raspberrypi4を用いた赤外線センサの同時接続

Question

前提

　raspberry pi4と9つの赤外線センサを用いて赤外線センサ(ＶＬ５３Ｌ１Ｘ使用　レーザー測距センサモジュール（ＴｏＦ）)を9つ同時に動作させるようなシステムを作っています。ネットで配線やプログラムを調べ、参考にしたのですが実行するとエラーをはいて動きません。アドレスを認識していないかと思われます。

実現したいこと

　raspberry pi4を用いて赤外線センサ9個を同時に計測する。

補足情報

・使用センサ
赤外線センサ　ＶＬ５３Ｌ１Ｘ使用　レーザー測距センサモジュール（ＴｏＦ）
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-14249/

・配線

・参考サイト

1. 赤外線センサのアドレス変更のためプログラム

https://team432.jpn.org/?p=380

1. 参考にした赤外線センサVL53L1Xの計測プログラム　

https://qiita.com/BlueWindows/items/d98b323f789bdc62fc3b

発生している問題・エラーメッセージ

該当のソースコード

import sys
sys.path.insert(0, "/usr/local/lib/python2.7/dist-packages")

import VL53L1X
import time
import csv
from datetime import datetime
from collections import namedtuple
import RPi.GPIO as GPIO

gpio_bcm1 = 4
gpio_bcm2 = 5
gpio_bcm3 = 6
gpio_bcm4 = 13
gpio_bcm5 = 16
gpio_bcm6 = 17
gpio_bcm7 = 18
gpio_bcm8 = 19
gpio_bcm9 = 20

GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)


try:
     num = 0
     
     GPIO.setup(gpio_bcm1, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm2, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm3, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm4, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm5, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm6, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm7, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm8, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
     GPIO.setup(gpio_bcm9, GPIO.OUT, initial=GPIO.LOW)
    
     time.sleep(0.5)
     
     GPIO.output(gpio_bcm1, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.3)
     sensor1 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor1.change_address=0x30
    
     GPIO.output(gpio_bcm2, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.3)
     sensor2 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor2.change_address=0x31
    
     GPIO.output(gpio_bcm3, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor3 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor3.new_address=0x32
     
     GPIO.output(gpio_bcm4, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor4 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor4.new_address=0x33
     
     GPIO.output(gpio_bcm5, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor5 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor5.new_address=0x34
     
     GPIO.output(gpio_bcm6, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor6 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor6.new_address=0x35
     
     GPIO.output(gpio_bcm7, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor7 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor7.new_address=0x36
     
     GPIO.output(gpio_bcm8, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor8 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor8.new_address=0x37
     
     GPIO.output(gpio_bcm9, GPIO.HIGH)
     time.sleep(0.1)
     sensor9 = VL53L1X.VL53L1X(i2c_bus=1, i2c_address=0x29)
     sensor9.new_address=0x38


     sensor1.open()
     sensor1.start_ranging(1)
     sensor1.set_distance_mode(1)
     
     sensor2.open()
     sensor2.start_ranging(1)
     sensor2.set_distance_mode(1)
     
     sensor3.open()
     sensor3.start_ranging(1)
     
     sensor4.open()
     sensor4.start_ranging(1)
     
     sensor5.open()
     sensor5.start_ranging(1)
     
     sensor6.open()
     sensor6.start_ranging(1)
    
     sensor7.open()
     sensor7.start_ranging(1)
     
     sensor8.open()
     sensor8.start_ranging(1)
     
     sensor9.open()
     sensor9.start_ranging(1)
     
     while True:

        print("I2C  Distance\n")
        print("-----------------\n")

        time.sleep(0.8)
        
        distance_mm = sensor1.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm))
        time.sleep(0.8)
    
        distance_mm2 = sensor2.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm2))
        time.sleep(0.8)

        distance_mm3 = sensor3.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm3))
        time.sleep(0.8)
      
        distance_mm4 = sensor4.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm4))
        time.sleep(0.8)
        
        distance_mm5 = sensor5.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm5))
        time.sleep(0.8)
      
        distance_mm6 = sensor6.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm6))
        time.sleep(0.8)
      
        distance_mm7 = sensor7.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm7))
        time.sleep(0.8)
      
        distance_mm8 = sensor8.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm8))
        time.sleep(0.8)
      
        distance_mm9 = sensor9.get_distance()
        print("Time: {} Distance: {}mm".format(datetime.utcnow().strftime("%S.%f"), distance_mm9))
        time.sleep(0.8)
      
