はじめに Web IoT メイカーズチャレンジ 2017 in 横須賀では小型ボードコンピューター Raspberry Pi とセンサーキットを使って JavaScript によるハードウェア制御をハンズオン形式で学びます本テキストの対象内容レベル Webを触ったりちょっとしたプログラミン

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まともかせ
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1 IoT エンジニアへの第歩! 若エンジニア向けスキルアップイベントシリーズハンズオン講習会テキスト

2 はじめに Web IoT メイカーズチャレンジ 2017 in 横須賀では小型ボードコンピューター Raspberry Pi とセンサーキットを使って JavaScript によるハードウェア制御をハンズオン形式で学びます本テキストの対象内容レベル Webを触ったりちょっとしたプログラミングならやったことがあるけれど Raspberry Pi は触ったことがないという方組み込み開発の知識はあるけれど Web 技術での制御は未経験という方本テキストに記載されているブランド名会社名製品名等はそれぞれ各社の登録商標または商標です 2

3 目次 1. 使用機材 P4 6. 実習 1 LED を光らせてみる P11 2. システム構成 P7 7. 実習 2 超音波センサーを使ってみる P12 3. センサーを使った簡単なアイデア例 P8 8. 実習 3 測定結果を表示してみる P13 4. Raspberry Pi の初期セットアップ P9 9. 付録 P14 5. Raspberry Pi のリモート操作 P10 3

4 使用機材概要主催者側で用意参加者が各自持参 GrovePi+ スターターキット Raspberry Pi 3 スターターキット無線 LAN 内臓ノートパソコン Wi-Fi Windows または MacBook 12 種類のセンサー & デバイス同梱 Raspberry Pi 3& 周辺部品同梱環境構築アプリ作成に必要 4

Model B) は HDMI 出 USB ポート LAN Wi-Fi Bluetooth microsd スロットなどを搭載

5 使用機材 Raspberry Pi Raspberry Pi ( ラズベリーパイ ) とは? 通称ラズパイ超小型低価格でありながら高い可能性を秘めた Linux PC 現モデル (Raspberry Pi 3 Model B) は HDMI 出 USB ポート LAN Wi-Fi Bluetooth microsd スロットなどを搭載 GPIO Wi-Fi Bluetooth USB ポート 4 microsd スロット LAN micro USB 電源 HDMI 出音声 / コンポジット出 5

6 使用機材 GrovePi+ スターターキット厳選された 12 種類のセンサー類を用意はんだ付け不要で簡単にボードへ接続可音センサー温度湿度センサー超音波センサー回転角センサー光センサーボタン赤色 LED 緑色 LED 色 LED LCD RGB バックライトブザーリレー GrovePi+ ボード 4 ピンケーブル (20 cm 12 本 ) 6

7 使用機材 GrovePi+ ボード GrovePi+ は Raspberry Pi の上に取り付けてセンサー類を使えるようにする拡張ボードデジタルポートアナログポート I2C ポートを装備アナログセンサーデジタルセンサーデジタルポート I2C センサーボタンブザーリレー D7 D8 光センサー回転角センサーアナログポート A0 A1 A2 D5 D6 I2C-2 I2C-1 I2C-3 I2C ポート音センサー Raspberry Pi に繋がるシリアルポート RPISER SERIAL シリアルポート D2 D3 D4 デジタルポート LCD RGB バックライト GrovePi+ に繋がるシリアルポートデジタルセンサー温度湿度センサー超音波センサー LED 7

GrovePi+ ボード Raspberry Pi 3 Model B 各種センサー 4 ピンケーブル Raspberry Pi 3 Model B の上右端のピンに合わせて GrovePi+

