Raspberry Pi ZeroによるIoT入門 - Zero W 対応 -

今井一雅高知高専教授博士（情報学）著

マイコンボードRaspberry Pi Zeroを使った電子工作入門。大人から子供まで幅広い方々にもわかりやすい丁寧な設定解説

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発行年月日: 2017/10/27

判型: A5

ページ数: 176ページ

ISBN: 978-4-339-00901-9

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マイコンボードRaspberry Pi ZeroやZero Wを使ったIoTの入門書。初心者にもわかりやすい設定解説で，大人から子供まで幅広い層の方々がネットワークを用いたさまざまな遠隔計測制御を学べるようにした。

IoT (Internet of Things) は，いろいろなモノをインターネットに接続してデータを収集し処理することにより，生活を豊かにしたり，仕事を効率化する仕組みです。本書は，このIoTの中核としてマイコンボードのRaspberry Pi Zero（ラズパイZeroと略します）を用いて，幅広い年齢層の皆さんにネットワークを使った遠隔計測制御を学んでもらうために書かれた入門書です。

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）は，青少年のコンピュータ科学教育の促進のために設立された英国ラズベリーパイ財団(Raspberry Pi Foundation) が開発した，小型のマイコンボードです。2012年に財団が設立されて以来，わずか5年間で1000万台を超えるRaspberry Piが，教育だけでなくさまざまな分野で使われています。
ラズパイZeroは，2015年11月に登場した5ドルという超低価格なRaspberry Piで，初代のものから比べてCPUが高速化され，さらに小型になりました。そして，LinuxのOSであるRaspbian上で，グラフィカルユーザインタフェース(GUI)でも操作できる，とても魅力的なマイコンボードです。また，2017年2月には，無線LANとBluetoothが内蔵された10ドルのラズパイZero Wが登場し，大変脚光を浴びています。

本書では，このラズパイZeroとラズパイZero Wをフルに活用するさまざまなノウハウを紹介します。特に，ラズパイZeroとラズパイZero W だけが可能な「Zero over USB」では，本書のカバー写真にありますように，USBケーブル1本でパソコンにラズパイZeroを接続してソフトウェア開発が可能となります。このZero over USBを使うための設定手順を2章で紹介し，3章ではVNCを使ったGUIの利用，そして4章ではラズパイZeroやラズパイZero Wを便利に使う方法について説明します。また，5章ではラズパイZeroでも可能な音楽再生とインターネットラジオの聴取について，6章ではラズパイZeroの入出力インタフェースであるGPIOの制御について，7章ではラズパイZeroにカメラを接続した実用的な見守りシステムを紹介します。8章では気軽にIoTを試すことのできるBlynkを使った遠隔計測制御について説明し，さらに9 章では，ラズパイZero に接続できるKaracrix拡張I/OボードやHATについて紹介します。巻末の付録では，よく使うLinuxコマンドやエディタの使い方などについても説明します。

以上のように，本書ではラズパイZeroを中心とした広範囲なIoTの知識を身に付けることができます。また，本書のZero over USBの部分以外の内容は，他のRaspberry Pi2や3にも応用することができます。本書が，多くの方にとって，プログラム作成だけでなく，ラズパイZeroに接続する周辺回路の電子工作を楽しむきっかけになればと思っております。

本書は，文部科学省・平成26年度宇宙航空科学技術推進委託費・実践的若手宇宙人材育成プログラムに採択された「国立高専超小型衛星実現に向けての全国高専連携宇宙人材育成事業」（代表：高知高専・今井一雅）で，学生グループが開発する超小型衛星の心臓部にラズパイZeroを使う先進的な取り組みの成果でもあります。この事業が目指す宇宙人材育成のための宇宙開発の試みが，IoT教育につながったことを大変うれしく思っております。

最後に，本書の執筆に際して，Karacrix拡張I/Oボードを開発されたエスアイ創房の高柳雅行氏，ラズパイZeroのプログラムなどの開発にご協力いただいた今井研究室OBの森山博氏と佐々木渉氏には，大変お世話になりました。また，本書の執筆にあたって，いろいろなご支援をいただいたコロナ社に感謝致します。

2017年8月　今井一雅

1.　ラズパイZeroによるIoTについて
1.1　ラズパイZeroとは
1.2　4種類のラズパイZeroの接続方式について
　1.2.1　Zero over USB方式
　1.2.2　無線LAN接続方式（ラズパイZero Wの場合）
　1.2.3　無線LAN接続方式（ラズパイZero の場合）
　1.2.4　ローカル有線LAN接続方式
　1.2.5　有線LAN接続方式
1.3　ラズパイZeroのOSとインタフェース