        print(num)
      

       time.sleep(1)
       num=num+1
       if(num >= 100):
           break




except KeyboardInterrupt:
        print("finishing...")
        if(num == 100):
            
            sensor1.stop_ranging()
            sensor1.close()
            GPIO.output(gpio_bcm1, GPIO.LOW)
            
            sensor2.stop_ranging()
            sensor2.close()
            GPIO.output(gpio_bcm2, GPIO.LOW)
            
            sensor3.stop_ranging()
            sensor3.close()
            GPIO.output(gpio_bcm3, GPIO.LOW)
            
            sensor4.stop_ranging()
            sensor4.close()
            GPIO.output(gpio_bcm4, GPIO.LOW)
            
            sensor5.stop_ranging()
            sensor5.close()
            GPIO.output(gpio_bcm5, GPIO.LOW)
            
            sensor6.stop_ranging()
            sensor6.close()
            GPIO.output(gpio_bcm6, GPIO.LOW)
            
            sensor7.stop_ranging()
            sensor7.close()
            GPIO.output(gpio_bcm7, GPIO.LOW)
            
            sensor8.stop_ranging()
            sensor8.close()
            GPIO.output(gpio_bcm8, GPIO.LOW)
            
            sensor9.stop_ranging()
            sensor9.close()
            GPIO.output(gpio_bcm9, GPIO.LOW)
            
            GPIO.cleanup()
            print("finish!!")

試したこと

　赤外線センサと配線を1セットずつ最大9個まで増やしていき、それを3回行いエラーの有無を確認した結果、センサの数が増えるほどエラーが出る可能性が高かった。

・センサを1個ずつ増やしていった時のエラーの有無

センサの数	1回目	2回目	3回目
1	無	無	無
2	無	無	無
3	無	無	無
4	無	無	無
5	無	無	有
6	有	有	有
7	有	有	有
8	有	有	有
9	有	有	有

メッセージ

　もしプログラムや配線方法が間違っていて改善点がある場合ご指摘くださると幸いです。よろしくお願いします。

Comments

[thkana]

ToFセンサを「赤外線センサ」と呼ぶのはなにか違う気がしますがそれはともかく。

秋月の取説( https://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/ae-vl53l1x.pdf )を見ると、センサ基板内ではI2Cのバス側はプルアップされていませんが、どこかでちゃんとプルアップしているのですか?

また、配線長はどのくらいですか? 経験上I2Cは数十cmも引っ張ると苦しいように思います。

Answer 1

まずは接続するセンサを一つだけにして、措定される通信ができるかどうかを確認しましょう
９つの接続全てで動作を確認しましょう
できればオシロスコープを用意して、SCL,SDAの信号が正常に出ているかを確認することです。

＃センサ一つだけにしてもだめな場合は配線が間違ってます

これがきちんとできている、ってのを確認して、センサを２つ、３つと増やしていきましょう

んで、数を増やしたらだめと言う場合は、SCL、SDAがドライブしきれていないってのが考えられます
＃これもオシロスコープで信号を確認すべきものですが
使用してるセンサがどういうものかはわかりませんが、そこで実装されているSCL,SDAのプルアップ抵抗を、距離的に近いセンサをから除去していく必要があります

Answer 2

秋月電子通商のセンサモジュールを使っているとのことですが、この回路図を見るとバッファ(U2:FXMA2102L8X)が入っていて OE = high 固定であるために I2C ラインが 3-state になっていません。このため多数のデバイスの並列接続で信号レベルが保てなくなっていると思われます。外部プルアップも必要です。FXMA2102L8X のデータシートでは OE を制御する例が出ていて、本来はこのように個別に OE = hight にして使うのが良いのでしょう。

Answer 3

ラズパイの3.3V電源端子では、当該センサーモジュールを3,4個程度しか駆動できないと見込まれます。
外部電源を使うか、5V電源端子を使ってみてはどうでしょうか。

Answer 4

数を増やすとNGになるという点から考えると、負荷が増えてXSHUTのドライブができなくなっていると考えられます。
テスター等でXSHUTを正しくHIGHにできているか、確認してみてください。
（もし、数を増やしていくにしたがい電圧が下がる場合は、トランジスタでブーストするなどの対応が必要です）

Comments

[thkana]

XSHUTにはGPIOから1:1でつないでいるのだから、別にセンサが増えてもGPIOの負荷は変わらないでしょう。
内部プルアップの回路なので、たとえパラに繋いだとしても「電圧が下がる」ってことはないのでは?