[ラズパイ電子工作]_ラズパイに負荷がかかり過ぎているのでしょうか...?

プログラム、電子工作ともに初心者です。

1つの出力のオンオフを、3つのセンサ(ready, trigger, stop)で管理しようと考えています。
出力をオンにするためには、[readyセンサ → triggerセンサ] の順に短時間で反応させる必要があり、
出力をオフにするためには、stopセンサを反応させる必要があります。
現在は出力の代わりに緑LEDを点灯させます。
また、不意の誤作動を防ぐために、2つのスイッチによってロック・ロック解除を行います。
現在はロック時は黄LED、ロック解除時は赤LEDを点灯させます。

プログラムを作動させると、

・ロックを示す黄LEDと、出力を示す緑LEDとが同時に点灯する_(本来は黄LEDのみ)
・ロック解除のトグルスイッチを押すと、黄LEDが消えるが、ロック解除を示す赤LEDが点灯しないときがある
→しかし、ready・triggerセンサ、stopセンサは反応して出力が切り替わる
・出力時にロックをかけようとすると、無視される_(本来は出力中にロックをかけると、出力もオフ)
→これは頻発します

のような状態が発生します。
しかし、このような状態は発生したりしなかったりです。

コードが間違っているのか、回路が間違っているのか分かりません。
GPIO.outputが内包されているJobSwitch()をwhile Trueで動かしている辺りが怪しいと思っているのですが...

以下、コードと回路です。
どうかよろしくお願いいたします。

python3
1from gpiozero import MCP3208
2import RPi.GPIO as GPIO
3import time
4GPIO.setmode(GPIO.BCM)
5GPIO.setup(20, GPIO.IN) #output_check
6GPIO.setup(21, GPIO.OUT) #output
7GPIO.setup(23, GPIO.OUT) #red_signal
8GPIO.setup(24, GPIO.OUT) #yellow_signal
9
10ch0 = MCP3208(channel = 0) #stop_sensor___<0.5_stop
11ch1 = MCP3208(channel = 1) #ready_sensor
12ch2 = MCP3208(channel = 2) #trigger_sensor
13ch3 = MCP3208(channel = 3) #yellow_signal
14ch4 = MCP3208(channel = 4) #red_signal
15
16#sensor's_threthold
17ch1th = 0.1
18ch2th = 0.1
19
20def CurrentStatus(st):#st = 0, 1
21    status = {0:'waiting',1:'sensing'}
22    return status[st]
23
24def YellowSignal():    
25    if ch3.value > 0.2:
26        global CS
27        print('sensing')
28        CS = CurrentStatus(1)#to_sense
29    else:
30        pass
31def RedSignal():    
32    if ch4.value > 0.2:
33        global CS
34        print('waiting')
35        CS = CurrentStatus(0)#to_wait
36        GPIO.output(21,GPIO.LOW)        
37    else:
38        pass
39
40def ControlOutput():
41    global t1,t2,tsub
42    #outputting_or_waiting
43    #outputting
44    while GPIO.input(20) == GPIO.HIGH:
45        if ch0.value > 0.5:
46            GPIO.output(21,GPIO.LOW)
47        else:
48            pass
49    #waiting
50    else:
51        try:
52            #ready_sensor
53            if ch1.value > ch1th and ch2.value < ch2th:
54                t1 = time.time()
55            else:
56                pass
57            #trigger_sensor
58            if ch1.value < ch1th and ch2.value > ch2th:
59                t2 = time.time()
60                tsub = t2- t1
61                if 0.0001 < tsub < 0.1:
62                    print('start_injectioning___' + str(tsub))
63                    GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
64                    del t1,t2,tsub
65                else:
66                    time.sleep(0.1)
67                    print('out_of_range_error___' + str(tsub))
68                    print('reset,_now_not_ready')
69                    del t1,t2,tsub
70            #neither_sensor_is_on__or_each_sensor_is_on
71            else:
72                pass
73        except NameError:
74            pass
75
76def JobSwitch():
77    #print(CS)
78    if CS == 'waiting':
79        GPIO.output(24,GPIO.HIGH)
80        time.sleep(0.0001)#buffer
81        GPIO.output(23,GPIO.LOW)
82        YellowSignal()
83    elif CS == 'sensing':
84        GPIO.output(23,GPIO.HIGH)
85        time.sleep(0.0001)#buffer
86        GPIO.output(24,GPIO.LOW)
87        RedSignal()
88        ControlOutput()            
89    else:
90        pass
91
92#wait_start        
93CS = CurrentStatus(0)
94
95while True:
96    try:
97        JobSwitch()
98    except KeyboardInterrupt:
99        GPIO.cleanup()
100        print('cleanup')

