初心者向けプログラミング講座 
第5回： 計測器とPythonの接続

講座の概要については以下からご覧ください。

目的

この回では、いよいよPythonを使って計測器（GP-IBやUSB接続）を制御し、実際にデータを取得します。計測器とPythonを接続する方法について手順を追って確認し、pyvisaライブラリを使った計測器制御の基本スクリプトを作成します。また、VISAリソースの管理と、SCPIコマンドを使った計測器の操作方法を詳しく学びます。

学習内容

• 計測器の接続手順

• pyvisaを使用したPythonと計測器の接続
• 計測器の基本コマンド（SCPI）の送受信
• コマンドを実践するPythonコード
• エラー処理とデバッグの基本
• 演習問題

1. 計測器の接続手順

計測器をPythonから制御するには、以下の手順で作業を行います。

(1) ハードウェアの接続

必要なケーブルを接続する
計測器とPCを、USBまたはGP-IBケーブルで接続します。

デバイスドライバのインストール
必要な場合は、計測器メーカーが提供しているデバイスドライバをインストールします。
多くの場合、メーカーの公式サイトからダウンロード可能です。

(2) 計測ソフトウェアの確認

計測機器メーカーのソフトを確認
通常、メーカーが提供する制御・設定用ソフトウェアが付属していることがあります。（例：Keysight IO Libraries Suite）
Python以外のソフトで計測器が正常に認識されているか確認しましょう。

VISAライブラリのインストール
NI-VISAやその他VISAライブラリを先にインストールしておく必要があります。
NI-VISA（National Instruments）：NI-VISA公式サイト

VISAライブラリが正常にインストールされていないと、pyvisaで通信が行えません。

(3) PyVISAをインストールする

プログラムリストから Anaconda Navigatorを起動し、右上の選択メニューから New → Terminalを開きます。
Terminalから以下のコマンドで、pyvisaをインストールします。

pip install pyvisa

2. PyVISAを使用したPythonと計測器の接続

次に、PyVISAを使ってPythonから計測器と通信する基本的な操作を学びます。さきほどの Anaconda Navigatorから Jupyter Notebook を起動してください。

(1) リソースマネージャの作成

PyVISAでは、ResourceManagerを使って接続可能な計測器（リソース）のリストを取得できます。

import pyvisa

# リソースマネージャを作成
rm = pyvisa.ResourceManager()

# 接続可能な計測器（リソース）のリストを表示
resources = rm.list_resources()
print("接続可能なリソース:", resources)

 (2) 計測器に接続する

計測器に接続するには、rm.open_resource() を使用します。レスポンスとして計測器のコントロールオブジェクトが返されます。

# 計測器オブジェクトを取得（最初のリソースを使用）
if resources:
    instrument = rm.open_resource(resources[0])  # 最初の計測器に接続
    print("計測器に接続しました:", resources[0])

    # ID取得コマンドで計測器情報を取得
    response = instrument.query("*IDN?")  # *IDN? は計測器のSCPIコマンド
    print("計測器情報:", response)
else:
    print("接続可能な計測器がありません。")

コマンドの意味
*IDN?： 計測器のデバイス識別情報（型式、バージョンなど）を返すSCPIコマンドです。これはSCPIに対応された多くの計測器で標準的に利用できます。

3. 計測器の基本コマンド（SCPI）の送受信

Pythonでは、計測器にコマンドを送信して動作させたり、応答を受け取ることができます。以下のようなメソッドを使います。

(1) コマンドの送信

write()を使用します。

instrument.write("OUTPUT:STATE ON")  # 出力をONにする

 (2) 応答の取得

query()を使用することで、コマンド送信と応答取得を一度に行えます。

response = instrument.query("MEAS:VOLT?")  # 電圧値を取得する
print("測定結果:", response)

 (3) 設定値の取得

read()で応答を「受け取る」のみ行う場合もあります。query()を使わないケースで利用します。

instrument.write("MEAS:VOLT?")
response = instrument.read()
print("受信データ:", response)

4. コマンドを実践するPythonコード

以下は、実際に計測器から測定値を取得するコード例です。ここでは簡易的に*IDN?（計測器情報）とMEAS:VOLT?（電圧測定）を使用します。

プログラム例：計測器にコマンドを送る

import pyvisa

# リソースマネージャを生成
rm = pyvisa.ResourceManager()

# 接続リソースを取得
resources = rm.list_resources()
print("接続可能なリソース:", resources)

# 計測器に接続
if resources:
    instrument = rm.open_resource(resources[0])  # 最初の計測器を選択
    print("接続した計測器:", resources[0])

    # 計測器の識別情報を取得
    idn_response = instrument.query("*IDN?")
    print("計測器情報:", idn_response)

    # 電圧を測定（例として MEASure:VOLTage?）
    voltage_response = instrument.query("MEAS:VOLT?")
    print("測定された電圧:", voltage_response)

    # 接続を終了
    instrument.close()
else:
    print("接続可能な計測器が見つかりません。")

5. エラー処理とデバッグ方法

計測器制御では、通信エラーや予期しない値が返ってくる場合があります。これを適切に処理するため、例外処理（try/except）を活用します。

エラー処理の例

try:
    # 計測器に接続
    instrument = rm.open_resource(resources[0])
    print("計測器に接続成功")
except Exception as e:
    print("接続時にエラーが発生しました:", e)

6. 演習問題

演習問題 1: 計測器リストの取得

以下を実行するプログラムを作成してください。
接続されている計測器のリストを取得し表示する。
最初の計測器に接続し、*IDN?コマンドで計測器情報を表示する。

import pyvisa

# リソースマネージャを生成
rm = pyvisa.ResourceManager()

# 接続リソースを取得
resources = rm.list_resources()
print("接続可能なリソース:", resources)

# 計測器に接続
if resources:
    instrument = rm.open_resource(resources[0])  # 最初の計測器を選択
    print("接続した計測器:", resources[0])

    # 計測器の識別情報を取得
    instrId = instrument.query("*IDN?")
    print("計測器のID:", instrId)

    # 電圧を測定（例として MEASure:VOLTage?）
    voltage = instrument.query("MEAS:VOLT?")
    print("測定された電圧:", voltage)

    # 接続を終了
    instrument.close()
else:
    print("接続可能な計測器が見つかりません。")

演習問題 2: SCPIコマンドの送受信

以下を実行するプログラムを作成してください。
計測器に任意のSCPIコマンド（例：MEAS:CURR?）を送信。
測定値を取得して画面に出力する。

import pyvisa

# リソースマネージャを生成
rm = pyvisa.ResourceManager()

# 接続リソースを取得
resources = rm.list_resources()
print("接続可能なリソース:", resources)

# 計測器に接続
if resources:
    instrument = rm.open_resource(resources[0])  # 最初の計測器を選択
    print("接続した計測器:", resources[0])

    # 電流を測定
    current = instrument.query("MEAS:CURR?")
    print("測定された電流:", current)

    # 接続を終了
    instrument.close()
else:
    print("接続可能な計測器が見つかりません。")

次回予告

次回は、「測定データの取得と基本的な処理」について学びます。計測器からデータを取り込み、Pythonで加工や保存を行う方法を詳しく解説します！