久々の更新です……サボっていたわけではないんですけど、スランプ期でした。

ってなわけで、今回はラズベリーパイについて語ります。

基本構成や実際に業務で使う場合どんなアイデアがあるの？など、

基礎的なことから将来的なことまでざっくりと技術的なことはあまり絡めず語れたらな。

以前はラズベリーパイでこんな記事書いてました。

【ラズベリーパイ】GPIOボードを使ったLチカをしてみる～ラズパイでことはじめ～

ラズベリーパイに搭載されるGPIOボードを使って、Lチカ(LEDチカチカ→LEDの点滅制御)を行ってみたので紹介しています。LチカはプログラムでいわれるHelloWorldに位置付けられるので、学習用に参考にしてもらえると嬉しいです。

dreamparadaisu.com

2021-08-15 02:35

ラズベリーパイ

最近はスターターキットがAmazonや楽天といったネット通販に代表されるショップでは、

取り扱いがありますね。あるんですけど、

スターターキットの種類が多くて悩まれる方いるんじゃないでしょうか？

もしくは、もう少しコストを抑えて手に入れたいな？なんてことはないでしょうか？

ちなみにスターターキットは下図のような感じですね。

こちらが価格帯でいうと20,000円ぐらいですね。

たしかにこちらがあれば、怖いものなし、最低限以上に備えられています。

ですが、最低限必要な構成のみでそろえた場合、価格差は歴然。

今回は最低限必要な構成をパパッと下のリストに表示しておきます。

ラズベリーパイ本体の購入先ですが、筆者は

スイッチサイエンス、マルツオンラインショップ、千石電商や秋月電子で

購入するのがおススメです。

最近は半導体不足の影響もあり、手に入りづらくなっており、

なかなかお手元に届かないことがありますのでお気を付けください。

実質、マウスやキーボードは既に持っているケースも多く、

その場合は新しく購入する必要はないと思います。

また使用環境にもよりますが、

ラズベリーパイを常時ディスプレイにつないで作業するわけではなく、

リモートで作業するといった場合には、初期設定時のみ必要で後は使いません。

なぜなら、自身のノートパソコンもしくはデスクトップパソコンでの作業になるからです。

筆者は、ラズベリーパイを同一ネットワークに属させ、

VNCツールでラズベリーパイに遠隔ログインしラズベリーパイの操作をしています。

結論、基本構成を最低限必要なアイテムだけそろえたら、15,000ぐらいには抑えられます。

※OSのインストールは自身で行うので苦手な方は素直にスターターキットを買いましょう。

OSインストールについては、最近は簡単になってきて比較的スムーズに進めるかと思います。

これもどこかで記事にしておこうかな……φ(..)メモメモ

事例について

基本的にラズベリーパイは何でもできるのですが、それでも得意不得意があります。

得意なことやできることは

• 受け取ったデータを処理する演算(演算能力が高いです)
• モノを動かすことよりも考えて判別するようなことの方が得意 モータとか動かせるけど、機械的な制御はArduinoと連携した方がいい
• GPIOを備えてるので、PLCのような使い方もできちゃいますね
• データベースと連携した処理系も申し分ないです

例えば、製造系の業務だとトレーサビリティに活用できますね。

また、パソコンよりも小さいので省スペース化が図れ、作業場などにも簡単に導入できます。

工場で使用されるインターフェースとの親和性も高いのでおススメです。

ポカヨケ防止のツールに活用されてみてはいかがでしょうか？

下図に筆者が考えた案を載せておきます。既に実用化されているとこもありますが、

従来の導入費用を考えると低コストで済むはずです。

※それなりの技術力、ITとOTを開発者は理解していないといけません……。

製品の外観検査にラズベリーパイ

構成としては、ラズベリーパイに市販のWebカメラを使って、

製品にキズがないかどうかを判定してくれるといった案になります。

先にも述べたように、ラズベリーパイは演算能力が他の小型ボードと比べても高く、

画像処理は得意な方に分類されます。

→　最近では、NVIDEAが出している、JetsonNanoといったボードが上かも？しれません。

従来、人の目でやっていた目視検査をラズベリーパイに行わせることで、

ポカヨケ防止、人的リソースの削減に効果が期待されます。

在庫管理に活用

これもラズベリーパイと市販のWebカメラを使った案になります。

こちらは、画像のように指定の位置に決められた部品が存在する棚があります。

ここで行われることは、指定の位置に現在部品が何個存在するか、

またどのタイミングで補給され、どのタイミングで搬出されたかをWebカメラで監視し、

状況データを記録するといったモノになります。

部品の在庫管理や入りと出の記録を残すことで、FIFOの取り組みにも活用できます。

※ FIFO ( First In First Ouの略で、先入れ先出しを意味します。)

