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Raspberry Piで始める電子工作

作成日：2016年11月03日

作成者：佐藤春菜

1

構成

自己紹介

RaspberryPiとは

ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～

ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～

ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

まとめ

引用・参考資料2

自己紹介

名前：佐藤春菜

入社：2014年6月

言語：Java、（大学時代に）C、C＃

趣味・好きなこと、最近のこと：・美術鑑賞（バロック絵画。最近は印象派もすきです）

・音楽鑑賞（ロキノン・クラシックをよく聴きます）

・アニメ鑑賞（今期はSB69が面白いとおもいます）

・日本酒（よくのみます）いちおう部員

・TG部とか英会話とかもたびたび出没します。帰社率高めです

・好きなポケモンはリザードンとニンフィアとジバコイルとルチャブル

・最近Pythonの勉強始めました！

3

RaspberryPiとは

4

RaspberryPiとは

◆Wikipediaから拾ってきた情報によると・・・

RaspberryPi（ラズベリーパイ）は、

ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ

イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている

初期モデルは2012年2月29日に発売

売り上げ台数は累計800万台以上（2016年2月29日時点）

日本ではラズパイとも呼ばれる（以降はラズパイ表記）

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RaspberryPiとは

◆現在までに発売されているモデル一覧

Raspberry Pi 1 Model A ※現在販売終了

Raspberry Pi 1 Model A+

Raspberry Pi 1 Model B ※現在販売終了

Raspberry Pi 1 Model B+

Raspberry Pi 2 Model B


Compute Module

Raspberry Pi Zero6

RaspberryPiとは

◆現在までに発売されているモデル一覧

Raspberry Pi 1 Model A ※現在販売終了

Raspberry Pi 1 Model A+

Raspberry Pi 1 Model B ※現在販売終了

Raspberry Pi 1 Model B+



Compute Module

Raspberry Pi Zero

★今回使用するモデル

最新版

入手しやすい

比較的高性能7

RaspberryPiとは

図：Raspberry Pi 3 Model B

発売日 2016年3月

価格 35ドル（約3700円）

CPU ARM Cortex-A534コア 1.2GHz(64bit)

メモリ 1GB

USBポート 4

ネットワークあり

ストレージ microSDカード

大きさ 85.60 mm × 56.5 mm

重量 45 g

消費電力 1.4A (7W) 最大 2.5A (12.5W)

