目次 1 研究背景と目的 2 本論に入る前に 2.1 農業について 2.2 次世代農業とは 3 本論 3.1 農業支援システムについて実装する機能得られるメリット 3.2 画面説明機能説明定点カメラアルバム連続再生 3.3 製作

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ありみちあみおか
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1 平成 27 年度卒業研究卒業論文 Raspberry Pi を用いた農業支援システム自動灌水と定点観測をお手軽に構築近畿大学工学部情報システム工学科学籍番号岡田裕樹 2016 年 2 月 8 日提出 1

2 目次 1 研究背景と目的 2 本論に入る前に 2.1 農業について 2.2 次世代農業とは 3 本論 3.1 農業支援システムについて実装する機能得られるメリット 3.2 画面説明機能説明定点カメラアルバム連続再生 3.3 製作計画の変更点 3.4 製作結果 3.5 苦労した点 3.6 課題 4 技術要素 4.1 開発環境 4.2 Raspberry Pi ラズベリーパイ OS Raspbian ラズビアン GPIO RaspberryPi の GPIO 配置図 GPIOPIN 各種説明 4.3 Apache 4.4 mjpg-streamer 4.5 HTML5 4.6 PHP 4.7 CGI 4.8 Python 4.9 JavaScript 4.10 シェルスクリプト 4.11 Bash 5 終わりに 6 謝辞 7 参考文献引用 8 付録 2

1 研究背景と目的私の祖父は農業従事者であり子供の頃からその手伝いをしていた農作業を経験していくうちに農業に興味を持ち農業について学習するために農業高校へと進学したしかしそのまま農業を始めたり農業大学へと進学するわけではなく農業と全く別の分野である情報技術に興味を持った IT 社会と呼ばれている現代社会では情報技術を駆使することが競争社会で生き残るための 1

3 1 研究背景と目的私の祖父は農業従事者であり子供の頃からその手伝いをしていた農作業を経験していくうちに農業に興味を持ち農業について学習するために農業高校へと進学したしかしそのまま農業を始めたり農業大学へと進学するわけではなく農業と全く別の分野である情報技術に興味を持った IT 社会と呼ばれている現代社会では情報技術を駆使することが競争社会で生き残るための 1 つの方法ではないかと私は考えたそのためこれから何をするにしても情報技術を活用することは必要だと考え今の近大工学部情報システム工学科へと進学し情報技術を学習している 2 つの異なった分野からヒントを得て情報技術を農業に組み合わせることによって農業を活性化させることに繋がるのではないかと考えたそして今回人が農業を嫌う理由について追求し原因を軽減させることを目的とした情報技術の研究を進めることにした情報機材としては低コストで応用の幅が広いということで Raspberry Pi を採用した 2 本論に入る前に以下は本論に入る前に一読していただきたい文章である 2.1 農業について生きる上で必ず必要な食を提供する職業なのだが農業従事者の減少や高齢化が進むなど様々な問題を抱えている [1][2] 表 1 を見ると人口の総数が昭和 25 年から平成 20 年にかけて増え続けたが平成 20 年をピークに年々減少し続けている年少人口は昭和 30 年以降減り続けている子供が減っているのは最近の話だと思われがちだが実はもっと昔から減り続けているということがわかる一方で老年人口は昭和 25 年から増え続けており少子高齢化が昔から続いていることがわかる表 2 では農業の就業人口を表している平成 21 年からのデータであるが農業就業人口は年々減り続け平均年齢が上がっているここにも少子高齢化の影響が見て取れる表 3 では新規就農者数を表しており 6 万人前後で増える年もあれば減る年もあるしかし平成 25 年は急に落ちており新規就農者数が減りつつあるのかもしれない新規就農者が増えない原因として挙げられるのは土地を購入する費用や農業機械を購入する費用としての初期投資が大きいことであるまた農作物は天候や気温湿度などの自然環境にも大きく影響されるため確実な収入が見込めない職業でもあるということもあるこれらの問題を解決できない限り新規就農者は減る一方で農業が発展することもなく衰退していくばかりだろう 3

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水温や栄養素をコンピュータで制御した水耕栽培や監視カメラを使用した害獣対策自動灌水などを使った農業がそれにあたる大型の機械を採用したものでは全自動いちご収穫機などがある [3] 3 本論 3.

