[初回公開] 2019年07月29日
IoT の入門や動作テストで利用されることが多い Raspberry Pi は、それ単体だけでは Linux 系の小型パソコンに過ぎません。しかし、センサーを取り付けることで、温度測定や音検知など、さまざまなデータを取得することができ、より多彩な用途に対応できるようになります。そこで、ジャンパコードとブレッドボードを使用して、センサーを接続する方法について紹介いたします。
このページの目次
１．Raspberry Pi とセンサーを接続してできること
Raspberry Pi とセンサーを接続してできることは、温度測定や音検知のセンサーで取得したデータを Raspberry Pi で集積できることです。
集積したデータはグラフ画像化してデータ転送が可能なので、複数地点のデータを 1 箇所にまとめて比較することができます。
また、Raspberry Pi にプログラムを入れておけば望み通りにセンサーの稼働を制御することもできます。
Raspberry Pi と各センサー類は電源コードで直接接続して動作させることができますが、複数のセンサーやカメラなど外部デバイスと組み合わせる場合は、電子部品を固定するブレッドボードと、電源供給するジャンパコードが用いられることが多いです。
実際に Raspberry Pi にブレッドボードにジャンパコードをつなげている様子が上図です。
電子部品はセンサーではなく LED にしており、LED の許容以上に電気が流れないように抵抗器もブレッドボードに取り付けています。
２．ブレッドボードとは
ブレッドボード (breadboard) とは、電子部品やジャンパコードを挿し込むことができる穴が開いた基板です。
各穴は電気が通るように金属で連結されており、ボードに印字された線の垂直方向に電気が流れるようになっています。
ブレッドボードを利用すると、各電子部品をはんだ付けすることなく接続して電気を流すことができるため、手軽に電子回路を組むことができます。
利用した電子部品は取り外しが自由なため、組み直して再利用できるのもメリットです。
反面、試作向けの用途なため、以下のデメリットもあります：
- 基板自体に抵抗（接触抵抗）がある
- 長期利用には不向きである
- 電流量に制限がある
小型のブレッドボードであれば 1 枚が店頭にて 230 円程度で購入することができます。
ブレッドボードを利用する場合は、下図の両端の青色と赤色の線が線に沿って電気が流れるようになっており、また、線が無い中の並び（図の A から J）は青色と赤色の線の垂直方向につながっています。
上図の (1) は GND（グランド）で、(2) は電力供給の Vcc として利用します。
(3) の箇所にはセンサーや抵抗器など電子部品を挿し込んで利用します。
電流または信号が流れるようになれば挿し込む位置は決まっておらず、自由に電子回路を組むことができます。
３．ジャンパコードとは
ジャンパコードとは、電子部品類に電気を流すために利用されるコードで、別名「ジャンパ線」や「ジャンパワイヤ」とも呼ばれます。
電気が流れて動作するようにするためには電子部品同士をはんだ付けする必要がありますが、ジャンパコードの両端には凹凸の挿し込み、または挿し込み口があるため、はんだ付けすることなく簡単に電気を流すことができます。
ジャンパコードは 1 袋あたり 60 本ほど束で販売されており、店頭にて 220 円程度で購入できます。
ジャンパコードには 2 種類があり、1 つは「オス－オス」と呼ばれる両端が凸型となったコードで、ブレッドボードに挿して利用します。
もう 1 つは片方が凸型で、反対側が凹型の「オス－メス」のコードです。
Raspberry Pi の接続端子が凸型なので、ジャンパコードの凹型の方を Raspberry Pi の端子に挿し込み、反対の凸型をブレッドボードに差し込んで利用します。
４．Raspberry Pi でセンサーを接続する方法
Raspberry Pi でセンサーを接続する方法は、ブレッドボードにセンサーなどの電子部品を取り付け、ジャンパコードで接続することです。
電気は電圧が高いところから低いところに流れるため、電位差を 0V にする GND も Raspberry Pi が担います。
4-1．Raspberry Pi から電源を確保する
Raspberry Pi から電源を確保するために Vcc または GPIO ピンにジャンパコードを挿し込みます。
Raspberry Pi は 3.3V の電圧で出力できる GPIO ピンがあり、このピンを使って電源供給が行えます。
4-2．GND（グランド）を確保する
電子回路では、電圧が高いところから低いところに流れる必要があるため、出力電圧より低い基準として GND（グランド）を接続します。
Raspberry Pi には GND ピンがあり、このピンにジャンパコードを挿し込んで電気の基準を確保します。
4-3．電子部品（センサー）を取り付ける
最後に、利用するセンサーや電子部品をブレッドボードに取り付け、Raspberry Pi からの電源供給と GND まで接続します。
また、電子部品には定められた電圧や電流の制限があり、それを超える電圧が流れないように、必要に応じて抵抗器を挿入することがあります。
例えば LED の場合、足の長い方がプラス側 (Anode：アノード) となり、Vcc に近い方に取り付けます。
反対に足が短い方がマイナス側 (Cathode：カソード) となり、GND 側に取り付けます。
LED の電圧は 2.1V で、Raspberry Pi は 3.3V の電圧を出力するため、抵抗器で 1.2V を調整しています。このため、LED の前に抵抗器を取り付けて適切な電流を流しています。
５．ブレッドボードとジャンパコードの一般性
ブレッドボードとジャンパコードは、特に電子工作やプロトタイピングにおいて非常に一般的なツールです。
ブレッドボードは、はんだ付けなしで電子部品を簡単に接続できるため、初心者からプロフェッショナルまで幅広く使用されています。
ジャンパコードは、ブレッドボードと他の電子機器を接続するための重要な役割を果たし、手軽に電気回路を組み立てることができます。
この2つのツールは、試作やテストの際に不可欠であり、さまざまなセンサーやコンポーネントを組み合わせる際に重宝されています。
６．まとめ
Raspberry Pi は、さまざまなセンサーと接続することで、IoT 機器として非常に便利なデバイスになります。
ブレッドボードとジャンパコードを使えば、はんだ付けをすることなく簡単に回路を組むことができるため、試作やテストに最適です。
ただし、長期利用にはブレッドボードの制約や電流制限を考慮する必要があります。
また、電子回路を組む際には、電圧や電流に注意し、必要な部品を適切に配置することが重要です。
Raspberry Pi とセンサーを組み合わせることで、さまざまなIoTプロジェクトを実現できます。