◆Raspberry Pi 3 Model Bのスペック

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RaspberryPiとは

◆実物

9

ＩＣ・クレジットカードと同じ大きさ！

RaspberryPiとは

◆ラズパイで作れるもの

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RaspberryPiとは


ロボット

11

RaspberryPiとは


ロボット

デジタルカメラ

12

RaspberryPiとは


ロボット


タブレット

13

RaspberryPiとは


ロボット


タブレット

スパコン

14

RaspberryPiとは


ロボット


タブレット

スパコン

◆作ろうと思えばなんでも

何でも作れちゃう！

それがラズパイの魅力15

RaspberryPiとは

◆ということで、本発表の目的

ラズパイを利用した電子工作を発表することにより

ラズパイの面白さについて知ってもらう！

16

RaspberryPiとは

◆今回作成するもの

12月っぽくクリスマスの電飾を作る

赤とか青とか緑とか、

色ごとにばらけて点滅する

人間を感知したら点滅が始まる

（人感センサー利用）

人気がなくなったら点滅を止める

※画像はイメージです17


18


◆ラズパイ初期セットアップに必要なもの

ラズパイ本体 Raspberry Pi 3 Model B

ラズパイ用ケース（なくてもいいけどあると良し）

USB電源アダプタ＆マイクロUSBケーブル

ディスプレイ（テレビで代用可能）

HDMIケーブル

有線キーボード

有線マウス

MicroSDカード（8GB以上推奨）19


◆Amazonで買い揃えた場合の予算

ラズパイ本体 Raspberry Pi 3 Model B ⇒4,585円

ラズパイ用ケース ⇒780円

USB電源アダプタ＆マイクロUSBケーブル ⇒0円（家にあるやつ）

ディスプレイ（テレビで代用） ⇒0円（家略）

HDMIケーブル ⇒0円（家略）

有線キーボード ⇒0円（家略）

有線マウス ⇒0円（家略）

MicroSDカード（16GB） ⇒680円 20


◆OSのインストール

・MicroSDにOS Raspbian（ラズビアン）をインストールする

公式HPにアクセスする

https://www.raspberrypi.org/

downloads/

NOOBS（ヌーブス）を選択する

21


◆OSのインストール

・LITEはOSが含まれていないため、NOOBSを選択

NOOBSの"download ZIP"を

選択

※約1GBあり。

DLに時間がかかる

完了後、MicroSDにコピー

22


◆ラズパイ初期設定

写真の通りに周辺機器を接続

電源ケーブルを接続すると

ラズパイが起動

画面に出てくる指示に従い

セットアップする！

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電源ケーブルを差す

USBポートにはマウスとキーボードを接続

有線環境の場合LANケーブルを接続

HDMIケーブルを接続


◆ラズパイ初期設定

あとは日本語設定に変更したり。。。

パスワード変更したり。。。

必要なソフトウェア入れたり。。。

パッケージのアップデートしたり。。。

ネットで「ラズパイセットアップ」で検索すれば

いろいろでてきます。

使いやすいようにカスタマイズしましょう！24


◆今回使用する言語「Python」（いまだに発音わかりません）

Python（パイソン）は、汎用のプログラミング言語

コードがシンプルで扱いやすい

プログラム実行はインタプリタ方式

最新バージョンは3.5（2015年9月13日リリース）

Windows、Linux/Unix、Mac OS Xなどの

主要なオペレーティングシステムはもちろん、

Javaや.NETなどの仮想環境でも動作する

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◆Pythonのインストール

Windows

・以下ＵＲＬから適切なものを選択し、インストールする

http://www.python.org/

Rasbian

・標準でPythonが入っているため、インストール不要

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◆実行形式

Windowsで実行する場合

Linux系OSで実行する場合

# Python2で起動$ python ファイル名.py

# Python3で起動$ python3 ファイル名.py

# Python3で起動> python ファイル名.py

27


28


◆初めての電子工作、「Ｌチカ」をやってみる

Ｌチカとは名前の通りＬＥＤライトをチカチカ点滅させること

ＩｏＴ界における ”Hello, world!” にあたる

29


◆材料を揃える

・LED

・抵抗

・ブレッドボード

・ジャンプワイヤ（オスメスケーブル）

大体Amazonほかオンラインショップで買い揃えられる

ラズパイ工作向けキット（上記全部入り）も発売されている

30


◆秋月電子通商で買い揃えた場合の費用

・LED（1個あたり40円）

・抵抗（1個あたり1円）

・ブレッドボード（300円程度）

・ジャンプワイヤ（オスメスケーブル）（1本あたり20円）

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◆LED

長い方が＋、短い方が－

色を指定できるフルカラーLEDやLEDテープなどがある。

32

ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆抵抗

LEDには流していい電力が

決まっている

（抵抗なしで必要以上の電流を

流すとLEDは壊れてしまう）

今回は330Ωのものを使用

GPIOピンの電圧：3.3V

抵抗に加わる電圧：3.3 – 2.6～2.7 = 0.6～0.7V

2mA流した場合：

電圧 ÷ 電流 = 0.6～0.7 ÷ 0.02 = 300～350Ω33


◆ブレッドボード

はんだづけせずに電子回路組みを試すことができる基盤

34


◆ジャンプワイヤ

ラズパイとブレッドボードを

接続するのに必要

35


◆電子回路を組む

ラズパイのピンは

それぞれ役割が異なる

1番・17番は3.3Vの電源

2番・4番は5Vの電源

黒丸はGND（接地）

GPIOピンから回路に電源を

とり、最後はGNDに戻す

ピン番号表記

GPIO表記36


◆電子回路を組む。ただ単純に光らせるだけなら・・・

37

＋極

－極

抵抗

LED

【接続】

1番のピンから3.3Vの電源をとる

抵抗、LEDが直列になるように接続する

最後にGNDに電流を逃がす

ように接続

電源から供給


◆電子回路を組む。目的はLピカではなくLチカ！

38

＋極

－極

抵抗

LED

【接続】

GPIO2から出力を制御

抵抗、LEDが直列になるように接続する

最後にGNDに電流を逃がす

ように接続

GPIO2「電圧流す」



【ブレッドボード】

抵抗：c1-c4

LED：e4(+)-e5(-)

【ブレッドボードとラズパイ】

ジャンパーワイヤ（赤）：

a1-ピン番号3(GPIO 2)

ジャンパーワイヤ（黒）：

a5-ピン番号6(GND)