5 2.2 次世代農業一般的には機械や情報技術を駆使し従来の農業より効率的に高品質の作物をつくることを目的とする農業のことを次世代農業と言う機械や情報技術を使うことで人件費を減らし一人あたりの生産量を増やすことで従来の農業より収益を得やすくなっているその反面設備を設置するための初期投資が大幅に高くなってしまうという欠点があるそのため国からの農業支援のための助成金や貸出を利用することも考えなければならない水温や栄養素をコンピュータで制御した水耕栽培や監視カメラを使用した害獣対策自動灌水などを使った農業がそれにあたる大型の機械を採用したものでは全自動いちご収穫機などがある [3] 3 本論 3.1 農業支援システムについて今回制作した農業支援システムとは農業や園芸を行っている方を対象としており毎日の作業量を少しでも減らすことを目的とした制作物である大規模なシステムを構築することは可能であるが費用の関係上実験として小規模での使用を想定しているプランターや植木鉢など 5

3.1.1 実装する機能赤外線カメラを使用し,夜間でも農場の様子を見ることができるようにする. 赤外線 LED を使用し,赤外線カメラの可視範囲を広げる. Raspberry Pi をサーバー化し,Web を経由して映像の確認を可能にする. 土壌湿度センサーの値を取得し電動ポンプによる自動灌水を可能にする. 3.1.2 得られるメリット対象が家庭菜園だと仮定して

6 3.1.1 実装する機能赤外線カメラを使用し,夜間でも農場の様子を見ることができるようにする. 赤外線 LED を使用し,赤外線カメラの可視範囲を広げる. Raspberry Pi をサーバー化し,Web を経由して映像の確認を可能にする. 土壌湿度センサーの値を取得し電動ポンプによる自動灌水を可能にする得られるメリット対象が家庭菜園だと仮定して一度灌水するのにかかる時間と様子を見に行く時間を合わせて 5 分程度とする 1 日あたりで見るとほんの少しの時間であるが灌水という作業は毎日あるので年間で約 30 時間をその作業に費やすこととなるそして灌水は毎日必要な作業のため泊まりがけで旅行にいくこともできないそういった作業による時間拘束を無くすためにこの農業支援システムがあるまた自動灌水機能だけではなく定点観測の機能を実装させているため自分が育てた植物がどのように成長していくかを見ることができる 3.2 画面説明機能説明今回制作した農業支援システムは PC タブレット端末スマートフォン端末のどれでも使用することができるしかし基本は外出時にいつでも使用することが出来るということを想定しているためスマートフォン端末で使用することを前提に設計している灌水先は植物の根本に設置し水分センサは直接水がかからないよう植物から離れた土壌に差し込んでいる今回の場合は植物から 5cm ほど離している定点カメラ図 1 [5] このページは今回制作した農業支援システムのトップページであり RaspberryPi のカメラ映像を常時見ることができる画面下には灌水ログがあり自動灌水によって灌水が行われると日時と灌水しましたという文章が表示されるようになっているこの表示によって正しく灌水ができているという確認ができるようになっている 6

湿度の基準は水分センサから得られた電圧の数値を元に当てはめており数値が 30 以下になると数値が 40 を超えるまで灌水するように設定しているカメラ映像と灌水ログの間にアルバムと書かれたボタンがありそれを押すと１０分おきに撮影された画像の一覧が表示されているページへ移動する 3.2.

7 湿度の基準は水分センサから得られた電圧の数値を元に当てはめており数値が 30 以下になると数値が 40 を超えるまで灌水するように設定しているカメラ映像と灌水ログの間にアルバムと書かれたボタンがありそれを押すと１０分おきに撮影された画像の一覧が表示されているページへ移動するアルバム図 2 [6] このページでは１０分おきに定点カメラによって撮影された画像が一覧となって表示されている並びは降順になっており新しく撮影された画像が常に上に来るように設定している横４列で縦にあるだけ並ぶようになっているが横４列にした理由としては iphone に初期から入っている写真閲覧アプリが横４列になっていることから参考にした視認性が良い状態でかつより多くの画像を表示するのは横４列が最適なのだろう画面上部の戻るを押すとトップページに戻り連続再生のボタンを押すと撮影した画像を連続再生するページへ移動する連続再生図 3 [7] このページでは 10 分ごとに撮影した画像をスライドショーのように連続再生することができる画面上部のスライドバーは再生速度を表しており 10 単位で速度を変えることができる再生速度は 10~300 まで変更可能となっている再生速度を変える場合ストップボタンで再生を一度止めスタートボタンを押すことによって再生速度が適用されるようになっている画面上部の戻るを押すとアルバムのページに戻る全体の状態 7

ブレッドボード図 [8] 3.3 製作計画の変更点初期の段階ではトップページにボタンを複数置きそれを押すことによって遠隔操作での潅水を可能にしようとしていたしかし制作物の主な機能は自動潅水であり自ら水をやる必要がある状況になってはいけないと判断したため遠隔操作の機能は取り外すことにした 3.