#2019/12/20_追記

以下のようにコードを書き直したら、おおむね良好に動いてくれています。

しかし、ときどき動作が不安定になります。
MCP3208 の入力であるch4.valueをみてみると、スイッチを押したときに大きな入力が出てきて良いのですが、
その後、入力が0付近に戻りきらないことがあるようでした。

そのほかにもラズパイに負荷をかけるようなコードになっているのかもしれません。
どなたか教えてくださいませんでしょうか。

python3
1from gpiozero import MCP3208
2import RPi.GPIO as GPIO
3import time
4
5GPIO.setmode(GPIO.BCM)
6GPIO.setup(20, GPIO.IN) #output_check
7GPIO.setup(21, GPIO.OUT) #output
8GPIO.setup(23, GPIO.OUT) #red_signal
9GPIO.setup(24, GPIO.OUT) #yellow_signal
10
11ch0 = MCP3208(channel = 0) #stop_sensor___<0.5_stop
12ch1 = MCP3208(channel = 1) #ready_sensor
13ch2 = MCP3208(channel = 2) #trigger_sensor
14ch3 = MCP3208(channel = 3) #yellow_signal
15ch4 = MCP3208(channel = 4) #red_signal
16
17#sensor's_threthold
18ch1th = 0.1
19ch2th = 0.1
20
21def CurrentStatus(st):#st = 0, 1
22    status = {0:'waiting',1:'sensing'}
23    return status[st]
24
25def YellowSignal():    
26    if ch3.value > 0.2:
27        global CS
28        print('sensing')
29        CS = CurrentStatus(1)#to_sense
30    else:
31        pass
32    
33def RedSignal():    
34    if ch4.value > 0.2:
35        global CS
36        print('waiting')
37        CS = CurrentStatus(0)#to_wait        
38    else:
39        pass
40
41def SignalSwitch():#continue
42    if CS == 'waiting':
43        YellowSignal()
44    elif CS == 'sensing':
45        RedSignal()
46
47def ControlOutput():
48    global t1,t2,tsub
49    #outputting_or_waiting
50    #outputting
51    if GPIO.input(20) == GPIO.HIGH:
52        if ch0.value > 0.5:
53            GPIO.output(21,GPIO.LOW)
54        else:
55            pass
56    #waiting
57    elif GPIO.input(20) == GPIO.LOW:
58        try:
59            #ready_sensor
60            if ch1.value > ch1th and ch2.value < ch2th:
61                t1 = time.time()
62            else:
63                pass
64            #trigger_sensor
65            if ch1.value < ch1th and ch2.value > ch2th:
66                t2 = time.time()
67                tsub = t2- t1
68                if 0.0001 < tsub < 0.1:
69                    print('start_injectioning___' + str(tsub))
70                    GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
71                    del t1,t2,tsub
72                else:
73                    time.sleep(0.1)
74                    print('out_of_range_error___' + str(tsub))
75                    print('reset,_now_not_ready')
76                    del t1,t2,tsub
77            #neither_sensor_is_on__or_each_sensor_is_on
78            else:
79                pass
80        except NameError:
81            pass
82
83def WorkSwitch():#continue
84    if CS == 'waiting':
85        pass
86    elif CS == 'sensing':
87        ControlOutput()
88
89def GPIOSwitch():#once
90    #print(CS)
91    if CS == 'waiting':
92        GPIO.output(23,GPIO.LOW)#RedLED
93        GPIO.output(21,GPIO.LOW)#output
94        time.sleep(0.0001)#buffer
95        GPIO.output(24,GPIO.HIGH)#YellowLED
96    elif CS == 'sensing':
97        GPIO.output(24,GPIO.LOW)
98        time.sleep(0.0001)#buffer
99        GPIO.output(23,GPIO.HIGH)
100        
101if __name__ == '__main__':
102    #initial
103    CS = CurrentStatus(0)
104    
105    while True:
106        try:
107            if CS == 'waiting':
108                GPIOSwitch()
109                print('switch_wait')
110                while CS == 'waiting':
111                    SignalSwitch()
112                    WorkSwitch()
113            elif CS == 'sensing':
114                GPIOSwitch()
115                print('switch_sense')
116                while CS == 'sensing':
117                    SignalSwitch()
118                    WorkSwitch()
119        except KeyboardInterrupt:
120            GPIO.cleanup()
121            print('cleanup')

