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いまさら聞けないRaspberry Pi ~ センサーとクラウド編

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※ Docs.com 終了に伴い移行。2016/06/26 の投稿です。
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品川産業支援交流施設 SHIP で行われた「ラズベリーパイセミナー」の資料です。
この資料では、セミナー後編のセンサー接続とクラウド接続にフォーカスしてご紹介しています。
作成: 大平かづみ、永井里奈
前編の概要編はこちらをご参照くださいませ! https://docs.com/user651726/6868/raspberry-pi-raspberry-pi
品川産業支援交流施設 SHIP
http://www.ship-osaki.jp/

Published in: Technology
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いまさら聞けないRaspberry Pi ~ センサーとクラウド編

  1. 1. いまさら聞けない Raspberry Pi ~話題の Raspberry Pi をはじめるために~ 後編
  2. 2. IoTにおける Raspberry Pi の 位置づけ IoT と Raspberry Pi のおいしい関係♡
  3. 3. IoTとは? • Internet of Things の略 • 情報通信機器以外のさまざまな「モノ」をネットワークに接続 し、情報取得や制御を行うこと • 2015年頃から急激に広まったキーワード
  4. 4. IoTの構成 • IoT では、「IoTゲートウェ イ」を見落としがち IoT ゲートウェイ ネットワーク クラウド モノ (センサー)
  5. 5. IoTの構成 • IoT では、「IoTゲートウェ イ」を見落としがち • Raspberry Pi は、IoTゲート ウェイとして注目されている • センサーとの接続性が高い • デフォルトでネットワーク接続 できる IoT ゲートウェイ ネットワーク クラウド モノ (センサー)
  6. 6. IoTの構成 IoT ゲートウェイ ネットワーク クラウド モノ (センサー) さて、Raspberry Pi を センサーと接続するために は?
  7. 7. Raspberry Pi とセンサーの接 続 基本と、いくつか事例をご紹介
  8. 8. Raspberry Pi の面白いところ 画像: http://gigazine.net/news/20150209-raspberry-pi-2-crash/
  9. 9. Raspberry Pi の面白いところ ピン端子があ る! 画像: http://gigazine.net/news/20150209-raspberry-pi-2-crash/
  10. 10. Raspberry Pi のピンを使ってプロトタイ プ 画像(上): https://www.switch-science.com/catalog/313/ ブレットボードとジャンパワイ ヤで配線が可能 画像(下): https://www.switch-science.com/catalog/2288/画像(ジャンパ): https://www.switch-science.com/catalog/2294/
  11. 11. Raspberry Pi のピン配置 合計 40 ピン GPIO用 26 ピン 電源(5V) 2 ピン 電源ピン(3.3V) 2 ピン GNDピン 8 ピン 画像: https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio-plus-and-raspi2/README.md
  12. 12. Raspberry Pi のピンを使った主な入出力 方法 SPI I2C GPIO 同期式のシリアル通信の規格のひとつ。 単方向(入力用、出力用)のデータ通信用線 にデバイスをつなぎ、切り替えて扱う。 General Purpose Input/Output (汎用入出力) と呼ばれる規格。 電子回路に馴染みがなくても、比較的簡単に使うことができる。単純に、入力された 電圧を読み取ったり、指定した電圧を出力することができる。 同期式のシリアル通信の規格のひとつ。 双方向のデータ通信用線にデバイスを並 列でつなぎ、切り替えて扱う。
  13. 13. Raspberry Pi のピンを使った入出力方法 UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter と呼ばれる歩調同期式の シリアル⇔パラレルを変換して通信する回路を指す。PCとの通信にも 利用でき、その場合は変換アダプタを利用する。
  14. 14. 実は、Raspberry Pi にはアナログ入出力 がない • 基本的には、A/Dコンバーターを 利用し、デジタル値で入力する • スイッチなど、2値データの場合は、 プルアップ/プルダウンの機構を入 れると安定する • ただし、音響用の入出力について は、PCMがサポートされている • PCM = Pulse-code Modulation 例えば、安価な CdSセル光センサーも A/D コンバーターを通して入力する必要がある
  15. 15. センサーを選ぶときの確認ポイント センサー側の通信方式 • 単純な構造のセンサーは A/D コンバーター + GPIO • 複数のセンサーを載せたもの は、SPI, I2C で利用できるも のが多い 対応するピンの数 • GPIO用 26本 • SPI, I2C, UART 用は、ピンの 位置が指定されており、モー ドを切り替えて使う • ピン配置を確認できるサイト • http://pinout.xyz/
  16. 16. Raspberry Pi で GPIO を使う Raspberry Pi 専用OS Raspbian をベースに解説
  17. 17. Raspberry Pi の GPIO を使うには? • GPIO の仮想ファイルを操作する • gpio コマンドを利用する • プログラムでライブラリを利用する
  18. 18. Raspberry Pi の GPIO を使うには? GPIO仮想ファイルで操作する gpio コマンドを利用する
  19. 19. Raspberry Pi のGPIOをプログラムから 扱う Python • 標準搭載のライブラリ • RPi.GPIO • ほかにもいろいろ Node.js • npm でインストールして利用 • たくさん公開されているので、 気に入ったものをチョイス • 日本語の情報が見つかるのは、 このあたりのモジュールのよう • onoff • pi-gpio Raspberry Pi 専用OSの Raspbian は、ベースが Debian なので、 apt-get などでインストールして使えるものも多数
  20. 20. Raspberry Pi で SPI や I2C を 使う
  21. 21. Raspberry Pi で SPI を使う • Pinout が参考になる • Python の spidev を利用す る http://pinout.xyz/pinout/spi
  22. 22. Raspberry Pi で I2C を使う • Pinout が参考になる • i2c-tools コマンドを利用す る • Python の smbus を利用す る http://pinout.xyz/pinout/i2c
  23. 23. Raspberry Pi の入出力を GUI で オープンソースの Node-RED を使うと便利!