ＬＥＤ

抵抗電気の流れる

向き

39


◆Ｌチカサンプルプログラム（demo1.py）

40


◆Ｌチカサンプルプログラム（demo1.py）一部抜粋

41

# GPIO番号指定GPIO.setmode(GPIO.BCM) #・・・①

# GPIO2出力指定GPIO.setup(2, GPIO.OUT) #・・・②

①GPIO番号指定モードの設定を行うボードピン番号で指定する場合は以下の通

り記述GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

②GPIOの入出力の設定を行う引数1にピン番号（GPIO番号）、

引数2に入出力の設定今回は出力指定


◆Ｌチカサンプルプログラム（demo1.py）一部抜粋

42

try:while True:

GPIO.output(2, GPIO.HIGH) #・・・③sleep(1)GPIO.output(2, GPIO.LOW) #・・・④sleep(1)

except KeyboardInterrupt: #・・・⑤pass

GPIO.cleanup() #・・・⑥

③④ピンの電圧を指定・HIGH(3.3V) ⇒LEDを光らせる・LOW(0V) ⇒LEDを光らせない

⑤ユーザが割り込みキー（Ctrl+cとか）を押下したときに発生※passは処理を行わない

⑥GPIO設定をリセット


◆実行結果

43


44


◆人感センサ

焦電型赤外線センサモジュール

今回使用するのは以下スペック

・最大検知距離：３～５ｍ

・検知角度：１００度

45



【ブレッドボードとピン番号の紐づけ】

c8-ピン番号6(GND)

c9-ピン番号12番(GPIO18)

c10-ピン番号4番(5vの電源)

人感センサレンズのついていないほうがa側

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◆人感センササンプルプログラム（demo2.py）

47


◆人感センササンプルプログラム（demo2.py）一部抜粋

48

try:while True:

if GPIO.input(18)==1: #・・・①log()sleep(1)

except KeyboardInterrupt:pass ①ピンの電圧状態を読み取る


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◆準備したもの

ラズパイセット

LED（赤×5、青×5、緑×5）

人感センサ

抵抗（330Ω×3）

ブレッドボード

ジャンプワイヤ（たくさん）

はんだづけセット

クリスマスツリー50


◆費用内訳

ラズパイセット 6,000円程度

LED（赤×5、青×5、緑×5） 300円程度

人感センサ 500円程度

抵抗（330Ω×3） 3円程度

ブレッドボード 300円程度

ジャンプワイヤ（たくさん） 500円くらい？

はんだづけセット 3,000円程度

クリスマスツリー 1,000円程度51


◆電子回路を組む前に

LEDをたくさん光らせたいが、GPIOには限りがあるため

赤・緑・青の3パターンで光るタイミングが異なるように実装

順番は赤⇒緑⇒青

上記よりつなぎ方は並列。※直列だと電圧を多く必要とする

はんだづけでうまくやる

ちなみに、シフトレジスタを用いれば

個別にLEDの点滅を制御できるらしいです（今回は不使用）52



【ピン番号の紐づけ（電飾赤）】

a15-ピン番号36(GPIO16)

a19-適当なGND

【ピン番号の紐づけ（電飾緑）】


a24-適当なGND

【ピン番号の紐づけ（電飾青）】


a29-適当なGND

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◆電飾用サンプルプログラム（demo3.py）

54


55


◆実行結果

56


◆所感

なんか想像したのと違う。

57


◆原因

色が少ないからしょぼい(´・ω・`)

58


◆ということで買ってしまったフルカラーLED（ここからは番外編）

１つのＬＥＤで３原色を発光する

色を混ぜることでフルカラーを

表現可能

一個50円程度

59


◆ということで買ってしまったフルカラーLED（ここからは番外編）

左１：緑の出力

左２：青の出力

右２：－極（カソード）

右１：赤の出力

60


◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）

61


◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）一部抜粋

62

# パターン1のGPIO番号red_pin1 = 5green_pin1 = 6blue_pin1 = 12# パターン2のGPIO番号red_pin2 = 13green_pin2 = 19blue_pin2 = 26# パターン2のGPIO番号red_pin3 = 16green_pin3 = 20blue_pin3 = 21

# 出力指定GPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(red_pin1, GPIO.OUT)GPIO.setup(green_pin1, GPIO.OUT)GPIO.setup(blue_pin1, GPIO.OUT)GPIO.setup(red_pin2, GPIO.OUT)GPIO.setup(green_pin2, GPIO.OUT)GPIO.setup(blue_pin2, GPIO.OUT)GPIO.setup(red_pin3, GPIO.OUT)GPIO.setup(green_pin3, GPIO.OUT)GPIO.setup(blue_pin3, GPIO.OUT)



