Raspberry PiでArduino UNOとシリアル通信(UART)する方法を解説

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今回はRaspberry PiArduino UNOを接続してシリアル通信を行う方法について解説します。

Raspberry Piは高いクロックで動作するARMコアを搭載しており、画像処理や機械学習に使用することが可能ですが、一方でリアルタイム処理は苦手としています。

Arduinoはシングルタスクではありますが、タイマー割り込みが手軽に実装できたりと、ハードウェアの制御が得意です。

この2つのボードを組み合わせて動作させるための、ボード間シリアル通信の方法を紹介します。

また、Raspberry Piに関する記事を以下のページでまとめていますので、あわせてご覧ください。

目次

Raspberry PiとArduino UNO R3のハードウェアを接続する方法

Raspberry PiとArduino UNO間のハードウェア接続はUSBケーブルで行います。

Raspberry Pi側がType-A、Arduino側がType-Bコネクタとなります。

ケーブルはArduino書き込み用のものがある場合はそのまま使用できます。

私の場合はロボットで使用したかったため、以下のような短めのUSBケーブルを購入しました。

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COMポートの接続を確認する

Raspberry PiにUSBケーブルでArduinoを接続することで、Raspberry Pi側からはCOMポートとして認識されます。

接続の確認を行うため、Raspberry Piのターミナルで以下のコマンドを実行してください。

ls -l /dev/ | grep tty

以下のようにデバイス一覧が表示されます。

crw–w—- 1 root tty 4, 8 Dec 5 14:05 tty8
crw–w—- 1 root tty 4, 9 Dec 5 14:05 tty9
crw-rw—- 1 root dialout 166, 0 Dec 5 14:05 ttyACM0
crw——- 1 root root 5, 3 Dec 5 14:05 ttyprintk
crw-rw—- 1 root tty 7, 0 Dec 5 14:05 vcs
crw-rw—- 1 root tty 7, 1 Dec 5 14:05 vcs1
crw-rw—- 1 root tty 7, 2 Dec 5 14:05 vcs2

以下の行が表示されれば、Arduinoと接続されています。

crw-rw—- 1 root dialout 166, 0 Dec 5 14:05 ttyACM0

COMポートを使ったシリアル通信を行うソースコード

ここからは実際にCOMポートを使用してシリアル通信を行うための、それぞれのボードのコードの実装方法について解説します。

Arduino側のプログラム

Arduino UNO R3側のスケッチのコードです。

プログラムが実行されるとHello, Raspberry Piという文字列のデータが2秒間隔で送信されます。

void setup() {
  // シリアル通信を9600bpsで開始
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // "Hello, Raspberry Pi"を送信
  Serial.println("Hello, Raspberry Pi");
  // 2秒待機
  delay(2000);
}

Raspberry Pi側のデータを受信したい場合は?

逆に受信を行いたい場合はSerial.readString関数を使用するだけで取得できます。

    // シリアルからデータを読み取り、Stringとして格納
    String receivedStr = Serial.readString();

基本的に文字列データでのやり取りとなりますので、数値を扱いたい場合は受信後にキャストしてください。

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Raspberry Pi側のプログラム

Raspberry Pi側のコードの作成方法を解説します。

ライブラリのインストール

まずPythonのシリアル通信ライブラリをインストールします。

sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-serial

作成したPythonコード

続いてこちらがArduino側とシリアル通信をするPythonのコードです。

Arduino側から送られたデータを受信し、コンソールに表示します。

import serial
import time

# Arduinoが接続されているシリアルポートとボーレートを設定
serial_port = '/dev/ttyACM0'
baud_rate = 9600

try:
    # シリアルポートを開く
    ser = serial.Serial(serial_port, baud_rate)
    print("シリアルポートを開きました: " + serial_port)

    while True:
        # データが利用可能であれば読み取る
        if ser.in_waiting > 0:
            line = ser.readline().decode('utf-8').rstrip()
            print("受信データ: " + line)

except KeyboardInterrupt:
    # Ctrl+Cが押されたら終了
    print("プログラムを終了します")
    ser.close()

except Exception as e:
    # その他のエラー
    print("エラーが発生しました: " + str(e))
    ser.close()

Arduino側に送信したい場合は?

Arduino側に送信したい場合はser.writeメソッドの引数に送りたいデータを設定するだけです。

        # 整数を送信
        ser.write(str(value).encode())
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実行結果

まず、Arduino側を起動後に、Raspberry Pi側のPythonコードを実行します。

すると以下のようにArduino側から送信された文字列を、Raspberry Pi側のコンソールで表示することができました。

まとめ

今回はRaspberry PiとArduinoを接続し、シリアル通信を行う方法を解説しました。

2つのボードを組み合わせることで、処理の並列化やIOの拡張も可能ですので、ぜひ試してみてください。

また、Arduinoで制御するロボットについて以下の記事でまとめていますので、あわせてご覧ください。

それでは、また次の記事でお会いしましょう。

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