ADS1115 完全ガイド：特徴、ピンアウト、Arduino/Raspberry Pi接続方法

自動車電子機器、高精度計測機器、その他の高精度データ収集に取り組んでいませんか？または、アナログをデジタルに変換してデータ分析、増幅、精度向上を行える信頼性の高いデバイスをお探しですか？それならADS1115が最適です。

この記事では、この低消費電力デバイスを初めて扱う方に向けて、概要、ピン構成、動作原理、インターフェース方法などを詳しく解説します。

ADS1115 ADCモジュールとは

ADS1115 ADCモジュールは、内部リファレンス電圧を持つ16ビット精度のADコンバーターを搭載した小型・低消費電力デバイスです。つまり、アナログ信号をデジタルに変換し、信号を強化・高精度化・データ分析するためのアナログ-デジタルコンバーターです。

ADS1115モジュール

出典: Wikimedia Commons

ADS1115モジュールの動作原理

このモジュールは発振器とオンボードリファレンスを備え、I2C互換シリアルインターフェースでデータを転送します。4つのI2Cスレーブアドレスを選択可能で、2.0V〜5.5Vの単一電源で動作します。

ADS1115は約860 SPS（サンプル/秒）の変換レートで実行され、オンボードPGA（プログラマブルゲインアンプ）を搭載しています。オンボードPGAは電源電圧（PSV）から±256mVの入力範囲を提供し、大きな信号も小さな信号も高分解能で測定可能です。

さらに、4つのシングルエンド入力または2つの差動入力を持つ入力MUX（マルチプレクサ）を備え、1回のトリガーモードで動作し、変換完了後に自動的にパワーダウンします。

ADS1115の主な特徴

• 超小型パッケージ：2 × 1.5 × 0.4 mm
• 連続変換モードとシングル変換モード
• 2つの差動入力
• 電源投入時にデバイス初期化
• リファレンス入力が正負の圧力に対応
• デジタル取得出力範囲：正 0〜32767、負 32768〜65535
• 変換レート：8〜860 SPS
• 最小消費電力：150μA
• 動作温度範囲：-40℃ 〜 +125℃

さらに、以下の3つのI2Cモードをサポート：

• ハイスピードモード：最大3.4MHz
• ファストモード：最大400kHz
• 標準モード：最大100kHz

ADS1115 ピン構成

ADS1115 16ビットADCをArduinoとインターフェース

エンジニアリング学生がADS1115をArduinoにインターフェース

ADS1115をArduinoとインターフェースするのは難しくありません。外部アナログ-デジタルコンバーター（ADC）だからです。Arduinoには内蔵ADCがありますが、ADS1115はI2Cピンを通じて4つの16ビットADCを提供し、読み取りを容易にします。

ArduinoとADS1115のインターフェース

必要なツール

• ADS1115センサー ×1
• ブレッドボード ×1

• Arduino Nano/Uno ×1

Arduino Nano

• ジャンパーワイヤー ×1

ジャンパーワイヤー

• I2C LCD ×1

ステップ1：回路図

まず、Arduinoのモジュールを5VとGNDに接続します。次に、センサーのSDA/SCLピンをArduinoのSDA/SCLピンに接続します。ArduinoのADDRピンでI2Cデバイスのアドレスを定義します。

推奨方法は、GNDとADDRピンを接続して0x48アドレスにすることです。

ステップ2：ADC読み取りコード（シリアル出力）

ArduinoとADS1115の接続完了後、シングルエンドモード用のコードを実行します。シリアルポートの値を確認し、ボード上の4チャネルを読み取ります。PGAゲインに依存する乗数を使用して値を電圧に変換します。

接続完了後、上記コードを実行し、シリアルモニタを9600ボーレートで開くと結果が表示されます。または、I2C LCDで結果コードをダウンロードすることも可能です。

ステップ3：ADC読み取りコード（LCD表示）

以下のコードをアップロードし、必要な接続を完了させます。その後、LCD画面または9600ボーレートで開いたシリアルモニタで結果を確認します。

ADS1115 16ビットADCをRaspberry Piとインターフェース

ADS1115とRaspberry Piのインターフェース

I2Cバスのおかげで、Raspberry PiとADS1115のインターフェースは非常にシンプルです。

ステップ1：配線

Raspberry Piへの接続はArduinoとほぼ同じです。まず、ADS1115のVDDをRaspberry PiのVDDに接続。次に、両方のGNDを接続。最後に、Raspberry PiのSDAとSCLをADS1115のSDAとSCLに接続します。

ステップ2：ライブラリからのインストール

接続完了後、ADS1115 Pythonライブラリのインストールを実行します。このGitHubソースコードでの実行を推奨します。Raspberry Piライブラリインストール実行前には、安定したインターネット接続を確保してください。

ステップ3：ソースからのインストール

ソースからインストールするために必要なコード：

インストール前に、GitHub上のRaspberry Piターミナルに接続していることを確認してください。

ステップ4：Pythonパッケージインストール

Raspberry PiターミナルをPythonパッケージインデックスにリンクしてください。

インストールに必要なコード：

注意： Pythonパッケージインデックスから直接インストールすると、ライブラリのサンプルコードが見つかりません。手動でADS1115のサンプルをRaspberry Piにダウンロードして実行することを推奨します。

ADS1115は負電圧を読み取れますか？

はい、ADS1115は単一出力電源でも負電圧を読み取れます。また、負の入力電圧を負の数値に変換可能です。

まとめ

ADS1115モジュールは、入力アナログ信号をデジタル信号に変換する信頼性の高いデバイスです。プログラマブルゲインアンプを備え、微小なアナログ信号値を変数で乗算することで、より高い信号値を得られます。したがって、バッテリーモニタリングシステムやコンパレーターとして効果的です。

ご質問やご提案、またはプロジェクト用にモジュールが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いします。