  24. 24. 内臓の Node-RED で入出力 Node-RED を起動 ブラウザからアクセス
  25. 25. 内臓の Node-RED で入出力 Pin 7 から入力し、Pin 26 に出力す る例 Pin7 に接続したタクトスイッチを 押すと、Pin26 に接続したLEDが光 る
  26. 26. ピン端子以外の接続あれこれ USBポートが4つあるので、アダプタを搭載できる
  27. 27. USBポートを利用して、様々な入出力が 可能 Bluetooth ZigBee WiFi EnOcean 画像: http://vdd.varitec.co.jp/ep_index.cgi?item_id=39 画像: https://www.switch-science.com/catalog/1845/ よく知られた近距離無線通信規格。近年では、 Bluetooth Low Energy (BLE) という省電力の 規格が策定され、IoT の分野でも利用しやす くなった。 センサーネットワークを目 的とする無線通信規格。転 送距離が短く低速だが、安 価で消費電力が少ない。 XBeeやTWE-Liteなど。 よく知られた無線LANの規格。PCとの通信 に用いられることが大半だが、センサーと組 み合わせて使えるWiFiモジュールもあり、セ ンサーからのデータ受信にも利用できる。 消費電力が非常に小さく、 ボタンを押す力や小型ソー ラーパネルによる電力量で 賄えるため、バッテリーレ スで無線通信が可能。
  28. 28. Raspberry Pi で Bluetooth 経 由でセンサーデータを取得す る 事例をご紹介
  29. 29. Bluetooth 経由で扱えるセンサーのご紹 介 SensorTag • Texas Instruments 製 • 10種のセンサーを搭載し、 Bluetooth でセンサーデータを利用 することができる • 赤外線温度センサ • 周辺光センサ • 大気圧センサ • 9軸モーション など Konashi + Uzuki • ユカイ工学製 • Bluetooth モジュールの Koshian を搭載した開発ボード Konashi • センサーシールド Uzuki を接続で きる • 3軸加速度センサ • 室温度センサ • UV指数センサ http://www.m-pression.com/ja/solutions/boards/uzuki-shieldhttp://www.tij.co.jp/sensortag
  30. 30. 例) Raspberry Pi で SensorTag のデータ 取得 • Python のライブラリ pyBluez を利用し、Bluetooth 経由で SensorTag のデータを取得で きる • 詳しくはこちらをご参照くだ さい • Check! Raspberry Pi で Bluetooth 経由のセンサーデー タを取得する 〜 準備編
  31. 31. Raspberry Pi とクラウドを接 続 いよいよネットワークに解き放つ!
  32. 32. Raspberry Pi で取得したデータはどうす るの? • ネットワークを使って、別の 場所へ送信、蓄積する • クラウド • オンプレミス • 可視化・分析することで、今 までになかった価値や利用法 が期待される IoT ゲートウェイ ネットワーク クラウド モノ (センサー)
  33. 33. Raspberry Pi で取得したデータはどうす るの? IoT ゲートウェイ ネットワーク クラウド モノ (センサー) では、Raspberry Pi を クラウドと接続するために は?
