Phantom YoYo高感度水センサーをMCP3008 ADC経由でRaspberry Piに接続

このガイドでは、Phantom YoYo高感度水センサーをMCP3008 8チャネル10ビットADCに接続し、Windows 10 IoT Core搭載Raspberry Pi 2とC#でデータを読み取る手順を解説します。MCP3008はアナログ信号を10ビットデジタル値（0〜1023）に変換し、任意の基準電圧にスケーリング可能です。

なぜMCP3008を使うのか？

MCP3008はコンパクトで低コストなSPIインターフェースADCです。10ビット分解能で1024段階の離散レベルを提供し、細かな電圧識別が可能。3.3V基準の場合、センサー出力を以下の式で電圧に変換できます：

voltage = (reading / 1023.0) * Vref

例えば、生読み取り値523の場合：

523 / 1023 * 3.3 ≈ 1.687 V

実際の供給電圧（例：私のPiでは3.301V）を常に測定し、その値をVrefとして使用することで精度が向上します。

ハードウェア概要

• センサー： Phantom YoYo水センサー – 3ピン（−、+、s）。−をPiグラウンド、+を3.3V（または5V）、sをMCP3008チャネル1に接続
• MCP3008： 8入力チャネル、SPIピン、Vref、Vdd、AGND。Vrefを3.3V、AGNDをPiグラウンド、Vddを3.3V、グラウンドをPiグラウンドに接続
• ポテンショメータ： オプション – チャネル0でのADC変換デモ用

配線図

添付の回路図でピンマッピングを参照。主な接続：

• MCP3008 Vref（ピン15） → Pi 3.3V
• MCP3008 AGND（ピン14） → Pi GND
• MCP3008 Vdd（ピン16） → Pi 3.3V
• MCP3008 CH0（ピン1） → ポテンショメータ出力
• MCP3008 CH1（ピン2） → 水センサーsピン
• SPIライン（CS、CLK、DO、DI） → Pi SPIピン

ソフトウェアセットアップ

プロジェクトタイプ：Universal Windows Platform。2つのゲージで表示：

• ポテンショメータからの生電圧（チャネル0）
• 正規化された水位（0〜100、センサー、チャネル1）

MCP3008の初期化

private Mcp3008 _mcp3008;
protected override async void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e) {
    _mcp3008 = new Mcp3008(0); // SPIバス0
    await _mcp3008.InitializeAsync();
}

チャネルの読み取り

float voltage = _mcp3008.Read(Mcp3008.Channels.Single0).AsScaledValue(3.3f);

差動測定の場合、 Single0 を Differential0 に置換。ナビゲーション離脱時にオブジェクトを破棄：

_mcp3008.Dispose();
_mcp3008 = null;

キャリブレーションと測定

マルチメーターでポテンショメータ電圧とMCP3008読み取り値を比較検証。メーターをDC電圧モードに設定し、両値を比較して精度を確認。

アプリの実行

1. ARM 構成でビルド、Remote Machine を選択
2. プロジェクトプロパティでPiのIPアドレスを設定、認証を無効化
3. F5 でデプロイおよび起動

アプリに水位用360°ゲージが表示されます。注：センサー出力は厳密にはリニアではありません。値が高いほど水が多いことを示しますが、関係は経験的です。ゲージは説明用です。

ソースコードと追加ドキュメントはプロジェクトページで入手可能です。