coco_bauer

2019/12/20 07:37

追記の中に『MCP3208 の出力であるch4.value』と書かれていますが、MCP3208は8チャネル12bit A/Dコンバータで、ch0～ch7はアナログ入力なのではないのですか？　A/D変換した結果は12bitの２進数で、"0.2"というような実数と比較できないのではないのでしょうか。すみませんが、回路の全体像が想像できないです。

ysk_snn

2019/12/23 00:36

ご指摘ありがとうございます！＞ch0～ch7はアナログ入力なのではないのですか？　出力　→　入力　でした。紛らわしいことを書いてすみません。修正しました。 >A/D変換した結果は12bitの２進数で、"0.2"というような実数と比較できないのではないのでしょうか　from gpiozero import MCP3208で各チャネルの入力をみるとき、.valueという関数を使うと入力電流を0-1の間でフロート値にしてくれるみたいです。

行動規範の内容に同意します

回答3件

線色が全部同じ実体配線図なんてとても追っかける気にならないですけれど、「センサー」というのはどういうものですか? ADCの入力電位がハイインピーダンスになったりはしないようになっていますか。
負荷がかかるとかいうなんだかわけのわからないことより、設計ミスによるハード的な不安定さのほうが疑わしいと思います。

投稿2019/12/21 09:51

thkana

総合スコア7639

ysk_snn

2019/12/23 00:23

線色を分けるという発想すらなかったです... 人に伝えるなら必要な工夫だったと反省しています... センサは近接センサです。とにかく触り始めたところで、動けば良いかな？という気持ちだったので、正直ハイインピーダンスという言葉も知りませんでした。基礎的な勉強からし直します。コメントありがとうございます！

行動規範の内容に同意します

ベストアンサー

とりあえずぱっと見て変だったところ:

黄色LED部分の回路図(赤色も一緒)

左
質問文の画像から読み取ったもの

右
(スイッチのon/offはデジタルなんだからわざわざADCに突っ込まなくてもGPIOに入れればいいじゃんとか置いといて)
普通はこうするって回路(スイッチ側の抵抗は10kとか)

投稿2019/12/20 06:48

ozwk

総合スコア13521

ysk_snn

2019/12/23 00:43

ご指摘ありがとうございます！ GPIOピンは節約して使ったほうがいいのかな、という発想で余計な工夫をしてしまいました... 他の方のご指摘も、明らかに私に基本的な知識すらないことが原因です... 具体的に改善策をいただけてすごく嬉しかったです。普通はこうする、という内容を真似することからはじめたいと思います！