8 ブレッドボード図 [8] 3.3 製作計画の変更点初期の段階ではトップページにボタンを複数置きそれを押すことによって遠隔操作での潅水を可能にしようとしていたしかし制作物の主な機能は自動潅水であり自ら水をやる必要がある状況になってはいけないと判断したため遠隔操作の機能は取り外すことにした 3.4 製作の結果当初から予定していた機能はすべて組み込むことができ実用性のある制作物となり満足のいく結果となったまた動作の問題も起こらずこのまま実運転することもできるしかし時間の都合上最低限必要な機能の実装しかすることができなかったデザインの変更や追加機能を実装することも考えていたが断念した 3.5 苦労した点 Windows 以外の OS を使ったことがなく今回初めて使った Raspbian という Linax ベースの OS の使い方に戸惑った Windows なら情報量も多くどうすればいいかある程度分かるが Raspbian ではどうすればいいのか全くわからず情報量も少なかったので解決するまで時間がかかってしまった研究室の通信回線はプロキシが設定されておりその解決に多くの時間を使い苦労した製作途中にあった不具合の原因のほとんどがプロキシだった 3.6 課題育てる作物には適度な湿度が存在するトマトは良い例でギリギリまで乾燥した状態にすると品質の良い糖度が高く形の良いトマトができるそのため自動潅水をする湿度を自分で変更できるように組み込むとより使い勝手が良くなるまた主要な植物の適切な湿度を一覧にして表示するページがあるとさらに便利であるポート開放を行っての実験を行っていないため設定していないがサーバーを立てる際にセキュリティ面を考慮する必要がある実際に使用するテストを複数人にしてもらいユーザビリティに考慮したデザインへと変更するべきである 8

4 技術要素開発環境開発言語使用したライブラリ等の各技術要素に関する項目を記述する 4.1 開発環境開発に使用する PC デスクトップ PCHPHP TouchSmart PC 520-1180jp/CT B3H31AV-ABYF プロセッサ Intel(R) Core(TM) i7-3770s CPU @ 3.10GHz 3.10 GHz メモリ 8.

9 4 技術要素開発環境開発言語使用したライブラリ等の各技術要素に関する項目を記述する 4.1 開発環境開発に使用する PC デスクトップ PCHPHP TouchSmart PC jp/CT B3H31AV-ABYF プロセッサ Intel(R) Core(TM) i7-3770s 3.10GHz 3.10 GHz メモリ 8.00 GB システム 64 ビットオペレーティングシステム Raspberry Pi2 モデル B 使用機材ブレッドボードジャンパーワイヤー抵抗器赤外線 LED 水分センサポリタンク電動灯油ポンプ 4.2 Raspberry Pi ラズベリーパイイギリスのラズベリーパイ財団 Raspberry Pi Foundation によって開発されたクレジットカードサイズの低コストコンピュータである世界中の子供達を対象としておりコンピュータがプログラムによってどのように機能するのかを学ぶための教育に使用されることを目的としている [9] 図 1 種別はシングルボードコンピュータとなる現在までに販売されているモデルは 6 つあり Raspberry Pi 1 である Model A Model A+ Model B Model B+ Raspberry Pi 2 である Model B Raspberry Pi Compute Module がある 9

4.2.1 名前の由来従来からマイクロコンピューターマイコンと呼ばれるものには何故か果物の名前が付けられることがあったアップル社が開発したマイコン AppleⅡ や Macintosh 三菱電機が開発した Apricot PC その流行に乗って Raspberry ラズベリーと付けられた [10] そして Pi はプログラミング言語である Python に由来しており合わせて

10 4.2.1 名前の由来従来からマイクロコンピューターマイコンと呼ばれるものには何故か果物の名前が付けられることがあったアップル社が開発したマイコン AppleⅡ や Macintosh 三菱電機が開発した Apricot PC その流行に乗って Raspberry ラズベリーと付けられた [10] そして Pi はプログラミング言語である Python に由来しており合わせて Raspberry Pi となっている [11] OS Raspbian ラズビアン Raspberry Pi の OS には Linux を使用すること意図している推奨されているのは Debian をカスタマイズした Raspbian である Raspbian には Raspberry Pi を使用する人に合わせて好きなアプリケーションをインストールできるように 35,000 以上のコンパイルされたパッケージが付属されている [12] GPIO GPIO は General Purpose Input/Output 汎用入出力の略語である RaspberryPi には基盤の端に複数の並んだピンが備わっており GPIO と呼ぶ入力として動作した場合他の部分からのデジタル信号を読み取り出力として動作した場合他デバイスの制御や信号の通知を行う 10