部品を後に入れたモノから取り出していってしまうと、

先に入れたモノはなかなか出ることがなく、気づいたら使えない部品になっていたり、

どこかのタイミングで商品が切り替わった時に使えなくなり、

在庫として保有してしまい管理費がかかる。

といったのを、FIFOの考え方を取り入れることで効率よく部品を

使っていくといった事になります。

ただし、場所によってFIFOではなく、LIFO( Last In First Outの略で、後入れ先出し)といった場合もあります。

この一環として、案は使えるのではないでしょうか。

設備のデータをセンシングし予兆保全に活用！

これは、ラズベリーパイにセンサを接続し、

センサとつながれた設備のデータをセンシングすることで、

設備の予兆保全に活用するといった案になります。

ラズベリーパイは、アナログ値を受け取ることもできセンサとの相性がいいです。

これを利用して、設備の稼働に関連するパラメータを取得し、常時管理していくことで、

設備が故障するだろうといったのを予測し、

未然に故障を防ぐことでロスを削減できるといった効果が期待されます。

取得したデータをラズベリーパイ上で管理するか、上位のデータベースに蓄積するかは、

各人の判断にゆだねられますね。

※データベースを触ろうとすると、これに関する知識も身に付けねばなりません……。

覚えることばかりですね。

まとめ

ラズベリーパイについて長々と触れてきましたが、結論何でもできます。

工夫次第と技術次第で割といろいろなことができ、

むしろ多方面に知識を取り揃えていたらこんなことにも使えるなぁとか、

ここに使うのはどうだろうといったアイデアが生まれてきたときに

ラズベリーパイ使ってみようってなっていただけたら筆者としては嬉しい限りです。

読者の方もラズベリーパイを触って、

将来を豊かに変えていけるアイデアやツールを生み出していきましょう。

最後までお読みいただき、ありがとうございます。

ラズベリーパイの参考書に以下の本が便利

IoTや事例に関してはこちらがおススメ！

今回からラズベリーパイについても記事にしていこうと思います。

手始めとして、ラズベリーパイでLチカといわれる、LEDチカチカ(LEDの点滅制御)を

してみたので紹介していきます。

これはプログラムでいう、HelloWorldになりますので、気になる方は

この記事を参考に真似てみていただけたらなと思います。

ラズベリーパイとは？

ケンブリッジ大学(英)の教授らが設立した慈善団体”ラズベリーパイ財団”が開発した、

名刺サイズのコンピュータになります。

画像がラズベリーパイになります。

元々は教育用に開発されたコンピュータで、子供たちや学生たちにコンピュータ技術を

学んでもらってプログラミング知識や技術を身に付けてもらうことを目的としていました。

特徴

特徴としては、Pythonというプログラミング言語を使えるのが特徴になります。

子供たちや学生たち用に向けて、ゲームでプログラミングを覚えてもらうという面では、

マインクラフトもRaspberryPiで動かせるのが1つの魅力でもあります。

※通常ゲームで遊ぶマインクラフトとは違うので、

ゲームのみを楽しみたい方は製品版のマインクラフトをオススメします。

LinuxというOSで動作するようになっていて、

多くのアプリケーションを標準搭載したりしています。

誰でも簡単に使えるというのが特徴の1つでもあります。

また、OSも開発環境に合わせて自身でインストールすることもできるので、

カスタマイズも容易に行えます。

※最近ではWindows11を入れている人もいるだとか……。

主に複雑な処理を得意とします。

例えば、画像処理や複雑なデータを使った制御など。

ハードウェアの制御も得意ですが、アクチュエータの制御については、

Arduinoと絡めてやる方が効率的ではあります。

近年では、バージョンも上がり性能も格段と上がったので、

ラズパイ1つで出来てしまう場合もあります。

バージョン

最近ではラズベリーパイ4が最も新しいモデルになります。

下にモデルの流れを図示します。

どんなことができるの？

これはラズベリーパイでGoogle検索などをかけると、毎回のように多くの記事を見かけます。

基本的には、だいたいのことはできてしまいます。

以下、1例を箇条書きで載せておきます。

• ラジコン
• 音楽プレーヤー
• インターネットラジオ
• スマートホーム お家ハック、ラズパイでIoT家電の制御
• 監視カメラ
• Webサーバ
• 植物の水やり
• SNSを活用したボット TwitterやLINE
• AI画像判定器 画像内の物体認識　例　画像に移る人の検出
• UFOキャッチャー