行動規範の内容に同意します

以下のように書き直してみたところ、おおむね予定していたとおりに動くようになりました！

しかし、やはりときどき動作が不安定になります。
ラズパイに負荷をかけすぎるようなコードになっているのでしょうか。

python3
1from gpiozero import MCP3208
2import RPi.GPIO as GPIO
3import time
4
5GPIO.setmode(GPIO.BCM)
6GPIO.setup(20, GPIO.IN) #output_check
7GPIO.setup(21, GPIO.OUT) #output
8GPIO.setup(23, GPIO.OUT) #red_signal
9GPIO.setup(24, GPIO.OUT) #yellow_signal
10
11ch0 = MCP3208(channel = 0) #stop_sensor___<0.5_stop
12ch1 = MCP3208(channel = 1) #ready_sensor
13ch2 = MCP3208(channel = 2) #trigger_sensor
14ch3 = MCP3208(channel = 3) #yellow_signal
15ch4 = MCP3208(channel = 4) #red_signal
16
17#sensor's_threthold
18ch1th = 0.1
19ch2th = 0.1
20
21def CurrentStatus(st):#st = 0, 1
22    status = {0:'waiting',1:'sensing'}
23    return status[st]
24
25def YellowSignal():    
26    if ch3.value > 0.2:
27        global CS
28        print('sensing')
29        CS = CurrentStatus(1)#to_sense
30    else:
31        pass
32    
33def RedSignal():    
34    if ch4.value > 0.2:
35        global CS
36        print('waiting')
37        CS = CurrentStatus(0)#to_wait        
38    else:
39        pass
40
41def SignalSwitch():#continue
42    if CS == 'waiting':
43        YellowSignal()
44    elif CS == 'sensing':
45        RedSignal()
46
47def ControlOutput():
48    global t1,t2,tsub
49    #outputting_or_waiting
50    #outputting
51    if GPIO.input(20) == GPIO.HIGH:
52        if ch0.value > 0.5:
53            GPIO.output(21,GPIO.LOW)
54        else:
55            pass
56    #waiting
57    elif GPIO.input(20) == GPIO.LOW:
58        try:
59            #ready_sensor
60            if ch1.value > ch1th and ch2.value < ch2th:
61                t1 = time.time()
62            else:
63                pass
64            #trigger_sensor
65            if ch1.value < ch1th and ch2.value > ch2th:
66                t2 = time.time()
67                tsub = t2- t1
68                if 0.0001 < tsub < 0.1:
69                    print('start_injectioning___' + str(tsub))
70                    GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
71                    del t1,t2,tsub
72                else:
73                    time.sleep(0.1)
74                    print('out_of_range_error___' + str(tsub))
75                    print('reset,_now_not_ready')
76                    del t1,t2,tsub
77            #neither_sensor_is_on__or_each_sensor_is_on
78            else:
79                pass
80        except NameError:
81            pass
82
83def WorkSwitch():#continue
84    if CS == 'waiting':
85        pass
86    elif CS == 'sensing':
87        ControlOutput()
88
89def GPIOSwitch():#once
90    #print(CS)
91    if CS == 'waiting':
92        GPIO.output(23,GPIO.LOW)#RedLED
93        GPIO.output(21,GPIO.LOW)#output
94        time.sleep(0.0001)#buffer
95        GPIO.output(24,GPIO.HIGH)#YellowLED
96    elif CS == 'sensing':
97        GPIO.output(24,GPIO.LOW)
98        time.sleep(0.0001)#buffer
99        GPIO.output(23,GPIO.HIGH)
100        
101if __name__ == '__main__':
102    #initial
103    CS = CurrentStatus(0)
104    
105    while True:
106        try:
107            if CS == 'waiting':
108                GPIOSwitch()
109                print('switch_wait')
110                while CS == 'waiting':
111                    SignalSwitch()
112                    WorkSwitch()
113            elif CS == 'sensing':
114                GPIOSwitch()
115                print('switch_sense')
116                while CS == 'sensing':
117                    SignalSwitch()
118                    WorkSwitch()
119        except KeyboardInterrupt:
120            GPIO.cleanup()
121            print('cleanup')