4.2.3.1 RaspberryPi の GPIO 配置図 [13] 4.2.3.2 GPIOPIN 各種説明 Powor 電源のこと電力が必要な場合ここから供給する RaspberryPi の場合 5V と 3.

11 RaspberryPi の GPIO 配置図 [13] GPIOPIN 各種説明 Powor 電源のこと電力が必要な場合ここから供給する RaspberryPi の場合 5V と 3.3V の 2 種類のピンに分けられている GND 接地アース earth グランド ground のこと電気を逃すためのピンで配線する際はマイナス極側を接続する General Inputs/outputs GPIO のこと入力として動作した場合他の部分からのデジタル信号を読み取り出力として動作した場合他のデバイスの制御や信号の通知を行う I2C Interface I2C とは Inter-Integrated Circuit の略でアイスクエアドシーが正式な読みとされている PHILIPS 社が開発した電子回路におけるシリアル通信方式のひとつであり組み込み機器や携帯電話などで利用される I2C Interface に対応した温度センサなどを接続すると比較的簡単にデータを取得することができる RaspberryPi では初期設定で I2C が無効化されているため有効化させる必要がある SPI Interface SPI とは Serial Peripheral Interface の略でシリアルペリフェラルインタフェースと読むコンピュータ内部で使われるデバイス同士を接続するバスである例えば Web カメラや温度計キーボードやホームオートメーションシステムなどが 11

12 デバイスにあたる比較的低速なデータ転送を行うデバイスに利用する UART Interface UART とは Universal Asynchronous Receiver Transmitter の略語である非同期 Asynchronous にシリアル通信を行うための仕組みで調歩同期方式によるシリアル信号をパラレル信号に変換したりその逆方向の変換を行うための集積回路である ID EEPROM Interface ID は identification の略語で利用者を識別するための符号のことである EEPROM とは Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory の略語である不揮発性のメモリの一種でコンピュータなどの電子機器で電源を切っても保持しておくべきデータを格納するのに使われる 4.3 Apache [14] Apache とは最も人気の高い Web サーバソフトウェアの一つ 1995 年に NCSA httpd 1.3 をベースに開発が始まり UNIX 系 OS を中心に幅広い人気を獲得した Apache はフリーソフトウェアとして無償で公開され世界中のボランティアのプログラマたちの手によって長年にわたって開発が続けられているもともと NCSA httpd の細かいバグを修正したり新しい機能を追加するためのパッチ patch 集として公開されていたが途中から単体の Web サーバソフトとして公開された今回の制作物では全ての Web ページのサーバに Apache を使用している 4.4 mjpg-streamer 動画の mpeg と静止画の jpeg を混ぜたような名前からも想像がつく通り動画を静止画の jpeg 画像の塊パラパラ漫画のイメージとして扱いストリーミングするツールとなっている m jpeg とあるだけに jpeg 変換ができないと使えないのであらかじめ libjpeg-devel のインストールが必要となる mjpg-streamer にはサーバを構築する機能が含まれているのだが CGI や PHP などの言語に対応していないそのためそれらの言語を使用する場合は Apache と併用する必要がある 4.5 HTML5 [14] Web ページの記述などに用いるマークアップ言語 HTML の第 5 版 WHATWG の提唱した仕様を元に Web 関連技術を標準化している W3C で仕様の検討標準化が進められている新たに追加された仕様には音声を埋め込む audio タグ動画を埋め込む video タグ任意のグラフィックスを描画できる canvas タグなどがありこうした要素の再生やアニメーションなどの制御やデータの保存ソケット通信ドラッグ&ドロップなどをスクリプト言語から利用するための標準仕様 API も定義される 4.6 PHP [14] 動的に Web ページを生成する Web サーバの拡張機能の一つまたそこで使われるスクリプト言語レイアウトの雛形となる HTML ファイル内に処理内容を記述したスクリプトを埋め込み処理結果に応じて動的に文書を生成し送出することができる正式名称の PHP:Hypertext Preprocessor にもあるように動的に生成されるページの作成に向いているまた XML のサポートや各種データベースとの連携に優れている点などから近年普及しつつあるプログラムの表記法は C 言語 Java Perl の各言語から転用したものがベースとなっているが PHP 独自のものもある言語仕様やプログラムはオープンソースソフトウェアとして無償で入手することができる 12