8 システム構成使用する機材ソフトウェアのシステム構成は以下の通り各種センサーから Node.js に対応したライブラリまで主催者側で用意参加者は JavaScript 言語を使ってアプリケーションプログラムを書くだけアイデア作りに没頭できます! GrovePi+ ボード Raspberry Pi 3 Model B 各種センサー 4 ピンケーブル Raspberry Pi 3 Model B の上右端のピンに合わせて GrovePi+ ボードを取り付けます各種センサーは 4 ピンケーブルで GrovePi+ ボードに接続しますアプリケーション Node.jsに対応したライブラリ Node.js OS(Raspbian) Raspberry Pi 3 Model B GrovePi+ ボード 4ピンケーブル各種センサー ( 最大 12 種類 ) 主催者側で用意 8

9 センサーを使った簡単なアイデア例超音波センサーに手を近づけるとブザーが鳴り指定アドレスへメール送信本アイデアの応用例鳥獣被害対策出合い頭の衝突事故防止不審者侵の防犯対策どもや高齢者の守り...etc メール送信 9

1. 公式サイトから OS イメージファイルをダウンロード https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ 2.

10 Raspberry Pi の初期セットアップ Raspberry Pi 3 スターターキットに付属の microsd には OS(Raspbian) や Node.js Node.js に対応したライブラリが予めインストール済み Raspberry Pi の microsd スロットに microsd を差し込み電源をれるとすぐに使用できる状態になっています参考参考までに自分で初期セットアップする場合は以下参照 1. 公式サイトから OS イメージファイルをダウンロード 2. 作業用 PC で OS イメージファイルを microsd カードへコピー Windows, Mac 共通で使える Etcher というアプリを使うと便利 3. Raspberry Pi の microsd スロットに microsd を差し込み HDMI のモニター USB キーボードマウスを繋いで電源をれるデスクトップ画面が表示されたら起動完了! 10

PC に VNC Viewer のアプリをインストール VNC Viewer は

11 Raspberry Pi のリモート操作 PC から Raspberry Pi をリモート操作する PC と Raspberry Pi が同じネットワークに参加していれば HDMI のモニター USB キーボードマウスがなくても PC から操作可 Raspberry Pi 側 1. Raspberry Pi で VNC を利用可能に設定 2. Raspberry Pi のホスト名を調べる PC 側 3. PC に VNC Viewer のアプリをインストール VNC Viewer は Windows, Mac 共通で使える 4. PC で VNC Viewer を起動 Raspberry Pi のホスト名をして接続ホスト名には.local を付けるホスト名の初期値は raspberrypi.local ユーザー名とパスワードの初期値は pi raspberry 11

実習 1 LED を光らせてみる Raspberry Pi を JavaScript で制御して LED を光らせてみよう 1. GrovePi+ ボードの D4 に LED を挿す node led.js D4 ポート LED 2. ターミナル ( コマンドプロンプト ) から以下コマンドを実コマンドの意味 Node.js で led.

12 実習 1 LED を光らせてみる Raspberry Pi を JavaScript で制御して LED を光らせてみよう 1. GrovePi+ ボードの D4 に LED を挿す node led.js D4 ポート LED 2. ターミナル ( コマンドプロンプト ) から以下コマンドを実コマンドの意味 Node.js で led.js という JavaScript 言語のプログラムを実 led.js の中身は右 // LED 点滅 var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var LedDigital = GrovePi.sensors.base.Digital; var blink = false; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var leddigital = new LedDigital(4); // D4 ポートを指定 setinterval(function(){ leddigital.write(blink); // LED を点滅 if(blink){ blink = false; else{ blink = true;,1000); // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル ); board.init(); 1 秒間隔で LED が点滅したら成功! 12

13 実習 2 超音波センサーを使ってみる超音波センサーを使って距離を測定してみよう Node-RED を使うと GUI で直感的簡単にプログラミングできる 1. GrovePi+ ボードの D3 に超音波センサーを挿す 3. ウェブブラウザを起動 5 最後にデブロイをクリック D3 ポート 3 debug をドラッグ & ドロップ超音波センサー (Ultrasonic) 4 ノード間を線で繋ぐ 2. Node-RED を起動 2 Digital 3 を選択して完了 URL は機能毎に用意されたノードをマウスで繋ぐ操作で簡単にアプリケーションを作成 1 Ultrasonic をドラッグ & ドロップしてダブルクリック測定距離が表示されたら成功! Server now running at と出されたら Node-RED は起動完了 13

