OSC 2013 Tokyo/Spring

超小型 & 超安価 ARM コンピュータ

Raspberry Piでできること　～応用編～

Raspberry Pi で温度計を作ってみる（ GPIO の初歩として )

Japanese Raspberry Pi Users Group

あおしま　ひでき（ @azarashi55 ）

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自己紹介● あおしま　ひでき　

– 某中小企業のシステムエンジニア（と言う名の何でも屋）

– Twitter: @azarashi55 – こういうアイコンを見つけたら要注意

– Japanese Raspberry PI Users Group– 汎用制御装置 GVC の開発にも携わる

今日の内容

● GPIO （汎用入出力）端子の初歩

● Arduino との違いについて

● 今回使う I2C プロトコルの簡単な説明● 今回作る温度計に使うデバイスと配線● Raspbian の準備と実際の温度計スクリプト

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Raspberry Pi の魅力 -1-● CPU が（そこそこ）速い

– GPU 性能は抜群

● 安い（上位モデルの Model B で 35 米ドル）● 美味しい　　・・・かどうかは知りません　 (´ ・ ω ・ `)

– まじめに言うといろいろいじり甲斐がある– 応用がききます

→ARM 系ボード界の牛丼！？

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Raspberry Pi の魅力 -2-● GPIO （汎用入出力）ヘッダーがついている

– 普通の PC と異なり GPIO 端子がついていることにより、多種多様な外部デバイスを接続可能

● I2C 、 SPI 、 UART 、 etc...

– もちろん USB などの端子もあります

→ 普通の PC ではできないことができる！

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GPIO ヘッダーを見てみよう● GPIO ヘッダー

これです

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GPIO の応用例● よくある使い方

– USB- シリアル変換（ Model A で便利）

– LCD キャラクターディスプレイ

– GPS センサー

– モーター制御　　 etc...● ワイルドな使い方

– FM 送信機（個人的にこういうバカっぽいネタは大好き）

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Arduino との違い● Arduino は入出力電圧が 5V 、 Raspberry Pi は 3.3V

→ 接続したいデバイスの動作電圧に注意しましょう● Arduino と異なり Raspberry Pi は A/D 変換機能がない

→ アナログデータはデジタルで入出力しなければいけない

→ 場合によっては Arduino の併用が楽かもしれません

● ピンヘッダーが Arduino ではメス、Raspberry Pi ではオス

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温度計を作ろう● なぜ温度計か？

– 使用するデバイス（ TMP102 ）が比較的安価（ 600円ぐらい）で入手しやすい（ SWITCHSCIENCEなど）

– Raspberry Pi の GPIO ヘッダーに I2C （あとで触れます）の端子がある

– I2C 接続なのでデジタル入力で、かつ結線数が少ない→お手軽にできる　

→GPIO 入門にはいいかと

– I2C 接続以外では DS18B20の利用例もあります

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I2C ってなんだろう● I2C とは

– もともとは 1980年代初期に開発されたもの→その後改訂を経て今に至る

– シリアルデータ (SDA) とシリアルクロック (SCL) の２本の信号線のみで通信できる→実際にはこの他に電源ラインが必要→それでも電源ラインを含めて４本の結線で使える

– すでに特許が失効しているので自由に使える– １つのマスターと１つ以上のスレーブから構成される

– Raspbian のデフォルトのカーネルで I2C が使える

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実際に配線してみよう

● Fritzing で大体の見た目と配線図確認

回路図

TMP102

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実際にはこんな感じ● ブレッドボードのほんの一部しか使いません

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配線時の注意点● Raspberry Pi の電源を外しておく

● 念のため LAN ケーブル等も外しておく

● GPIO のピンヘッダーを扱う際には静電気に要注意（空気の乾燥、衣服の種類などに気を使い、事前に家具などの金属部に触れるといいでしょう）→ GPIO ピンヘッダーは CPU 直結なので注意しましょう

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Raspbian の準備 -1-● Raspbian ではイメージを SD カードに書き込んだままの状態では

I2C モジュールが有効になっていません

$ sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf(nano でなくてもいいですが最初から nano が入っているため )

● 右のスクリーンショットのようにblacklist i2c-bcm2708の一行をコメントアウト– 行頭に＃をつける

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Raspbian の準備 -2-● 次に I2C デバイスを使えるようにカーネルモジュ

ールを起動時に読み込むように設定します

$ sudo nano /etc/modules● 右のスクリーンショットの

ようにi2c-dev の一行を追加し

$ sudo reboot で再起動します

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Raspbian の準備 -3-● 一旦Raspberry Pi を再起動したら、

$ dmesg | grep i2c 　 ( $ dmesg | more でも OK)

で以下の 3行が出力されていることを確認します。

[ 4.686775] bcm2708_i2c bcm2708_i2c.0: BSC0 　　　　 Controller at 0x20205000 (irq 79) (baudrate 100k)

[ 4.897084] bcm2708_i2c bcm2708_i2c.1: BSC1 　　　　 Controller at 0x20804000 (irq 79) (baudrate 100k)

[ 14.220329] i2c /dev entries driver

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TMP102 の動作確認準備● I2C デバイスを操作するのに必要なパッケージをイ

ンストールします

$ sudo apt-get install i2c-tools python-smbus● 今回使用している温度センサー TMP102 は前記の

ように配線すると、 I2C アドレスが 0x49となります

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TMP102 の動作確認● 実際に i2cdetect というコマンドで確認してみます

● 上記のように 0x49の箇所に 49が表示されれば正常に通信できています→ I2C のチャンネルが Rev.1 では 0ですが、現在のRev.2 では 1 に変更されていますのでご注意下さい

● 具体的には、 i2cdetect コマンドの引数が異なります

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Python のスクリプト● 今回は先ほどインストールした Python の SMBus モジ

ュールを使いました。→ 極端にドキュメントが少ないです

→ google先生にいくら尋ねても本当にドキュメントがなくて泣けます

（私は情弱なのかしら）● 本当はクラスとか使ってきちっと書くのですが、スラ

イドなので簡略版

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というわけでスクリプト#!/usr/bin/env python

import smbus

# TMP102のI2Cアドレスは0x49

addr = 0x49

# SMBusの引数はRev.1の場合0、Rev.2の場合1

# 何度もハードコーディングしてスイマセン、スイマセン、スイマセン

i2c = smbus.SMBus(0)

# TMP102から２バイト読み込みます

temp = i2c.read_i2c_block_data( addr, 0 ,2)

# 最後に、TMP102のデータシート通りに温度を計算して、画面表示します

print temp[0] + (temp[1] >> 4) * 0.0625

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スクリプト動作結果

● I2C デバイスを操作するには root 権限が必要なので sudo コマンドを使って実行します

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温度計はほんの一例● 今回ご紹介した Raspberry Pi で温度計は、

あくまでほんの一例に過ぎません● GPIO のみではなく、有線 LAN 、無線

LAN 、 USB などとの組み合わせで応用範囲は無限大です

● ぜひ” Raspberry Pi で楽しみましょう”

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ご清聴ありがとうございました● 展示ブースにて、同じ回路で、きちんとソー

スコードを書いて、さらに Open JTalk を使った”しゃべる温度計”のほか、当 Users Group 有志の展示がありますので、ぜひお越しください