13 4.7 CGI [14] CGI とは Web サーバが Web ブラウザなどからの要求に応じてプログラムを起動するための仕組みプログラムファイルが置かれている URL にクライアントブラウザなどがアクセスするとサーバ内部でそのプログラムが起動され実行結果がクライアントに送信されるアクセス時にクライアント側からデータを送信することもでき起動されたプログラムがデータを受け取って処理内容に反映させたりサーバ内部に保存したりすることができる現在では多くの Web サーバが標準で CGI に対応しているためサーバの種類を問わず同じプログラムを利用することができるまた CGI は特定のプログラミング言語に依存しないため様々な言語でプログラムを開発することができる 4.8 Python [14] 簡潔で読みやすい文法が特徴的な汎用の高水準プログラミング言語の一ついわゆるスクリプト言語あるいは軽量言語 LL:Lightweight Language の草分けの一つで UNIX 系 OS を中心に広く普及している基本的な特徴としては豊富なデータ型とコンテナ型ガベージコレクション Unicode による多言語対応プログラムのモジュール部品化による他のプログラムへの容易な組み込みプログラムの仕様の文書化ドキュメンテーションを支援する機能などがあるユニークな特徴としては多くの言語では人間にとってプログラムを読みやすくするために便宜的に行われるインデント字下げを言語仕様上の構文の一つとして採用しておりブロックの範囲を示すのに用いられる言語自体の文法や語彙記法は最小限のシンプルなものに抑えられているが対照的に極めて広範囲の分野に渡り豊富な機能を提供する標準ライブラリが用意されている当初は手続き型言語とオブジェクト指向言語の特徴を備えた言語として設計されたが関数型言語の要素の多くを取り入れ様々なスタイルのプログラミングが可能なマルチパラダイム言語として知られている他の言語や環境との連携機能も充実しており Python からアクセスできない低レベルの機能を C 言語で記述して拡張モジュールとして組み入れる仕組みが提供されているほか Java ライブラリを利用できる実行環境の Jython や Microsoft.Net 環境で Net Framework の機能を利用できる IronPython などの処理系もある標準の言語処理系 CPython にはソースコードを読みながら同時に実行するインタプリタが含まれコンパイルやビルドなど手間や時間のかかる作業を省略して記述したプログラムを即座に実行してみることができるこの処理系はオープンソースソフトウェアとして公開されており誰でも自由に入手利用改変再配布などすることができる Python の最初のバージョンは 1991 年にオランダのグイドヴァンロッサム Guido van Rossum 氏によって発表された現在では Web アプリケーションの開発用言語として人気が高いほかデータ処理や統計解析などの分野でよく利用されることで知られる 4.9 JavaScript [14] JavaScript とは主に Web ページに組み込まれたプログラムを Web ブラウザ上で実行するために用いられるプログラミング言語の一ついわゆるスクリプト言語あるいは軽量言語 LL Lightweight Language の一つで実行環境を Web ブラウザに組み込んで利用されることが多い C 言語や Java に似た記法や文法を採用した手続き型の言語で簡潔な記述でプログラムを開発することができるオブジェクト指向にも対応しているが他の多くの言語で一般的なクラスを用いる方式ではなく既存のオブジェクトの複製に機能を追加していくプロトタイプベースと呼ばれる手法を採用している関数を変数のように第一級のオブジェクトとして扱ったり関数を引数に取る高階関数を定義できるなど関数型プログラミング言語の仕様も取り込んでいる JavaScript は Web ページの HTML ファイル内に特殊な記法を用いて埋め込まれて記述され Web ブラウザに内蔵された JavaScript 処理系によってページの表示時に解釈実行されることが多い JavaScript のみを記述したファイルを読み込む形で利用されることもあるページ内の要 13

14 素に動きや効果を加えたり閲覧者の操作に即座に反応して何らかの処理を行ったりするのに用いられる主要な Web ブラウザの多くが JavaScript に対応しているがブラウザの種類やバージョンによって仕様や挙動に違いがあり開発者を悩ませ続けている JavaScript の場合他の言語にもある言語そのものの仕様実装の違いバージョンの違いや各社独自の拡張や仕様実装の相違の他に HTML や CSS の仕様や解釈の相違や JavaScript から HTML の要素を扱う際に必要となる DOM Document Object Model と呼ばれる API の違いが組み合わされるため複数のブラウザで同じように動作する JavaScript プログラムを開発するのは難しい近年では Web ブラウザに留まらず様々な環境に JavaScript 処理系が移植され Web サーバ上でプログラムを実行して動的に Web ページを生成するシステムに採用されたり Microsoft IIS の ASP/ASP.NET や Node.js など Adobe Systems 社の Flash で標準のプログラミング言語として採用されたり正確には ActionScript と呼ばれる JavaScript 方言 OS 上で実行されるスクリプトとして利用したり Windows Scripting Host など様々な場面で汎用的に利用されている名称に Java の語を冠しているが他の Java 技術とは異なり Java の拡張仕様や関連技術などではなく記法や予約語などの一部が共通していること以外に直接的な繋がり互換性はない実際 JavaScript は型システムや関数オブジェクト指向の扱いなど言語仕様の根本的な部分のいくつかが Java とは大きく異なるまた Java にも Web ページ内にプログラムを埋め込んで実行する Java アプレットと呼ばれる仕様があるため主に技術者以外の Web に携わる人々にとって Java と JavaScript の名称は紛らわしく混同や混乱を生み出している JavaScript は 1995 年に Netscape Communications 社のブランダンアイク Brendan Eich 氏によって開発され当時最も人気の高い Web ブラウザだった Netscape Navigator 2.0 に初めて実装された当初は LiveScript という名称だったが同社が Java 開発元の Sun Microsystems 社当時と提携していたことから Java の名称を冠して JavaScript に改称された JavaScript はほとんどの主要な Web ブラウザが対応し次第にブラウザ以外にも広まったが当初は開発元による仕様の差異が大きかったため標準化団体による標準規格の策定を求める声が高まり 1997 年に標準化団体 Ecma International により ECMAScript と通称される標準の初版が発行された同規格は現在も新機能を取り込みながら改訂が重ねられており多くの JavaScript 処理系や対応製品 JavaScript 互換言語が ECMAScript X 準拠 X はバージョン番号と ECMAScript への対応水準を表明している 4.10 シェルスクリプト [14] シェルスクリプトとは複数の処理をまとめて行うバッチ処理ときに使われる OS のシェルが直接解釈処理できるスクリプトシェルスクリプトはシェルごとに独自の機能を使用して処理されるため起動の方法や文法はシェルによって変わってくる例えば UNIX 系 OS 厳密にはその上で動作する bash などのシェルではシェルにシェルスクリプトを引数として渡して実行したりシェルスクリプトの冒頭に起動プログラムを書き込んでシェルスクリプト自体を実行したりすると起動できるシェルスクリプトではシェルごとに独自の文法が採用されているがおおむね１行が１つのコマンドとして扱われる特に UNIX 系 OS のシェルは複雑な繰り返し処理や条件分布などに対応しておりシェルスクリプトだけでかなり複雑な処理を自動化できる 4.11 bash Bourne Again shell [14] bash とは多くの UNIX 系 OS で標準的に使われるシェルユーザからの操作を受付結果を表示するソフトウェアの一つまたそれを実行するコマンド名 GNU プロジェクトの一部として開発が進められオープンソースソフトウェアとして公開されている bash はそれ以前に存在した Bourne シェルコマンド名は sh の後継として開発されその名称は Bourne と Born Again をかけたものと言われる Korn シェル ksh や C シェル csh などの持つ要素も取り入れられコマンド履歴やコマンド名の自動補完など今日では標準的に使われる多くの機能を実装している 14