実習 3 測定結果を表示してみる超音波センサーを使って測定した距離を Web 画面に表示してみよう

ノード間を線で繋ぐ 1 gauge をドラッグ & ドロップしてダブルクリック 2Group を作成して

0.1:1880/ui/ (URL の後ろに ui を付ける ) でも表示できる http://( ホスト名

14 実習 3 測定結果を表示してみる超音波センサーを使って測定した距離を Web 画面に表示してみよう Node-RED のダッシュボードを使うとグラフィカルにリアルタイム描画できる 4 デブロイをクリック 3 ノード間を線で繋ぐ 1 gauge をドラッグ & ドロップしてダブルクリック 2Group を作成して完了配置やテーマが変更可 5 ダッシュボードタブの右上をクリックすると (URL の後ろに ui を付ける ) でも表示できるホスト名 ):1880/ui/ のようにホスト名でアクセスすれば PC スマホからでも参照できる数値範囲や色を変更可ゲージが表示されたら成功! 14

15 付録初期セットアップの詳細 1 Raspberry Pi 初期セットアップの詳細 1. インターフェース ( 利用可否設定 ) 2. ローカライゼーション ( 地域設定 ) 15

16 付録初期セットアップの詳細 2 Raspberry Pi 初期セットアップの詳細 ( つづき ) 1. OS(Raspbian) のアップデート sudo apt-get update sudo apt-get upgrade 2. Node.js と npm の最新版インストール sudo apt-get install -y nodejs npm sudo npm cache clean sudo npm install n -g sudo n stable 3. GrovePi+ ソフトウェアのインストール cd /home/pi/desktop sudo git clone cd /home/pi/desktop/grovepi/script sudo chmod +x install.sh sudo./install.sh 4. GrovePi+ の Node.js に対応したライブラリのインストール sudo npm install node-grovepi 5. Node-RED の最新版とダッシュボードのインストール update-nodejs-and-nodered sudo npm install -g node-red-dashboard 6. Node-RED の GrovePi+ ノードのインストール sudo npm install -g node-red-grovepi-nodes 7. 本語メソッド fcitx-mozc のインストール sudo apt-get install fcitx-mozc 16

17 出系系付録 12 種類のセンサー Node-RED に登録されている GrovePi+ 12 種類のセンサー類 LED( 赤 / 緑 / 色共通 ) リレーブザー LCD RGB バックライト超音波センサー回転角センサー光センサーボタン音センサー温度湿度センサー 17

18 付録センサーのサンプルコード 1 1. 超音波センサー (ultrasonic.js) 2. 回転角センサー (rotary.js) // 超音波センサー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var UltrasonicDigitalSensor = GrovePi.sensors.UltrasonicDigital; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var ultrasonicsensor = new UltrasonicDigitalSensor(3); // D3 ポートを指定 ultrasonicsensor.stream(1000, // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル function(res){ console.log(res) // 値を出 ); ); board.init(); // 回転角センサー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var RotaryAnalogSensor = GrovePi.sensors.RotaryAnalog; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var rotarysensor = new RotaryAnalogSensor(1); // A1 ポートを指定 rotarysensor.start(); rotarysensor.on('data', function(res){ console.log(res) // 値を出 ); ); board.init(); 18

19 付録センサーのサンプルコード 2 3. 光センサー (light.js) 4. ボタン (button.js) // 光センサー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var LightAnalogSensor = GrovePi.sensors.LightAnalog; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var lightsensor = new LightAnalogSensor(0); // A0 ポートを指定 lightsensor.stream(1000, // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル function(res){ console.log(res) // 値を出 ); ); board.init(); // ボタン var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var DigitalButtonSensor = GrovePi.sensors.DigitalButton; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var buttonsensor = new DigitalButtonSensor(7); // D7 ポートを指定 buttonsensor.on('down', function(res){ // ボタンが押された時 console.log(res) // 値を出 ); buttonsensor.watch(); ); board.init(); 19

