SparkFun Pi Servo HAT完全セットアップガイド：ハードウェア、配線、Python制御

はじめに

SparkFun Pi Servo HATは、Raspberry Piの機能を拡張し、I²Cバス経由で最大16台のホビーサーボを制御できるようにします。サーボの電力と通信をHATにオフロードすることで、PiのGPIOピンを他の用途に解放し、ヘッドレスセットアップに便利なシリアルコンソールも提供します。

必要な材料

このガイドを実践するには以下のアイテムを用意してください。Pi Zero Wサポートには新しいOSイメージが必要なため、NOOBSカードではなく空のmicroSDカードを推奨します。

ブレイクアウェイヘッダー – ストレート

壁面アダプター電源 – 5.1V DC 2.5A (USB Micro‑B)

microSDカード（アダプター付き）– 16GB (Class 10)

Raspberry Pi GPIOトールヘッダー – 2×20

Raspberry Pi Zero W

SparkFun Pi Servo HAT

動作確認用のホビーサーボも入手してください。汎用のサブマイクロサーボが最初の例題スクリプトに適しています。

サーボ – 汎用 (サブマイクロサイズ)

必要な工具

基本的なはんだ付け用品以外に特別な機器は不要です。最良の結果を得るには、30Wのはんだごてと鉛フリーはんだを使用してください。

鉛フリーはんだ – 15gチューブ

はんだごて – 30W (US, 110V)

ハードウェア概要

HATは意図的にシンプルに設計されています。主なコンポーネント：

• USB Micro‑Bコネクタ – サーボ用5Vを供給し、Piにも給電可能。また、モニターなしでPiを設定できるシリアルコンソールを提供。
• 電源分離ジャンパー – デフォルトで閉じており、サーボレールをPiの5Vレールに接続。複数の大電流サーボを駆動してPiがリセットされるのを防ぐため、必要に応じて開放します。
• サーボヘッダー – 標準的なホビーサーボコネクタに対応した16個の0.1インチピッチピン。

ハードウェア組み立て

まずPi Zero Wにオスヘッダーをはんだ付けし、その後Pi Servo HATを取り付けることを推奨します。手順：

1. 1本のピンを基板にはんだ付け。
2. はんだが熱いうちに基板を傾けてピンをフラットにし、ヘッダーを固定。
3. 残りのピンをはんだ付け。

メスヘッダーとPi Servo HATでも同様に繰り返し、ショートピンが基板の底面から挿入されるようにします。すべてのピンが水平になるまで半田付けを完了させてください。

組み立て後、HATをPi Zero Wにスタックします。チャネル0にホビーサーボを接続（サーボのデータシートでピンアウト確認）。5V壁面アダプターを、PWR INとラベルされたUSB Micro‑Bコネクタに接続してPiとHATに給電します。

ソフトウェア – Python

HATのPWMコントローラーはI²Cデバイスで、一般的にSMBusとしてアクセスされます。完全なサンプルコードは製品のGitHubリポジトリで公開されています。

SMBusの初期化

import smbus
bus = smbus.SMBus(1)  # Raspberry PiのI2Cバス1
addr = 0x40  # PWMチップのデフォルトI2Cアドレス

PWMチップの設定

bus.write_byte_data(addr, 0x00, 0x20)  # PWMモジュール有効化
bus.write_byte_data(addr, 0xFE, 0x1E)  # レジスタアドレスの自動インクリメント

チャネル0のパルス幅設定

bus.write_word_data(addr, 0x06, 0)   # 開始時間（200Hzでは常に0）
bus.write_word_data(addr, 0x08, 1250)  # 停止時間 → 1.5msパルス

PWMチップは200Hz（周期5ms）で動作します。ストップレジスタ（0〜4095）は1.2µsステップに対応し、1250 ≈ 1.5msはほとんどのサーボの中立位置です。

他のチャネルをアドレスするには、レジスタアドレスに4を加算します：

チャネル	開始アドレス	停止アドレス
0	0x06	0x08
1	0x0A	0x0C
2	0x0E	0x10
3	0x12	0x14
4	0x16	0x18
5	0x1A	0x1C
6	0x1E	0x20
7	0x22	0x24
8	0x26	0x28
9	0x2A	0x2C
10	0x2E	0x30
11	0x32	0x34
12	0x36	0x38
13	0x3A	0x3C
14	0x3E	0x40
15	0x42	0x44

1度の動きには4.6レジスタカウントが必要です。例えば、中立から45°オフセットするには207カウント（45 × 4.6）を1250に加減算して目的のパルス幅を設定します。

より詳細な例は、GitHubリポジトリの付属Pythonスクリプトをご覧ください。

Pi Servo HATフックアップガイド