15 5 終わりにプログラミングの知識や経験が乏しくひたすら基礎知識を身につけるための勉強をすることから始まったわけもわからず手当たり次第にサンプルプログラムを作る作業が続いたが気づけば自分でプログラムを書くことができるまでに成長した今回の制作物では多くの言語を使用したためそれぞれの学習を進めなければならずその分時間をかけてしまったしかしその甲斐があってそれぞれの言語の特徴や違いを知り自分なりに使い方を考えることもできるようになった今まで触れようとも思わなかった分野であったが今回いただいた機会が将来必ず役に立つと実感した 6 謝辞研究を行うにあたって知識や経験の乏しい私に分かりやすく時には時間を非常に多く割いてご指導して下さった徐丙鉄先生に感謝いたしますまたテーマは違いましたが私より経験豊富な物理研究室のメンバーにも多くの助けをしていただきありがとうございました 7 参考文献引用 [1]総務省統計局年齢別人口 [2]農林水産省農業労働力に関する統計 [3]三和サービス全自動散水装置 [4]農研機構イチゴ収穫ロボット [5]ものづくりエクスペリメントさ Raspberry Pi の Camera module と Web カメラで Streaming を行う [6]All About フォルダ内の画像を一覧表示する [7]平成 26 年度卒業研究論文 RaspberryPi 監視カメラの可能性出席確認和泉大介 [8]fritzing 公式ホームページ [9]RaspberryPi 公式ホームページ [10]デジタル小噺ミニサイズ PC RaspberryPi の名前の由来は [11]Raspberry Pi 公式ホームページ The name 'Raspberry Pi' [12]BYTEMARK HOSTING Raspbian [13]DESIGNSPARK RaspberryPi B+のご紹介 [14]IT 用語辞典 e-words 15

16 8 付録今回の制作物を作る前に Hibis ビジネス事例に応募しその研究を進め卒業論文にする予定だったしかし残念ながら落選したため没となったその内容を添付しておく 16

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20 制作物に関するプログラム start_steam.sh mjpg-streamer 起動 #!/bin/bash cd mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental./mjpg_streamer -o "./output_http.so -w./www -p 8080" -i "./input_raspicam.so -fps 30 -x 320 -y 240" streamer.sh 10 分おきに写真撮影の起動 #!/bin/bash while true ; do DATE=$(date +"%Y-%m-%d_%H%M_%S") wget -O /var/www/pictures-cron/$date.jpg sleep 600 done water_supply.py 自動灌水機能の起動 #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*# Written by Limor "Ladyada" Fried for Adafruit Industries, (c) 2015 # This code is released into the public domain import time import os import RPi.GPIO as GPIO import datetime IO_NO = 5 GPIO.setmode(GPIO.BCM) DEBUG = 1 GPIO.setup(IO_NO, GPIO.OUT) # read SPI data from MCP3008 chip, 8 possible adc's (0 thru 7) def readadc(adcnum, clockpin, mosipin, misopin, cspin): if ((adcnum > 7) or (adcnum < 0)): return -1 GPIO.output(cspin, True) GPIO.output(clockpin, False) # start clock low GPIO.output(cspin, False) # bring CS low commandout = adcnum commandout = 0x18 # start bit + single-ended bit commandout <<= 3 # we only need to send 5 bits here 20

