที่การสื่อสารด้วย USB port หรือการใช้ Tx/Rx จะทำได้ที่ละคู่เท่านั้น

การสร้าง Bus

การสร้าง Bus ศัยเส้นทางสองเส้นทางคือ Serial Data (SDA) และ Serial Clock (SCL) ท่านต้องตรวจสอบว่าอุปกรณ์แต่ละชิ้นมี PIN ใดเป็น SDA และ SCL เอง เพราะแต่ละรุ่นแต่ละชิ้นจะแตกต่างกันออกไป การต่ออุปกรณ์แต่ละชิ้นก็ยึดหลักง่าย ๆ คือ

ให้เอา SDA ของแต่ละอุปกรณ์เชื่อมต่อกัน และ
SCL ของแต่ละอุปกรณ์ก็เชื่อมต่อกัน
อุปกรณ์ทุกชิ้นบน Bus ต้องต่อ Groud ร่วมกัน
อุปกรณ์ทุกชิ้นต้องมีกระไฟฟ้าเลี้ยงที่เหมาะสมของแต่ละอุปกรณ์

ในกรณีของการต่อ Raspberry Pi ควรใช้อุปกรณ์เสริมคือ Bi-directional Logic Level Converter มาต่อคั่นเพราะ Raspberry Pi ถือว่าเป็นอุปกรณ์ที่รับไฟฟ้าความต่างศักย์ที่ 3.3 V ส่วน Arduino จะเป็น 5 V แต่ในเอกสารและ Tutorial หลายแห่งอ้างว่าไม่จำเป็นเนื่องจาก Raspberry Pi ได้มีการติดตั้งตัวต้านทานมาแล้ว แต่ก็เพื่อความสบายใจนะ ต่อไว้ก็ดี ท่านสามารถหาซื้อ Bi-directional Logic Level Converter ได้จากผู้จำหน่ายหลายรายในประเทศไทยครับ ในกรณีของผมจะเป็นดังภาพ

Master and Slaves

บทบาทของอุปกรณ์ใน I2C มีสองบทบาทคือ Master กับ Slave ครับ ทำหน้าที่ต่างกันนิดเดียวคือ

Master จะเป็นคนสร้างสัญญาณนาฬิกา และจะเป็นคนเริ่มต้นการสื่อสาร
Slave เป็นคนรับสัญญาณนาฬิกา และคอยตอบสนองต่อการติดต่อมาจาก Master

ในโครงงานนี้ผมตั้งให้ Raspberry Pi รับบทเป็น Master เพราะมี OS ทำงานในส่วนงานวิเคราะห์ได้ดี ส่วน Arduino รับบทเป็น Slave

อุปกรณ์และการต่อสายสัญญาณ

ในโครงงานนี้ผมใช้อุปกรณ์ดังนี้

Raspberry Pi model B
Bidirectional Logic Level converter
Arduino Pro Micro
Jumping Wires

ผังการต่อสายระหว่างอุปกรณ์

Raspberry Pi	Arduino Pro Micro
pin 3 (SDA) -->	D2 (SDA)
pin 5 (SCL) -->	D3 (SDL)
pin 6 (GRD) -->	GRD

หมายเหตุ
ในกรณีมีการต่อ Logic level converter คั่น ต้องตรวจสอบการต่อสายสัญญาณให้ถูกต้องตามคู่มือ หรือศึกษาการต่อโดยไม่มี Logic converter จาก [3]

ขั้นตอนการเตรียม Raspberry Pi

1. เอารายการ blacklist ออก

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

ใส่ # ไว้ข้างหน้าสองบรรทัดนี้ (เดิมไม่มี # )