とあるように、なんでも工夫次第で出来てしまいます。

中にはブログの運営をラズパイをサーバとして立ててやられている方もいるそうです。

Lチカを実装する

ラズパイについて簡単に触れてきましたが、いよいよLチカを実装していきます。

Lチカでは、LEDをラズベリーパイのGPIOボードにつなげて、点灯・消灯の制御を

行わせていきます。

GPIOボードは、下の画像の赤枠部分になります。

ラズパイのバージョンによって、ピン配置は変わってきます。

画像は、ラズベリーパイ3+になります。

使用するラズパイのピン配置は事前に調べるようにしておきましょう。

今回は、画像の以下のピンを使用します。

• 02番ピン : ＋5V
• 06番ピン： GND
• 12番ピン： GPIO 18

必要なモノ

以下に必要なモノをまとめています。

ラズベリーパイについては、初学者の方はスターターキット且つOSがインストールされているキットを購入されるのがおススメです。

じっくり理解を深めたい方であれば、ラズパイ本体と必要な部材を購入して

カスタマイズするのは良いと思います。

ラズパイとつなぐ

以下の図のようにしてつなぎます。

実際に配線してみると、下図になります。

Lチカを行うプログラム

LチカのプログラムはPythonで行っていきます。

GPIOの制御をPythonで行うには、

というライブラリを使います。

流れとしては、

1. GPIOの設定
2. GPIOの出力制御

この流れで大きくは行います。

GPIOの設定

GPIOを使うには、

まず以下の2つの設定を事前にする必要があります。

setmodeでは、GPIOをBCMもしくはBOARDのどちらで使用するかを設定します。

BCMは、割り当てられているGPIOのピン番号でピンの指定ができます。

BOARDは、GPIOピンをラズベリーパイの左から数えた時の

ピン番号で指定することができます。

例えば、ピン番号12のGPIO18を使用したい場合

BCMでは、18

BOARDでは、12

でそれぞれピン番号を使用できます。

今回は、BCMを使用しますのでsetmodeは、

となります。

setupでは、使用するGPIOピンを入力で使うか出力で使うかの設定を行います。

今回は、GPIOの18番ピンを出力として使うので、

※入力の場合は、RPi.GPIO.INになります。

GPIOの出力制御

使用するGPIOピンに対して、HighとLowの設定をするには、

を使います。

HighとLowはピンに対して電圧を印加するかしないか、

要はピンに対して＋5V(or 3.3V) or 0Vの設定をします。

Lチカでは、このTrueとFalseを繰り返し動作させることで、

チカチカしている演出が実現できます。

最終的コード

上記の説明からLチカのコードを書いていくと、最終的に以下のコードになります。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# ピンの定義
pin = 18  # LED接続ピンを変数に代入

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

try:
    for i in range(5):

        # 点灯
        GPIO.output(pin, True)
        time.sleep(1)  # 遅延処理
        # 消灯
        GPIO.output(pin, False)
        time.sleep(1)  # 遅延処理

finally:
    # GPIOポートの初期化
    GPIO.cleanup()

今回は、繰り返し処理なのでforループを使って、5回Lチカをさせています。

間隔としては、1秒間隔で点滅を繰り返します。

最後にGPIO.cleanup()をさせているのは、これをしないで再度プログラムを走らせると、

というエラーが出てしまうからです。

このエラーは、前回プログラムを実行した際のGPIOの設定を初期化していないと、

現れるエラーになります。

これを回避するのに、点滅の際の最後にGPIO.cleanup()を入れて、初期化をしています。

まとめ

ラズベリーパイのGPIOを使ってLチカをしてみたので紹介をしていきました。

ラズベリーパイを使ってハードウェア制御をしてみたい場合の入門にはちょうどいいので、

参考に真似てもらえればうれしいです。

今後もラズベリーパイについて記事を書いていくので、参考にしてもらえればと思います。

最後までお読みいただきありがとうございます。