21 for i in range(5): if (commandout & 0x80): GPIO.output(mosipin, True) else: GPIO.output(mosipin, False) commandout <<= 1 GPIO.output(clockpin, True) GPIO.output(clockpin, False) adcout = 0 # read in one empty bit, one null bit and 10 ADC bits for i in range(12): GPIO.output(clockpin, True) GPIO.output(clockpin, False) adcout <<= 1 if (GPIO.input(misopin)): adcout = 0x1 GPIO.output(cspin, True) adcout >>= 1 return adcout # first bit is 'null' so drop it # change these as desired - they're the pins connected from the # SPI port on the ADC to the Cobbler SPICLK = 18 SPIMISO = 23 SPIMOSI = 24 SPICS = 25 # set up the SPI interface pins GPIO.setup(SPIMOSI, GPIO.OUT) GPIO.setup(SPIMISO, GPIO.IN) GPIO.setup(SPICLK, GPIO.OUT) GPIO.setup(SPICS, GPIO.OUT) # 10k trim pot connected to adc #0 potentiometer_adc = 0; last_read = 0 tolerance = 5 # this keeps track of the last potentiometer value # to keep from being jittery we'll only change # volume when the pot has moved more than 5 'counts' while True: # we'll assume that the pot didn't move trim_pot_changed = False # read the analog pin trim_pot = readadc(potentiometer_adc, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS) *0.1 # how much has it changed since the last read? pot_adjust = abs(trim_pot - last_read) if DEBUG: print "soil moisture:", trim_pot, print "%" #print "pot_adjust:", pot_adjust #print "last_read", last_read 21

22 if ( pot_adjust > tolerance ): trim_pot_changed = True #if DEBUG: #print "trim_pot_changed", trim_pot_changed if ( trim_pot_changed ): set_volume = trim_pot / # convert 10bit adc0 (0-1024) trim pot read into volume level set_volume = round(set_volume) # round out decimal value set_volume = int(set_volume) # cast volume as integer #print 'Volume = {volume}%'.format(volume = set_volume) set_vol_cmd = 'sudo amixer cset numid=1 - {volume}% > /dev/null'.format(volume = set_volume) os.system(set_vol_cmd) # set volume #if DEBUG: #print "set_volume", set_volume #print "tri_pot_changed", set_volume # save the potentiometer reading for the next loop last_read = trim_pot # hang out and do nothing for a half second if (trim_pot <=30 ): water = 1 if (trim_pot >=40 ): water = 0 if (water == 1): print "water supply" d = datetime.datetime.today() f = open('/var/www/index.html','a') print >> f, '<center>%s 年%s 月%s 日%s 時%s 分 d.month, d.day, d.hour, d.minute) f.close() GPIO.output(IO_NO, True) time.sleep(0.5) if (water == 0): GPIO.output(IO_NO, False) time.sleep(3) index.html トップページ <!DOCTYPE html> <html lang="ja"> <head> <meta charset="utf-8"> <title>定点カメラ</title> <meta name="viewport" content="width=360"> </head> <body> <header> 22 灌水しました</center>' % (d.year,

23 <center> <h1>定点カメラ</h1> </center> </header> <center> <img src=" /> </center> <center> <button type="button" name="アルバム" value="リンク" onclick="location.href=' style="width:320px;height:60px"> <font size="5">アルバム</font> </button> </center> <h2 align="center">灌水ログ</h2> </body> </html> myphpdirpic.php アルバムページ <title>アルバム</title> <meta name="viewport" content="width=360"> <center> <a href="index.html">戻る</a><br><br> <button type="button" name="連続再生" value="リンク" onclick="location.href=' style="width:320px;height:60px"> <font size="5">連続再生</font> </button><br><br> <?php //画像ファイル一覧を表示するパスを指定する $path = "/var/www/pictures-cron"; //パスの表示 print("ディレクトリ <b>".$path."</b> の<br>画像ファイル一覧<br><br>"); //文法 scandir( パス,[ ソート順 ] ) //scandir //ソート順が省略された場合はアルファベットの昇順にソートする //ソート順に"1"が指定された場合はアルファベットの降順にソートする // //昇順にソートする場合はソート順を省略する //$array = scandir($path); //降順にソートする場合はソート順に"1"を指定する 23