  34. 34. IoT プラットフォームがつぎ つぎと 大手クラウドベンダーから、IoT専門のプラットフォームまで
  35. 35. クラウドベンダーによる IoT プラット フォーム Microsoft Azure IBM Cloud Amazon Web Services 国内クラウド • IoT Hub • Event Hub • Functions, API Management • Bluemix IoT Foundation • SoftLayer (IaaS) • AWS IoT • AWS Lambda + API Gateway • ニフティクラウド IoTプラット フォーム • さくらのIoT Platform • IDCF Cloud myThings
  36. 36. その他 • IFTTT (サービス連携サービス) IoTプラットフォームあれこれ IoT専用プラットフォー ム• Milkcocoa • dataSamplr 非常に多くの IoT プラットフォームがあり、今でも増えている。 また、 IoT の前には、もともとは M2M (Machine to Machine) や、インダス トリー4.0 と言われていた、工場に関わる機械のデータを扱う考え方があっ た。IoT プラットフォームはその流れを引き継いだものもある。
  37. 37. IoTプラットフォームの利用例 を紹介 Microsoft Azure / IBM Bluemix / SoftLayer / AWS IoT へ接続してみた
  38. 38. Raspberry Pi x Azure
  39. 39. Microsoft Azure との連携 • SensorTagのデータをクラウドで 機械学習する検証 Raspberry PiSensorTag FS01BU SORACOM Air SORACOM Funnel Event Hubs Stream Analytics Table Storage Machine Learning Azure Bluetooth 通信 https
  40. 40. Raspberry Pi x Bluemix
  41. 41. IBM Bluemix との連携 SensorTa g IoT Foundation Real-Time Insights Node-RED スマートフォン 専用アプリ Bluemix
  42. 42. 活用例) Bluemix Real-Time Insights で可 視化 ほぼリアルタイムに、 センサーのデータが反 映される
  43. 43. Bluemix 上の Node-RED に連携 IoT Foundation からのデー タを受け取って、ノードの 処理ができる Node-RED
  44. 44. Raspberry Pi x SoftLayer
  45. 45. IBM SoftLayer との連携 • ボタンを押すと、カメラで撮 影した画像を、自動的にメー ルで送信するアプリケーショ ン • 物理ボタンをトリガーに、ク ラウドストレージとメール サービスとの連携を実現 HTTP HTTP GPIO スイッ チ
  46. 46. IBM SoftLayer との連携 HTTP HTTP GPIO スイッ チ
  47. 47. IBM SoftLayer との連携 HTTP HTTP GPIO スイッ チ
  48. 48. IBM SoftLayer との連携 HTTP HTTP GPIO スイッ チ
  49. 49. Raspberry Pi x AWS IoT
  50. 50. AWS IoT との連携 • Raspberry PiとAWSを接続し、超 音波距離センサーで取得した距離 データを、Kibanaで可視化
  51. 51. AWS IoT との連携 • AWS IoTへの接続は、HTTPの他、 MQTTでも送信可能 GPIO AWS IoT Amazon Elasticsearch 超音波 距離センサー HTTP Raspberry Pi
  52. 52. 参考資料
  53. 53. 参考資料(1) GPIO 関連 • Raspberry Pi GPIO について • https://www.raspberrypi.org/doc umentation/usage/gpio-plus- and-raspi2/README.md • gpio コマンド • http://wiringpi.com/the-gpio- utility/ Node-RED • Node-RED • http://nodered.org/ • Node-RED ユーザー会 • Facebookグループ • https://www.facebook.com/groups /noderedjp/ • イベント告知(DoorKeeper) • https://node-red.doorkeeper.jp/
  54. 54. 参考資料(2) 無線関連 • ZigBee • http://www.zigbee.org/ • XBee • http://www.digi.com/products/xb ee • TWE-Lite • http://mono- wireless.com/jp/products/TWE- 001Lite.html • EnOcean • https://www.enocean.com/en/pr oducts/
  55. 55. 参考資料(3) Bluetooth 関連 • SensorTag • http://www.tij.co.jp/sensortag • Konashi • http://konashi.ux-xu.com/ • Uzuki • http://www.m- pression.com/ja/solutions/board s/uzuki-shield
  56. 56. 参考資料(4) クラウド関連 • Microsoft Azure • https://azure.com/ • Amazon Web Services • https://aws.amazon.com/ • IBM Cloud • https://www.ibm.com/cloud- computing/ • ニフティIoTデザインセン ター • http://iot.nifty.com/ • さくらのIoT Platform • https://iot.sakura.ad.jp/ • IDCF Cloud - myThings • https://www.idcf.jp/cloud/iot/
  57. 57. 参考資料(5) クラウド関連 • Milkcocoa • https://mlkcca.com/ • dataSamplr • http://m2m.isb.co.jp/datasamplr / • IFTTT • https://ifttt.com/ • SORACOM • https://soracom.jp/
  58. 58. ありがとうございました!

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