63

# PWMの指定red1 = GPIO.PWM(red_pin1, 50) #・・・①green1 = GPIO.PWM(green_pin1, 50)blue1 = GPIO.PWM(blue_pin1, 50)red2 = GPIO.PWM(red_pin2, 50)green2 = GPIO.PWM(green_pin2, 50)blue2 = GPIO.PWM(blue_pin2, 50)red3 = GPIO.PWM(red_pin3, 50)green3 = GPIO.PWM(green_pin3, 50)blue3 = GPIO.PWM(blue_pin3, 50)

①パルス幅変調の処理(Pulse Width Modulated)引数2でデューティ比を指定する電気のオンとオフの時間の割合を半分に指定

※疑似アナログ制御ラズパイのGPIOはデジタル出力のため値は0と1（ON/OFF）のどちらか1周期の中でONにしている時間とOFFにしている時間の比率（デューティ比）を使うことで0～100%の値を扱うことができるようになる⇒色相・明暗の調整が可能



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# 初期の色調設定red1.start(100) #・・・②green1.start(0)blue1.start(0)red2.start(0)green2.start(100)blue2.start(0)red3.start(0)green3.start(100)blue3.start(0)

sleep(T)

②初期の色設定パターン１：赤パターン２：緑パターン３：青



65

try:while True:

# 1：緑 2：青 3：紫 #・・・③change_Led_Color(red1, green1, blue1, 0, 100, 0)

change_Led_Color(red2, green2, blue2, 0, 0, 100)change_Led_Color(red3, green3, blue3, 50, 0, 50)sleep(T)

③初期の色設定から変化させるパターン１：赤→緑パターン２：緑→青パターン３：青→紫

④ChangeDutyCycleでデューティ比を変更

# 色調変化change_Led_Color(red, green, blue, v1, v2, v3):

red.ChangeDutyCycle(v1) #・・・④green.ChangeDutyCycle(v2)blue.ChangeDutyCycle(v3)


◆RGBを指定して作れる色（ざっくり）

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備考：RGB指定をするとこのような結果が得られる（はず）


◆実行結果

67


◆所感

想像したよりもしょぼい出来の良いものになった！

Pythonの勉強も電子工作も楽しかった！（小並感）

いろいろ買い揃えるとお金がかかる＆こだわりすぎると終わらない

人感センサーの認識がやや甘い？（設定はいろいろできるみたい）

Kinectみたいに骨格認識やカメラからフェイストラッキング

したほうが認識精度高そうで良いかも

あんまりPythonが有効活用できていない 68

まとめ・今後の展望

69


◆まとめ

小型で安価なマイコン、ラズパイはアイディア次第で

様々な電子工作が楽しめる

初心者向けにキットが発売されていたり、ネットの海には

サンプルソースがごろごろ転がっているので敷居は低い

ボーナスも出るし、冬期休暇にラズパイの電子工作にチャレンジしてみませんか？

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◆今後の展望（挑戦してみたいこと）

来年のクリスマスも機会があれば再チャレンジしたい

（音声出力とか、フルカラーＬＥＤテープとか。。。）

せっかくPythonの勉強を始めたので、今度は機械学習について理解を深めたい

また発表する機会があれば、音声認識・音声出力、表情認識に関する成果物を発表したい！

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引用・参考資料

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Raspberry Pi 公式サイト

https://www.raspberrypi.org/

Python 公式サイト

www.python.jp/

Raspberry Pi - Wikipedia

https://ja.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi

Python - Wikipedia

https://ja.wikipedia.org/wiki/Python

IT女子のラズベリーパイ入門奮闘記

http://deviceplus.jp/category/hobby/raspberrypi/

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悪魔のロボットも作れる？ロボット制御ができる「ラズベリーパイ」とは【導入編】

https://liginc.co.jp/217398

第20回 LEDに接続する抵抗値を計算する

第26回 Raspberry PiのGPIOを制御する (Python編)

https://tool-lab.com/make/raspberrypi-startup-20/

https://tool-lab.com/make/raspberrypi-startup-26/

Raspberry Piに焦電型赤外線（人感）センサーを接続してみた (Python)

http://qiita.com/aryoa/items/72c40f241f868e25eb71

Raspberry Pi × Wiring Pi でクリスマスツリーを作ってみた【準備編】 (c言語)

https://amg-solution.jp/blog/4557

小型PC「ラズベリー・パイ」で自作した神作品10選の猛者たちが天才過ぎる！

http://plus.appgiga.jp/masatolan/2014/05/01/52120/

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以上、ご清聴ありがとうございました！

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