24 $array = scandir($path,1); //count 命令により配列の個数を取得する $num = count($array); //HTML 文を出力テーブルの開始を指定 print("<table><tr>"); //横に並べる画像の最大数を設定する $max = 4; //カウント数の初期化 $cnt = 0; //配列の数だけ繰り返す for ($i=0;$i<$num;$i++){ //$filename にァイル名を設定 $filename = " $array[$i]; //ファイル名の拡張子が gif または GIF または jpg または JPG //または JPEG または png または PNG の場合は実寸表示の //リンク付きで画像を表示する if (Eregi('gif$', $filename) OR Eregi('jpg$', $filename) OR Eregi('jpeg$',$filename) OR Eregi('png$', $filename)) { print("<td><a href=".$filename. "><img src = ".$filename. " width=80></a></td>"); //カウント数の初期化 $cnt = $cnt + 1; //カウント数の判定最大数以上の場合は改行しカウントを初期化する if ($cnt >= $max) { print("</tr><tr>"); $cnt = 0; } } } //HTML 文を出力テーブルの終了を指定 print("</tr></table>");?> <br> </center> motionimage.php 連続再生ページ #!/bin/bash echo "Content-type:text/html" echo "" echo '<!DOCTYPE html>' 24

25 echo '<html>' echo '<head>' echo '<meta charset=utf-8>' echo '<title>連続再生</title>' echo '<meta name="viewport" content="width=360">' echo '</head>' echo '<center>' echo '<style> img{ display: block; position: absolute; top:200px; left:0; right:0; margin: auto; width: 320px; } </style>' echo '<body>' echo '<a href="myphpdirpic.php">戻る</a><br><br>' files="/var/www/pictures-cron/*" ④ for filepath in ${files} do file=`echo $filepath cut -c 9-45` echo "<img src="${file}">" done read wait echo '<input id="timeslider" type="range" min="10" max="300" step="10" onchange="showvalue()" />' echo '<span id="showrange">0</span>' echo '</br></br><button onclick="startslideshow()" style="width:160px;height:60px"><font size="5"> スタート</font></button>' echo '<button onclick="stopslideshow()" style="width:160px;height:60px"><font size="5">ストップ </font></button></br>' echo '</div>' echo '<script>' echo 'var intervaltime = 100;' echo 'document.getelementbyid("timeslider").value=intervaltime ;' echo 'document.getelementbyid("showrange").innerhtml = intervaltime;' echo 'function showvalue () { intervaltime = document.getelementbyid("timeslider").value; document.getelementbyid("showrange").innerhtml = intervaltime; }' echo 'var photos = document.getelementsbytagname("img");' echo 'var timer = null;' echo 'var N = photos.length; //alert("n="+n);' echo 'var n = 0;' echo '//zbase = photos[n].style.zindex;' echo 'zbase = 100 ; //alert("zbase="+zbase);' 25

26 echo 'topzindex = 0;' echo 'function nextphoto(){ ++topzindex; photos[n].style.zindex = zbase + topzindex; n++ ; n = n % N; }' echo 'function startslideshow(){ if( timer == null ){ timer = setinterval("nextphoto()", intervaltime ); } }' echo 'function stopslideshow(){ clearinterval(timer); timer = null; }' echo '</script>' echo '</body>' echo '<center>' echo '</html>' 26

課題情報シートテーマ名 : 動画中継ラジコンカーの製作担当指導員名 : 土山博剛実施年度 : 25 年度施設名 : 四国職業能力開発大学校課程名 : 専門課程訓練科名 : 電子情報技術科課題の区分 : 総合制作実習課題学生数 : 1 時間 : 12 単位 (216h) 課題制作開発のポイント

課題情報シートテーマ名 : 動画中継ラジコンカーの製作担当指導員名 : 土山博剛実施年度 : 25 年度施設名 : 四国職業能力開発大学校課程名 : 専門課程訓練科名 : 電子情報技術科課題の区分 : 総合制作実習課題学生数 : 1 時間 : 12 単位 (216h) 課題制作開発のポイント課題情報シートテーマ名 : 担当指導員名 : 土山博剛実施年度 : 25 年度施設名 : 四国職業能力開発大学校課程名 : 専門課程訓練科名 : 電子情報技術科課題の区分 : 総合制作実習課題学生数 : 1 時間 : 12 単位 (216h) 課題制作開発のポイント開発( 制作 ) のポイント今回製作したシステムでは専門課程で習得した総合的な知識 ( ネットワーク技術電子回路技術 C プログラミング技術

目次 1 研究背景と目的 2 本論に入る前に 2.1 農業について 2.2 次世代農業とは 3 本論 3.1 農業支援システムについて 実装する機能 得られるメリット 3.2 画面説明 機能説明 定点カメラ アルバム 連続再生 3.3 製作

目次 1 研究背景と目的 2 本論に入る前に 2.1 農業について 2.2 次世代農業とは 3 本論 3.1 農業支援システムについて実装する機能得られるメリット 3.2 画面説明機能説明定点カメラアルバム連続再生 3.3 製作