20 付録センサーのサンプルコード 3 5. 音センサー (sound.js) 6. 温度湿度センサー (dht.js) // 音センサー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var SoundAnalogSensor = GrovePi.sensors.LoudnessAnalog; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var soundsensor = new SoundAnalogSensor(2); // A2 ポートを指定 soundsensor.stream(1000, // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル function(res){ console.log(res) // 値を出 ); ); board.init(); // 温度湿度センサー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var DHTDigitalSensor = GrovePi.sensors.DHTDigital; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var dhtsensor = new DHTDigitalSensor(2); // D2 ポートを指定 dhtsensor.on('change', function(res){ // 値が変化した時 console.log(res) // 値を出 ); dhtsensor.watch(1000); // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル ); board.init(); 20

21 付録センサーのサンプルコード 4 7. リレー (relay.js) 8. ブザー (buzzer.js) // リレー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var RelayDigital = GrovePi.sensors.base.Digital; var relay = false; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var relaydigital = new RelayDigital(6); // D6 ポートを指定 setinterval(function(){ relaydigital.write(relay); // リレースイッチをオンオフ if(relay){ relay = false; else{ relay = true;,1000); // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル ); board.init(); // ブザー var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var Board = GrovePi.board; var BuzzerDigital = GrovePi.sensors.base.Digital; var buzzer = false; var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var buzzerdigital = new BuzzerDigital(5); // D5 ポートを指定 setinterval(function(){ buzzerdigital.write(buzzer); // ブザーを鳴らす止める if(buzzer){ buzzer = false; else{ buzzer = true;,1000); // 1000 ミリ秒 (=1 秒 ) のインターバル ); board.init(); 21

22 付録センサーのサンプルコード 5 9. LCD RGB バックライト (lcdrgb.js) // LCD RGB バックライト var GrovePi = require('node-grovepi').grovepi; var i2c = require('i2c-bus'); var sleep = require('sleep/'); var Commands = GrovePi.commands; var Board = GrovePi.board; var DISPLAY_RGB_ADDR = 0x62; var DISPLAY_TEXT_ADDR = 0x3e; function setrgb(i2c1, r, g, b) { i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,0,0) i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,1,0) i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,0x08,0xaa) i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,4,r) i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,3,g) i2c1.writebytesync(display_rgb_addr,2,b) function textcommand(i2c1, cmd) { i2c1.writebytesync(display_text_addr, 0x80, cmd); function settext(i2c1, text) { textcommand(i2c1, 0x01) // clear display sleep.usleep(50000); textcommand(i2c1, 0x08 0x04) // display on, no cursor textcommand(i2c1, 0x28) // 2 lines sleep.usleep(50000); var count = 0; var row = 0; for(var i = 0, len = text.length; i < len; i++) { if(text[i] === ' n' count === 16) { count = 0; row ++; if(row === 2) break; textcommand(i2c1, 0xc0) if(text[i] === ' n') continue; count++; i2c1.writebytesync(display_text_addr, 0x40, text[i].charcodeat(0)); var board = new Board({ debug: true, onerror: function(err){ console.log('error'); console.log(err), oninit: function(res){ if(res){ var i2c1 = i2c.opensync(1); // I2C ポートを指定 setrgb(i2c1, 255, 255, 255); // バックライトの RGB 値を指定 settext(i2c1, "Hello nworld!"); // 表示テキストを指定 i2c1.closesync(); ); board.init(); 22

23 END ハンズオン講習会テキストこの作品はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスの下に提供されています 23

Raspberry Pi (Windows10 IoT Core) を使用したリーダライタの制御例 (UART 接続 ) 2018 年 12 月 18 日第版株式会社アートファイネックス

Raspberry Pi (Windows10 IoT Core) を使用したリーダライタの制御例 (UART 接続 ) 2018 年 12 月 18 日第 1.1.0 版株式会社アートファイネックスはじめに本書は Raspberry Pi 3 Model B(OS:Windows10 IoT Core) を使用しアートファイネックス社製 RFID リーダライタ ( 組込用モジュール