2.　マイクロSDカードのイメージ作成と設定
2.1　準備するもの
2.2　Windows 10の場合の事前準備
　2.2.1　圧縮ファイル解凍ソフトウェアLhaplusのインストール
　2.2.2　マイクロSDカードのフォーマットソフトウェアのインストール
　2.2.3　Win32DiskImagerのインストール
　2.2.4　Bonjourのインストール
　2.2.5　通信ソフトウェアTera Termのインストール
　2.2.6　Real VNC Viewerのインストール
　2.2.7　テキストエディタTeraPadのインストール
　2.2.8　RNDISドライバのインストール
　2.2.9　Raspbianイメージのダウンロード
　2.2.10　RaspbianイメージのマイクロSDカードへの書き込み
　2.2.11　Zero over USBのためのWindowsでの初期設定
　2.2.12　ラズパイZeroの起動
　2.2.13　RNDISドライバのインストールができていない場合の対応
　2.2.14　インターネット共有の設定
　2.2.15　ラズパイZeroにSSH接続
　2.2.16　インターネット接続の確認
　2.2.17　ラズパイZeroのシャットダウン
2.3　Mac OS X 10の場合の事前準備
　2.3.1　Raspbianイメージのダウンロードと設定
　2.3.2　MacでのZero over USB
　2.3.3　Real VNC Viewerのインストール
　2.3.4　ApplePi-Bakerのインストール
2.4　Raspbianのパスワード変更とアップデート

3.　VNCによるGUIの利用について
3.1　VNC接続のための準備
3.2　VNC接続と各種設定
　3.2.1　VNC接続の手順
　3.2.2　VNCを使ったラズパイZeroの各種設定
　3.2.3　日本語入力の設定
　3.2.4　マイクロSDカードのバックアップ

4.　ラズパイZeroとZero Wを便利に使う方法
4.1　ラズパイZero WでのBluetoothの接続方法
4.2　無線LANの設定方法について
4.3　Sambaによるファイル共有
4.4　シャットダウン機能の追加

5.　ラズパイZeroによる音の再生について
5.1　準備するもの
5.2　USBスピーカーの設定
5.3　Radio Trayでインターネットラジオを聴く
5.4　VLCメディアプレーヤーでMP3ファイルなどの音を聴く

6.　ラズパイZeroのGPIOの制御について
6.1　GPIOの設定方法
6.2　GPIOコマンドの使い方
6.3　RPi.GPIOライブラリを使ったPythonプログラム
6.4　WiringPiを使ったPythonプログラムについて
6.5　PHPを使ったGPIO制御について

7.　ラズパイZeroによる見守りシステム
7.1　ラズパイZero見守りシステムのコンセプト
7.2　準備するもの
7.3　プログラム
　7.3.1　MP4への変換ソフトウェアのインストール
　7.3.2　録画プログラム
　7.3.3　WebサーバソフトウェアApacheとPHPのインストールなど
　7.3.4　Web公開用プログラム
　7.3.5　自動起動と古いファイルの自動削除について
7.4　組み立て
　7.4.1　カメラユニットの動作確認
　7.4.2　人感センサとLEDの動作確認
　7.4.3　トリガーモードの変更
　7.4.4　組み込みについて
7.5　見守りHATの紹介

8.　BlynkによるIoTについて
8.1　Blynkについて
8.2　ラズパイZero側の準備
8.3　Blynkアプリのインストール

9.　ラズパイZeroの拡張ボードとHATについて
9.1　Karacrix拡張I/Oボード
　9.1.1　拡張I/Oボードの特徴と使用方法
　9.1.2　拡張I/OボードのPythonライブラリ
　9.1.3　フリーソフトウェアKaracrixBuilderの利用
9.2　ラズパイZero用のHATの紹介

付録
A.1　よく使うLinuxコマンド
A.2　テキストエディタの使い方
　A.2.1　nanoエディタの使い方
　A.2.2　viエディタの使い方
　A.2.3　ngエディタの使い方
A.3　マイクロSDカードのイメージのリサイズ

索引

[豆知識]
　ラズパイZeroやラズパイZero W / WH の入手方法
　各種のアダプタの紹介
　ラズパイZero基板の足の取り付けについて
　Bonjourについて
　IPアドレスについて
　SSH接続について
　StretchとStretch-Liteの違い
　MACアドレスについて
　Windowsパソコンで使用するUSBポートについて
　NTP接続ができない場合について
　ラズパイZeroとパソコンの間のファイル転送について
　MacのSSH接続時のトラブル対応について
　ファームウェアの更新
　VNCサーバのタイムアウトについて
　「らじるらじる」でNHKラジオを聴く
　Python言語のPython2.7系とPython3系について
　抵抗入りLEDの入手方法
　圧電スピーカーと人感センサの入手方法
　配線用のワイヤの入手方法
　WiringPiのPythonプログラムを4.9系で動かす方法について
　使用部品の購入先（参考情報）
　ラズパイZero基板への40ピンヘッダの取り付けについて