#blacklist spi-bcm2708
#balcklist i2c-bcm2708

แล้วบันทึก

2. load Module

sudo nano /etc/modules

แล้วเติมบรรทัดนี้เข้าไป

i2c-dev

แล้วบันทึก

3. ติดตั้ง I2C-tools

sudo apt-get install i2c-tools

** หากมีปัญหาในการติดตั้งอาจใช้คำสั่งนี้แล้วติดตั้งใหม่อีกครั้ง

sudo apt-get update --fix-missing

4. เพิ่ม user ให้กับ i2c

sudo adduser pi i2c

** ท่านอาจ user รายอื่นได้อีกนอกจาก pi (default user)

5. restart Raspberry Pi แล้ว login ด้วย user ที่ add ไว้ตามข้อ 4

6. ตรวจสอบ

 ls /dev/i2c*

Raspberry Pi รุ่นใหม่ จะกำหนดให้ i2c ใช้ port เป็น 1 ซึ่งท่านควรจะเห็น

/etc/i2c-1

ขึ้นบนหน้าจอ ลองใช้คำสั่ง

   sudo i2cdetect -y 1

จะได้ภาพที่คล้ายแบบนี้ ตัวเลขก็อาจแตกต่างกันไป

หมายเหตุ ตอนทดสอบท่านต้องต่อสาย Bus และให้ไฟฟ้าเลี้ยง Arduino ไว้เลยนะครับ

การเตรียม Arduino

การเตรียม Arduino ก็คือการสร้าง Sketch ขึ้นมาเพื่อทำงานตามปรกติ เพียงแต่ต้องใช้ Wire.h และกำหนด Address ของตัวเองขึ้นมา ผมยกตัวอย่าง Sketch ที่เขียนขึ้นเพื่อรับ-ส่งตัวเลขจำนวนเต็มระหว่าง Raspberry Pi กับ Arduino ให้ดูพอเป็นแนวทางสร้างความเข้าใจนะครับ

เขียน Sketch เสร็จแล้ว compile แล้วก็ upload ไว้ใน Arduino ตอนที่ทำไม่จำเป็นต้องต่อ I2C Bus ก็ได้นะครับ

การเขียนโปรแกรมสื่อสารบน Raspberry Pi

เราสามารถใช้ภาษาใด ๆ ก็ได้ที่สนับสนุน I2C และทำงานบน Raspberry Pi ได้ เช่น Python, Java , C++ เป็นต้น ตัวอย่างของผมจะใช้ Python โดยเราต้องติดตั้ง python-smbus [2] ด้วยคำสั่ง

 sudo apt-get install python-smbus

ตัวอย่าง Python Code

import smbus
import time

ard_addr = 0x04 #design in arduino sketch

bus = smbus.SMBus(1) # 1 : i2c bus port you can see in /dev/i2c-1

def writeNumber(val):
   # to send a number to arduino
   bus.write_byte(ard_addr,val)
   return -1

def readNumber():
   number = bus.read_byte(ard_addr)
   print number
   return number

snd_num = 0
rcv_num = 0
stop_flag = False

while not stop_flag :
   writeNumber(snd_num)
   print "Send %d to Arduino" % snd_num
   rcv_num = readNumber()
   print "Recieved %d from Arduino" % rcv_num
   time.sleep(0.5)
   if snd_num == 10 :
     stop_flag=True
   else :
     snd_num = snd_num + 1

ทดสอบการทำงาน

1. ต่อสายต่าง ๆ ให้เรียบร้อย
2. ป้อนกระแสไฟเลี้ยง Arduino แล้ว start up Raspberry Pi
3. เรียกใช้ Python code บน Raspberry Pi ก็ได้ผลออกมาดังภาพ แสดงว่าเรารับ-ส่งข้อมูลระหว่าง Arduino กับ Raspberry Pi ผ่าน I2C Bus สำเร็จด้วยดี

---------------------------------------
เอกสารอ้างอิง
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C
[2] http://www.acmesystems.it/i2c
[3] http://blog.oscarliang.net/raspberry-pi-and-arduino-connected-serial-gpio/

Tosakanth Project

ค้นหาบล็อกนี้